布局

在設計中，布局是一個重要的環節。布局結果的好壞將直接影響布線的效果，因此可以這樣認為，合理的布局是PCB設計成功的第一步。

尤其是預布局，是思考整個電路板，信號流向、散熱、結構等架構的過程。如果預布局是失敗的，后面的再多努力也是白費。

1、考慮整體

一個產品的成功與否，一是要注重內在質量，二是兼顧整體的美觀，兩者都較完美才能認為該產品是成功的。

在一個PCB板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能頭重腳輕或一頭沉。

PCB是否會有變形?

是否預留工藝邊?

是否預留MARK點?

是否需要拼板?

多少層板，可以保證阻抗控制、信號屏蔽、信號完整性、經濟性、可實現性?

2、排除低級錯誤

印制板尺寸是否與加工圖紙尺寸相符?能否符合PCB制造工藝要求?有無定位標記?

元件在二維、三維空間上有無沖突?

元件布局是否疏密有序，排列整齊?是否全部布完?

需經常更換的元件能否方便地更換?插件板插入設備是否方便?

熱敏元件與發熱元件之間是否有適當的距離?

調整可調元件是否方便?

在需要散熱的地方，裝了散熱器沒有?空氣流是否通暢?

信號流程是否順暢且互連最短?

插頭、插座等與機械設計是否矛盾?

線路的干擾問題是否有所考慮?

3、旁路或去耦電容

在布線時，模擬器件和數字器件都需要這些類型的電容，都需要靠近其電源引腳連接一個旁路電容，此電容值通常為 0.1μF。引腳盡量短，減小走線的感抗，且要盡量靠近器件。

在電路板上加旁路或去耦電容，以及這些電容在板上的布置，對于數字和模擬設計來說都屬于基本常識，但其功能卻是有區別的。

在模擬布線設計中旁路電容通常用于旁路電源上的高頻信號，如果不加旁路電容，這些高頻信號可能通過電源引腳進入敏感的模擬芯片。一般來說，這些高頻信號 的頻率超出 模擬器件抑制高頻信號的能力。

如果在模擬電路中不使用旁路電容的話，就可能在信號路徑 上引入噪聲，更嚴重的情況甚至會引起振動。而對于控制器和處理器這樣的數字器件 來說，同樣需要去耦電容，但原因不同。

這些電容的一個功能是用作“微型”電荷庫，這是因為在數字電路中，執行門狀態的切換(即開關切換)通常需要很大的電流，當開關時芯片上產生開關瞬態電流并流經電路板，有這額外的 “備用”電荷是有利的。

如果執行開關動作時沒有足夠的電荷，會造成電源電壓發生很大變化。電壓變化太大，會導致數字信號電平進入不確定狀態，并很可能引起數字器件中的狀態機錯誤運行。

流經電路板走線的開關電流將引起電壓發生變化，由于電路板走線 存在寄生電感，則可采用如下公式計算電壓的變化：

V=Ldl/dt

其中V=電壓的變化，L=電路板走線感抗，dI=流經走線的電流變化，dt=電流變化的時間。

因此，基于多種原因，在供電電源處或有源器件的電源引腳處施加旁路(或去耦)電容是 非常好的做法。

4、輸入電源如果電流比較大，建議減少走線長度和面積，不要滿場跑

輸入上的開關噪聲耦合到了電源輸出的平面。輸出電源的MOS管的開關噪聲影響了前級的輸入電源。

如果電路板上存在大量大電流DCDC，則有不同頻率，大電流高電壓跳變干擾。

所以我們需要減小輸入電源的面積，滿足通流就可以。所以在電源布局的時候，要考慮避免輸入電源滿板跑。

電源線和地線的位置良好配合，可以降低電磁干擾(EMl)的可能性。如果電源線和地線配合不當，會設計出系統環路，并很可能會產生噪聲。

電源線和地線配合不當的PCB 設計示例如圖所示。在此電路板上，使用不同的路線來布電源線和地線，由于這種不恰當的配合，電路板的電子元器件和線路受電磁干擾 (EMI)的可能性比較大。

5、數模分離

在每個 PCB 設計中，電路的噪聲部分和“安靜”部分(非噪聲部分)要分隔開。

一般來說，數字電路可以容忍噪聲干擾，而且對噪聲不敏感(因為數字電 路有較大的電壓噪聲容限);相反，模擬電路的電壓噪聲容限就小得多。兩者之中，模擬電路對開關噪聲最為敏感。在混合信號系統的布線中，這兩種電路要分隔開。

在布局過程中，需要考慮散熱風道，散熱死角;熱敏感器件不要放在熱源風后面。

優先考慮DDR這樣散熱困難戶的布局位置。避免由于熱仿真不通過，導致反復調整。

布線

在PCB設計中，布線是完成產品設計的重要步驟，可以說前面的準備工作都是為它而做的，在整個PCB中，以布線的設計過程限定最高，技巧最細、工作量最大。

PCB布線有單面布線、雙面布線及多層布線。布線的方式也有兩種：自動布線及交互式布線，在自動布線之前， 可以用交互式預先對要求比較嚴格的線進行布線，輸入端與輸出端的邊線應避免相鄰平行，以免產生反射干擾。必要時應加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產生寄生耦合。

自動布線的布通率，依賴于良好的布局，布線規則可以預先設定， 包括走線的彎曲次數、導通孔的數目、步進的數目等。一般先進行探索式布經線，快速地把短線連通，然后進行迷宮式布線，先把要布的連線進行全局的布線路徑優化，它可以根據需要斷開已布的線。并試著重新再布線，以改進總體效果。

對目前高密度的PCB設計已感覺到貫通孔不太適應了， 它浪費了許多寶貴的布線通道，為解決這一矛盾，出現了盲孔和埋孔技術，它不僅完成了導通孔的作用，還省出許多布線通道使布線過程完成得更加方便，更加流暢，更為完善，PCB 板的設計過程是一個復雜而又簡單的過程，要想很好地掌握它，還需廣大電子工程設計人員去自已體會，才能得到其中的真諦。

1、電源、地線的處理

既使在整個PCB板中的布線完成得都很好，但由于電源、 地線的考慮不周到而引起的干擾，會使產品的性能下降，有時甚至影響到產品的成功率。所以對電、地線的布線要認真對待，把電、地線所產生的噪音干擾降到最低限度，以保證產品的質量。

對每個從事電子產品設計的工程人員來說都明白地線與電源線之間噪音所產生的原因， 現只對降低式抑制噪音作以表述：

眾所周知的是在電源、地線之間加上去耦電容。

盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關系是：地線>電源線>信號線，通常信號線寬為：0.2～0.3mm，最經細寬度可達0.05～0.07mm，電源線為1.2～2.5 mm

對數字電路的PCB可用寬的地導線組成一個回路, 即構成一個地網來使用(模擬電路的地不能這樣使用)

用大面積銅層作地線用，在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用?；蚴亲龀啥鄬影?，電源，地線各占用一層。

2、數字電路與模擬電路的共地處理

現在有許多PCB不再是單一功能電路(數字或模擬電路)，而是由數字電路和模擬電路混合構成的。因此在布線時就需要考慮它們之間互相干擾問題，特別是地線上的噪音干擾。

數字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強，對信號線來說，高頻的信號線盡可能遠離敏感的模擬電路器件，對地線來說，整人PCB對外界只有一個結點，所以必須在PCB內部進行處理數、模共地的問題，而在板內部數字地和模擬地實際上是分開的它們之間互不相連，只是在PCB與外界連接的接口處(如插頭等)。

數字地與模擬地有一點短接，請注意，只有一個連接點。也有在PCB上不共地的，這由系統設計來決定。

3、信號線布在電(地)層上

在多層印制板布線時，由于在信號線層沒有布完的線剩下已經不多，再多加層數就會造成浪費也會給生產增加一定的工作量，成本也相應增加了，為解決這個矛盾，可以考慮在電(地)層上進行布線。

首先應考慮用電源層，其次才是地層。因為最好是保留地層的完整性。

4、大面積導體中連接腿的處理

在大面積的接地(電)中，常用元器件的腿與其連接，對連接腿的處理需要進行綜合的考慮，就電氣性能而言，元件腿的焊盤與銅面滿接為好，但對元件的焊接裝配就存在一些不良隱患如：

焊接需要大功率加熱器。

容易造成虛焊點。所以兼顧電氣性能與工藝需要，做成十字花焊盤，稱之為熱隔離(heat shield)俗稱熱焊盤(Thermal)，

這樣，可使在焊接時因截面過分散熱而產生虛焊點的可能性大大減少。多層板的接電(地)層腿的處理相同。

5、布線中網絡系統的作用

在許多CAD系統中，布線是依據網絡系統決定的。網格過密，通路雖然有所增加，但步進太小，圖場的數據量過大，這必然對設備的存貯空間有更高的要求，同時也對象計算機類電子產品的運算速度有極大的影響。

而有些通路是無效的，如被元件腿的焊盤占用的或被安裝孔、定們孔所占用的等。網格過疏，通路太少對布通率的影響極大。所以要有一個疏密合理的網格系統來支持布線的進行。

標準元器件兩腿之間的距離為0.1英寸(2.54mm)，所以網格系統的基礎一般就定為0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍數，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

6、設計規則檢查(DRC)

布線設計完成后，需認真檢查布線設計是否符合設計者所制定的規則，同時也需確認所制定的規則是否符合印制板生產工藝的需求，一般檢查有如下幾個方面：

線與線，線與元件焊盤，線與貫通孔，元件焊盤與貫通孔，貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理，是否滿足生產要求。

電源線和地線的寬度是否合適，電源與地線之間是否緊耦合(低的波阻抗)?在PCB中是否還有能讓地線加寬的地方。

對于關鍵的信號線是否采取了最佳措施，如長度最短，加保護線，輸入線及輸出線被明顯地分開。

模擬電路和數字電路部分，是否有各自獨立的地線。

后加在PCB中的圖形(如圖標、注標)是否會造成信號短路。

對一些不理想的線形進行修改。

在PCB上是否加有工藝線?阻焊是否符合生產工藝的要求，阻焊尺寸是否合適，字符標志是否壓在器件焊盤上，以免影響電裝質量。

多層板中的電源地層的外框邊緣是否縮小，如電源地層的銅箔露出板外容易造成短路。

7、檢查是否有銳角、阻抗不連續點等

1)對于高頻電流來說，當導線的拐彎處呈現直角甚至銳角時，在靠近彎角的部位，磁通密度及電場強度都比較高，會輻射較強的電磁波，而且此處的電感量會比較大，感抗便也比鈍角或圓角要大一些。

2)對于數字電路的總線布線來說，布線拐彎呈現鈍角或圓角，布線所占的面積比較小。在相同的線間距條件下，總的線間距所占的寬度要比直角拐彎的少0.3倍。

8、檢查3W、3H原則

1)時鐘、復位、100M以上信號以及一些關鍵的總線信號等與其他信號線布線必須滿足3W原則，同層和相鄰層無較長平行走線，且鏈路上過孔盡量少。

2)高速信號的過孔數量問題，有些器件指導書上一般對高速信號的過孔數量要求比較嚴格，咨詢互連的原則的是除了必須的管腳fanout過孔外，嚴禁在內層打多余的過孔，他們布過8G的PCIE 3.0的走線，也打過4個過孔，沒有問題。

3)同層時鐘及高速信號中心距需嚴格滿足3H(H為走線層到回流平面間距);相鄰層的信號嚴禁重疊，建議也滿足3H的原則，關于上述的串擾問題，有工具可以檢查的。

布線約束

布線約束：層分布

RF PCB的每層都大面積輔地，沒有電源平面，RF布線層的上下相鄰兩層都應該是地平面。即使是數?；旌习澹瑪底植糠挚梢源嬖陔娫雌矫?，但RF區域仍然要滿足每層都大面積輔地的要求。

RF單板的層疊結構

布線約束：基本要求

1)走線要求盡量最短，不走閉環，不走銳角直角，線的寬度一致，沒有浮空線。

2)差分信號線一般都是走的高速信號，其要滿足阻抗的對稱性，差分線不能交叉走線，線長相差不能超過100mil，差分線之間和單個差分線到地之間都要滿足阻抗要求。差分走線過孔不能超過4個，差分線對間的間距滿足3W規則。

3)一般晶振、pll濾波器件、模擬處理信號處理芯片、電感、變壓器下禁止走時鐘線、控制線、電磁敏感線。

4)模擬信號與數字信號，電源線與控制信號線，弱信號與其他任何信號都不能并排走線，應該分層(最好有地隔離)或相距較遠走線。如果分層相鄰層的線與線之間要交叉走線，不能并行走線。為了減少線間串擾，應保證線間距足夠大，當線中心間距不少于3倍線寬時，則可保持70%的電場不互相干擾，稱為3W規則。如要達到98%的電場不互相干擾，可使用10W的間距。(注：時鐘布線的時候，一定要注意和數據線、控制信號線的有效隔離，距離越遠越好，盡可能不要布在同層。)

5)強輻射信號線(高頻、高速，尤以時鐘線為甚)不要靠近接口、拉手條等以防對外輻射。

6)敏感信號(主要指：弱信號、復位信號、比較器的輸入信號、AD的參考電源、鎖相環濾波信號、芯片內部的PLL電路的濾波部分。)布線應該盡可能短，不靠近強輻射信號，不放在板的邊緣，離外金屬框架15mm以上。長距離走線時可以包地(應注意包地可能會引起阻抗變化)、內層走線。另外，對于ESD較弱的芯片的走線，建議內層走線，可以減弱芯片損壞的概率。

布線約束：電源

1)注意電源退耦、濾波，防止不同單元通過電源線產生干擾，電源布線時電源線之間應相互隔離。電源線與其它強干擾線(如CLK)用地線隔離。

2)小信號放大器的電源布線需要地銅皮及接地過孔隔離，避免其它EMI干擾竄入，進而惡化本級信號質量。

3)不同電源層在空間上要避免重疊。主要是為了減少不同電源之間的干擾，特別是一些電壓相差很大的電源之間，電源平面的重疊問題一定要設法避免，難以避免時可考慮中間隔地層。

布線約束：電源過流能力

1)電源部分導線印制線在層間轉接的過孔數符合通過電流的要求(1A/Ф0.3mm 孔)

2)PCB的POWER部分的銅箔尺寸符合其流過的最大電流，并考慮余量(一般參考為1A/mm線寬)

布線約束：接地方法

1)接地線要短而直，減少分布電感，減小公共地阻抗所產生的干擾。

調整各組內濾波電容方向，縮小地回路。如圖所示的三個濾波電容，接地偏向于相關的RF 器件方向，尤其是高頻濾波電容。

電容的接地圖

2)RF 主信號路徑上的接地器件和電源濾波電容需要接地時，為減小器件接地電感，要求就近接地。

3)有些元件的底部是接地的金屬殼，要在元件的投影區內加一些接地孔，投影區內的表面層不得布信號線和過孔;

4)接地線需要走一定的距離時，應加粗走線線寬、縮短走線長度，禁止接近和超過1/4導引波長，以防止天線效應導致信號輻射;

5)除特殊用途外，不得有孤立銅皮，銅皮上一定要加地線過孔

6)對某些敏感電路、有強烈輻射源的電路分別放在屏蔽腔內，裝配時屏蔽腔壓在PCB表面。PCB在設計時要加上“過孔屏蔽墻”，就是在PCB上與屏蔽腔壁緊貼的部位加上接地的過孔。如下圖所示，要有兩排以上的過孔，兩排過孔相互錯開，同一排的過孔間距在100mils左右。

布線約束：通用規則

1)PCB頂層走RF信號，RF信號下面的平面層必須是完整的接地平面，形成微帶線結構。如圖所示。要保證微帶線的結構完整性，必須做到：同層內微帶線要做包地銅皮處理，建議地銅皮邊緣離微帶線邊緣有3H的寬度。H表示介質層厚度。在3H范圍內，不得有其它信號過孔。禁止RF 信號走線跨第二層的地平面縫隙。非耦合微帶線間要加地銅皮，并在地銅皮上加地過孔。

微帶線至屏蔽壁距離應保持為3H以上。微帶線不得跨第二層地平面的分割線。

微帶線結構圖

2)要求地銅皮到信號走線間隔≥3H。

3)地銅皮邊緣加地線孔，孔間距約在100mils左右，均勻整齊排列;

4)地線銅皮邊緣要光滑、平整，禁止尖銳毛刺;

5)RF信號布線周圍如果存在其它RF信號線，就要在兩者之間輔地銅皮，并在地銅皮上間隔100mils左右加一個接地過孔，起隔離作用。

6)RF信號布線周圍如果存在其它不相關的非RF信號(如過路電源線)，要在兩者間輔地銅皮，并每隔100mils左右加一個接地過孔。

7)RF信號過孔與內層的其它布線靠近，如左圖所示的過路電源線靠近了RF信號過孔，電源線上的EMI 干擾會竄入RF布線，所以要采用右圖正確的布線方法，在電源線與RF信號過孔間輔地并加地過孔，起隔離作用。有時內層的RF信號線與其它有較強干擾的信號(如過路電源線)過孔靠近，也采用同樣的方法輔地并加地過孔。

電源線與射頻過孔布線圖

8)器件安裝孔是非金屬化孔時，RF 信號布線要遠離器件安裝孔。 需要在RF信號布線與安裝孔間輔進地銅皮，并加接地 過孔。

審核編輯：湯梓紅