规则驱动设计-PCB规则完整篇

介绍PCB布线以及完整的PCB Layout设计规则，大家在PCB Layout时，可以参照这些规则，从而画出一块优质的PCB。欢迎转载，转载请注明出处：EDA无忧学院

1、元件的布局

PCB设计规则的元件的布局方式包括:

(1)元器件布局要求：

保证电路功能和性能指标；满足工艺性、检测、维修等方面的要求；元器件排列整齐、疏密得当，兼顾美观性。

(2)元器件布局原则：

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；PCB四周留有4-5mm空隙不布器件，或者考虑增加工艺边；

高频时，要考虑元器件之间的分布参数，一般电路应尽可能使元器件平行排列；

布局的元器件应有利于发热元器件散热；发热量大的器件如CPU，最好加上散热器；

高、低压之间要隔离，隔离距离与承受的耐压有关。

(3)元器件布局顺序

先放置占用面积较大的元器件；先集成后分立；先主后次，依据信号流向多块集成电路时先放置主电路。

(4)常用元器件的布局方法

一个典型的主机板可能包括了各种电路模块：如时钟电路，PCI总线单元，总线控制单元，A/D，D/A转换电路；I/O电路、开关电源、滤波电路、处理器和存储器电路

进行PCB布局设计时，我们可依据信号流向，对整个电路进行功能模块划分，从而保证整个布局的合理性，达到整体布线路径短，各个模块互不交错，减少模块间互相干扰的可能性

根据电路功能需要专门划分模拟电路区，数字电路区域，电源电路区域。

可调元件应放在印制板上便于调节的地方；质量超过15g的元器件应当用支架，大功率器件最好装在整机的机箱底板上，热敏元件应远离发热元件；对于管状元器件一般采用平放，但PCB尺寸不大时，可采用竖放，竖放时两个焊盘的间距一般取0.1-0.2 in(1 in=”25″．4×10(-3立方)m)；对于集成电路要确定定位槽放置的方位是否正确。

按照信号的工作频率和速率可以对电路模块进行划分：高速，中速，低速

2、元器件排列方式

元器件在PCB上的排列可采用不规则、规则和 格等三种排列方式。

(1)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。

(2)规则排列

元器件轴线方向排列一致，布局美观整齐，但走线较长而且复杂，适于低频电路。

(3) 格排列

格排列中的每一个安装孔均设计在正方形 格的交点上

3、元器件的间距与安装尺寸

讲述的是在PCB设计当中,元器件的排放时,元器件的间距以及安装的尺寸

元器件不同，其引脚间距也不相同。但对于各种各样的元器件的引脚间距大多都是：100mil(英制)的整数倍(1mil=l×10(-3立方)in=25．4×10(-6次方)m)，常将100mil作为1间距。
在PCB设计中必须准确弄清元器件的引脚间距，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。

图示：常用非标元器件

a)DIP IC （跨距通常以200mil,300mil，400mil）

b)TO-92型三极管（可按四个规则的脚，中间做为器件原点，不易出错）

c)1/4w型电阻器 （引脚折弯处必须离器件本体至少1mm）

d)某微调电阻 （同b)

安装尺寸

是根据引脚间距来确定焊孔间距。它有软尺寸和硬尺寸之分。软尺寸是基于引脚能够弯折的元器件，故设计该类器件的焊接孔距比较灵活；而硬尺寸是基于引脚不能弯折的元器件，其焊接孔距要求相当准确。设计PCB时，元器件的焊孔间距的确定可用CAD软件中的标尺度量工具来测量。

4、印制导线布线

布线是指对印制导线的走向及形状进行放置，它在PCB的设计中是最关键的步骤，而且是工作量最大的步骤

PCB布线有单面布线、双面布线及多层布线；布线的方式也有自动布线和手动布线两种。印制导线的走向及形状如表所示：

在PCB设计中，为了获得比较满意的布线效果，则应遵循如下基本原则：

1)印制线的走向：尽可能取直，以短为佳，不要绕远。

2)印制线的弯折:走线平滑自然，连接处用圆角，避免用直角。

3)双面板两面的导线应避免相互平行；作为电路输人与输出用的印制线应尽量避免相互平行，且在这些导线之间最好加接地线

4)印制线作地线：尽可能多地保留铜箔作公共地线，且布置在PCB的边缘

5)大面积铜箔的使用：使用时最好镂空成栅格，有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体；如果是全覆盖，可以在PCB空旷的地方多打GND过孔

6)导线（铜皮）宽度超过3mm时采用热焊盘，以利于焊接

图示：印制导线的走向及形状

5、印制导线的宽度及间距

低速板最小线宽的宽度在6-10mil,间距不少于6mil

高速板最小线宽的宽度在4-6mil,间距不少于4mil

高速高密度板最小线宽的宽度在3-4mil,间距不少于3mil

主要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。PCB的电源线和接地线因电流量较大，设计时要适当加宽，一般不要小于0.5mm，对于安装密度不大的PCB，印制导线宽度最好不小于6-10mil，手工制板应不小于30mil

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、表面涂覆层、电容耦合参数等都影响印制导线的安全工作电压。

图示： 高压开关电源类的安全间距：

图示：低速板PCB的安全间距：

图示：高速板PCB的安全间距:

6、焊盘的孔径及形状

介绍PCB设计的基础知识,包括焊盘的形状和孔径

1.方形焊盘——印制板上元器件大而少、且印制导线简单时多采用。在手工自制PCB时，采用这种焊盘易于实现。

2.圆形焊盘——广泛用于元件规则排列的单、双面印制板中。若板的密度允许，焊盘可大些，焊接时不至于脱落。

3.岛形焊盘——焊盘与焊盘间的连线合为一体。常用于立式不规则排列安装中。比如收录机中常采用这种焊盘。

4.泪滴式焊盘——当焊盘连接的走线较细时常采用，以防焊盘起皮、走线与焊盘断开。这种焊盘常用在高频电路中。

5.多边形焊盘——用于区别外径接近而孔径不同的焊盘，便于加工和装配。

6.椭圆形焊盘——这种焊盘有足够的面积增强抗剥能力，常用于双列直插式器件。

7.开口形焊盘——为了保证在波峰焊后，使手工补焊的焊盘孔不被焊锡封死时常用。

二、PCB高级设计要考虑的若干问题

在PCB Layout设计中,除了考虑本身布线的问题,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,却非常之麻烦,这就是电路的干扰问题了
为此，在PCB的设计中还应解决如下问题：

2.1 PCB高级设计之热干扰及抵制
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温度比较敏感的器件产生干扰，若热干扰得不到很好的抑制，那么整个电路的电性能就会发生变化。

通常，平等布线可以减少导线之间的电感量，但为了抑制PCB电路导线的串扰，我们在设计布线时应尽量避免长距离的平等走线；设计印制导线时应避免急速拐弯，尽量设计成具有均匀的，具有一定弧度的曲线；电路上有大电流的元件，尽量要单独走地线，避免噪声干扰，小信号或者敏感度的信号线之间设置接地；高速信号采用差分信号布线设计，让正负对中的两条差分线始终保持传输线上互相耦合，有效降低信号的电气噪声效应。

单板主要散热技术：（热仿真设计培训可联系吉迷老师）

2.2 PCB高级设计之共阻抗及抑制

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。

电磁兼容 (EMC) 的两个基本原则︰

第一个原则是尽可能减小电流环路的面积；

第二个原则是系统只采用一个参考面。

相反，如果系统存在两个参考面，就可能形成一个偶极天线 ( 注︰小型偶极天线的辐射大小与线的长度、流过的电流大小以及频率成正比 ) ；而如果信号不能通过尽可能小的环路返回，就可能形成一个大的环状天线 ( 注︰小型环状天线的辐射大小与环路面积、流过环路的电流大小以及频率的平方成正比 ) 。在设计中要尽可能避免这两种情况。

　　有人建议将混合信号电路板上的数字地和仿真地分割开，这样能实现数字地和仿真地之间的隔离。尽管这种方法可行，但是存在很多潜在的问题，在复杂的大型系统中问题尤其突出。最关键的问题是不能跨越分割间隙布线，一旦跨越了分割间隙布线，电磁辐射和信号串扰都会急剧增加。在 PCB 设计中最常见的问题就是信号线跨越分割地或电源而产生 EMI 问题。

　　我们采用上述分割方法，而且信号线跨越了两个地之间的间隙，信号电流的返回路径是什幺呢？假定被分割的两个地在某处连接在一起 ( 通常情况下是在某个位置单点连接 ) ，在这种情况下，地电流将会形成一个大的环路。流经大环路的高频电流会产生辐射和很高的地电感，如果流过大环路的是低电平仿真电流，该电流很容易受到外部信号干扰。最糟糕的是当把分割地在电源处连接在一起时，将形成一个非常大的电流环路。另外，仿真地和数字地通过一个长导线连接在一起会构成偶极天线。

　　了解电流回流到地的路径和方式是优化混合信号电路板设计的关键。许多设计工程师仅仅考虑信号电流从哪儿流过，而忽略了电流的具体路径。如果必须对地线层进行分割，而且必须通过分割之间的间隙布线，可以先在被分割的地之间进行单点连接，形成两个地之间的连接桥，然后通过该连接桥布线。这样，在每一个信号线的下方都能够提供一个直接的电流回流路径，从而使形成的环路面积很小。

2.3 PCB高级设计之高速规则验证

整体设计原则：

1.高速PCB需严格控制特性阻抗（阻抗不连续是造成反射的根源，反射会造成过冲、振铃等现象，造成信号质量问题）

2.特性阻抗控制经验值：单端：50 ，差分：100 ， USB差分:90

3.优先考虑内层；在换层打孔处50mil范围内应有回流地孔；

4.优先考虑无相邻布线层的层；（或虽有相邻布线层，但相邻布线层对应区域下无走线）；

5.优选邻近地层为参考平面；

6.确保关键信号布线未跨越分割区；