PCB板设计的简明规则

ゝ一世哀愁。 2022-05-23 03:47 333阅读 0赞

印刷电路板（Printed-Circuit Board，PCB）是由环氧树脂粘合而成的镀了铜的玻璃纤维板。蚀刻掉部分镀铜，只留下以构成电路互连通路的铜层走线。PCB 可以是单层、双层或者四层、六层、八层、十二层甚至更多。层数越多，连接的布线就越容易，但成本却越高，调试也越难。如果 PCB 有专用供电层和接地层，系统将会有更强的燥声抗扰度。 在使用电子设计自动化软件（如DXP）设计 PCB 时需注意以下几个方面的问题。

**1．PCB板布局**

在正式走线之前要对 PCB  的大体格局进行规划。布局规划应遵循下列基本原则。

（1）在 PCB 布板之前首先要打印出相应的原理图，然后根据原理图确定整个 PCB 板的大体布局，即各个硬件构件的位置安排。

（2）PCB 板的形状如无其他要求，一般为矩形，长宽比为 4:3 或 3:2。

（3）考虑面板上元件的放置要求。

（4）考虑边缘接口。

**2．元件放置**

（1）元件放置要求整齐，尽可能正放，属于同一硬件构件内的元件尽可能排放在一起。排列方位尽可能与原理图一致，布线方向最好与电路图走线方向一致。元器件在PCB上的排列可采用不规则、规则和网格等三种排列方式中的一种，也可同时采用多种。

**不规则排列：**元件轴线方向彼此不一致，这对印制导线布设是方便的，且平面利用率高，分布参数小，特别对高频电路有利。

**规则排列：  ** 元器件轴线方向排列一致，布局美观整齐，但走线较长且复杂，适于低频电路。

**网格排列：**网格排列中的每一个安装孔均设计在正方形网格交点上。

布局的元器件应有利于发热元器件散热，**高频时**要考虑元器件之间的分布参数，高、低压之间要隔离，隔离距离与承受的耐压有关。

（2）电容的位置要特别注意，其中电源模块的滤波电容要求靠近电源，而 IC 的滤波电容要靠近 IC 的引脚。

（3）考虑元件间的距离，防止元件之间出现重叠。还要考虑元器件的引脚间距，元器件不同，其引脚间距也不相同，在 PCB 设计中必须弄清楚元器件的引脚间距，因为它决定着焊盘放置间距。对于非标准器件的引脚间距的确定最直接的方法就是：使用游标卡尺进行测量。

（4）PCB 四周留有 5-10mm 空隙不布器件。

（5）先放置占用面积较大的元器件，**先集成后分立，先主后次**，多块集成电路时先放置主电路。

（6）可调元件应放置在便于调节的地方，质量超过 15g 的元器件应当用支架，热敏元件应远离发热元件。**晶体应平放，而不要竖直放置。**

（7）PLL 滤波电路应尽量靠近 MCU。

**3．有关设定**

在正式布线之前，需要对软件环境的以下参数进行设置：

（1）**线宽。**导线的最小宽度由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。走线时导线尽可能宽，最好不要小于 0.5mm，手工制板应不小于 0.8mm，这样既可以减小阻抗，又可以防止由于制造工艺的原因导致导线断路。电源线和接地线因电流量较大，宽度要大于普通信号线，一般不要小于 1mm。三者关系为：

**                                                     地线宽度 > 电源线宽度 > 信号线宽度。 **

（2）**间距。**导线间的间距由它们之间的安全工作电压决定，相邻导线之间的峰值电压、基板的质量、表面涂层、电容耦合参数等都影响导线的安全工作电压，为满足电气安全要求，导线间距离以及导线与元件间距离要尽可能地大，一般不要小于1mm，这样可以有效解决焊接时短路的问题。

（3）**过孔大小。**过孔大小设定要适中。

**4．布线**

布线时，应该首先对时钟和高速信号进行布线，以确保它们的走线尽可能直接。**石英晶振和对噪声特别敏感的器件下面不要走线**。对总线进行布线时，尽可能地保持信号线平行走线，而时钟信号线则要避免平行，且在这些导线之间最好加接地线。布板完成后一定要进行自动与人工检查。过孔数尽可能少。最小系统中未使用的I/O口，可通过电阻接地。走线尽量少拐弯，线宽不要突变，导线拐角应 ≥ 90°，力求线条简单明了。信号线的拐角应设计成钝角走向，为圆形或圆弧形，切忌画成90°或更小角度形状。

**5．测量点**

考虑到硬件测试的方便，在PCB布板时要留下一些测量点，以便调试之用。测量点要根据原理图确定。以下几处需要留测量点：

（1）原理图中模块的输入输出引脚。

（2）最小系统模块中MCU的引脚。

（3）各硬件功能模块单元的输入、输出口； 画测量点的步骤是：引出、打孔、标字。孔的大小以万用表头方便测量为原则，一般不要在线上直接打孔。

**6．模块标示**

由于在整体布局时，已经将各个硬件构件的组成元件放在一起，因而可在PCB板上用矩形框将各个硬件构件区分开，并用汉字标出构件名（与原理图一致），并注意字体字号。

**7．铺地**

在布板的最后都要铺地，目的是减小干扰，提高PCB板的稳定性。铺地需注意：

（1）在铺地前，要设定地与导线、地与引脚之间的距离，并要求该距离尽可能大。

（2）铺地本应该双面铺，作为实验用板，为了方便检查，可只铺反面地。

（3）如果电路板中有数字地和模拟地，应将它们隔离开，**两者间使用磁珠相连**。

**8．空余位置的利用并标注相关信息**

PCB板的空余位置可适度作如下用途：

（1）电源、地。空白处多留几排电源和地。

（2）双排孔。留出几排两孔相连的排孔，以用来扩展或试验时焊接其他元件。

（3）固定孔。在PCB上画固定板的固定孔，一般在板的四个角落。 在完成PCB板的铺地之后，要在板的正面适当位置标出以下信息：单位、日期、责任人、PCB板的名称、编号等。

**9．抗干扰问题的特别考虑**

PCB设计中除了考虑以上问题外，还要考虑一些隐藏的问题，这些问题设计时不起眼，但是解决的时候，却非常麻烦，这就是电路的干扰问题，为此，在PCB设计时还应解决如下问题：

**1）热干扰及抑制**

元器件在工作中都有一定程度的发热，尤其是功率较大的器件所发出的热量会对周边比较敏感的器件产生干扰，若热干扰得不到很好的抑制，整个电路的电性就会发生变化，最后造成短路．为了对热干扰进行抑制，可采取以下措施：

（1）发热元件的放置 不要贴板放置，也可以单独设计为一个功能单元，放在靠近边缘容易散热的地方。另外，发热量大的器件与小热量的器件应分开放置。

（2）大功率器件的放置 应尽量靠近边缘布置，在垂直方向时应尽量布置在板上方。

（3）温度敏感器件的放置 对温度比较敏感的器件应安置在温度最低的区域，千万不要将它放在发热器件的正上方。 （4）器件的排列与气流非特定要求，一般设备内部均以空气自由对流进行散热，故元器件应以纵式排列；若强制散热，元器件可横式排列。另外，为了改善散热效果，可添加与电路原理无关的零部件以引导热量对流。

**2）共阻抗及抑制**

共阻干扰是由 PCB 上大量的地线造成，当两个或两个以上的回路共用一段地线时，不同的回路电流在共用地线上产生一定压降，此压降经放大就会影响电路性能，当电流频率很高时，会产生很大的感抗而使电路受到干扰。为了抑制共阻抗，可采取以下措施：

（1）**一点接地** 使同级单元电路的几个接地点尽量集中，适用于信号的工作频率小于 1MHz 的低频电路，如果工作频率在1一10MHz而采用一点接地时，其地线长度应不超过波长的1／20。

（2）**就近多点接地** PCB上有大量公共地线分布在板的边缘，且呈现半封闭回路(防磁场干扰)，各级电路采取就近接地，以防地线太长。适用于信号的工作频率大于 10MHz 的高频电路。

（3）**大面积接地** 在高频电路中将PCB上所有不用面积均布设为地线，以减少地线中的感抗，从而削弱在地线上产生的高频信号，并对电场干扰起到屏蔽作用。

（4）**加粗接地线** 若接地线很细，接地电位则随电流的变化而变化，致使电子设备的定时信号电平不稳，抗噪声性能变坏，其宽度至少应大于3mm。

（5）**D/A(数/模)电路的地线分开** 两种电路的地线各自独立，然后分别与电源端地线相连，以抑制它们相互干扰。

**3）电磁干扰及抑制**

电磁干扰是由电磁效应而造成的干扰，由于 PCB 上的元器件及布线越来越密集，如果设计不当就会产生电磁干扰。针对由电源布线、信号布线产生的电磁干扰，可采取不同的措施。

（1）电源布线引起的电磁干扰 电源布线可采用以下预防措施： **布线要宽。 加去耦电容**。这种电容起到旁路滤波的作用。要在电源的输入端并联较大的和较小的滤波电容。 地线环绕。地线要靠近供电电源母线和信号线，因电流沿路径传输会产生回路电感，地线靠近，回路面积减小，电感量减小，回路阻抗减小，从而减小电磁干扰耦合。

（2）信号布线引起的电磁干扰 信号布线可采用以下预防措施： 不同功能的单元电路(如数字电路与模拟电路，高频与低频)分开设置，布线图形应易于信号流通且使信号流向尽可能保持一致。 合理使用屏蔽和滤波技术，注意高低压之间的隔离。 尽量不选用比实际需要的速度更快的元件，在元件的位置安排上，易受电磁干扰的元器件不能相距太近，应大于信号波长的四分之一，输入器件与输出器件尽量远离。 做到安全接地。

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