PCB布线布局基本规则

  元件布局基本规则

  1. 按电路模块进行布局,实现同一功能的相关电路称为一个模块,电路模块中的元件应采用就近集中原则,同时数字电路和模拟电路分开。

  2.遵照“先大后小,先难后易”等的布置原则,即重要的单元电路、核心元器件应当优先布局。

  3.布局中应参考原理框图,根据单板的主信号流向规律安排主要元器件。

  4.布局应该尽量满足以下要求:总的连线尽可能短,关键信号线最短;高电压、大电流信号与小电流、低电压的弱信号完全分开;模拟信号与数字信号分开;高频信号与低频信号分开;高频元器件的间隔要充分。

  5.相同结构电路部分,尽可能采用“对称式”标准布局。

  6.器件布局栅格的设置,一般IC器件布局时,栅格应为50-100mil、小型表面安装器件,如表面贴装元件布局时,栅格设置应不少于25mil.

  7.同类型插装元器件在X或Y方向上应朝一个方向防止同一种类型的有极性分立元件也要力争在X或Y方向上保持一致,便于生产和检验。

  8.IC去耦电容的布局要尽量靠近IC的电源管脚,并使之与电源和地之间形成的回路最短。

  9.元件布局时,应适当考虑使用同一种电源的器件尽量放在一起,以便于将来的电源分割。

  10.用于阻抗匹配目的阻容器件的布局,要根据其属性合理布置。串联匹配电阻的布局要靠近该信号的驱动端,距离一般不超过500mil。匹配电阻、电容的布局一定要分清信号的源端和终端,对于多负载的终端匹配一定要在信号的最远端匹配。

  11.表面贴装器件(SMD)相互间距离要大于0.7mm。

  12.表面贴装器件焊盘外侧同相邻插件外形边缘距离要大于2mm。

  13.定位孔、标准孔等非安装孔周围1.27mm 内不得贴装元、器件,螺钉等安装孔周围3.5mm(对于M2.5)、4mm(对于M3)内不得贴装元器件。

  14. 卧装电阻、电感(插件)、电解电容等元件的下方避免布过孔,以免波峰焊后过孔与元件壳体短路。

  15. 元器件的外侧距板边的距离为5mm。

  16.BGA与相邻元件的距离>5mm。有压接件的PCB,压接的接插件周围5mm内不能有插装元器件,在焊接面其周围5mm内也不能有贴装元器件。

  17. 金属壳体元器件和金属件(屏蔽盒等)不能与其它元器件相碰,不能紧贴印制线、焊盘,其间距应大于2mm。定位孔、紧固件安装孔、椭圆孔及板中其它方孔外侧距板边的尺寸大于3mm。

  18. 发热元件不能紧邻导线和热敏元件;高热器件要均衡分布。

  19. 电源插座要尽量布置在印制板的四周,电源插座与其相连的汇流条接线端应布置在同侧。特别应注意不要把电源插座及其它焊接连接器布置在连接器之间,以利于这些插座、连接器的焊接及电源线缆设计和扎线。电源插座及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插拔。

  20.贴片焊盘上不能有通孔,以免焊膏流失造成元件虚焊。重要信号线不准从插座脚间穿过。

  21.贴片单边对齐,字符方向一致,封装方向一致。

  22.有极性的器件在以同一板上的极性标示方向尽量保持一致。

  PCB布线规则

  1、画定布线区域距PCB板边≤1mm的区域内,以及安装孔周围1mm内,禁止布线。

  2、电源线尽可能的宽,不应低于18mil;信号线宽不应低于12mil;cpu入出线不应低于10mil(或8mil);线间距不低于10mil。

  3、正常过孔不低于30mil。

  4、 注意电源线与地线应尽可能呈放射状,以及信号线不能出现回环走线。

  5、地线回路规则:

  环路最小规则,即信号线与其回路构成的环面积要尽可能小,环面积越小,对外的辐射越少,接收外界的干扰也越小。实例如下图所示:

PCB布线布局基本规则

  6、串扰控制

  串扰是指PCB上不同网络之间因较长的平行布线引起的相互干扰,主要是由于平行线间的分布电容和分布电感的作用。克服串扰的主要措施是:

  加大平行布线的间距,遵循3W规则。

  在平行线间插入接地的隔离线。减小布线层与地平面的距离。

  7、走线的方向控制规则:

  相邻层的走线方向成正交结构。避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向,以减少不必要的层间串扰;当由于板结构限制年已避免出现该情况,特别是信号速率较高时,应考虑用地平面隔离各布线层,用地信号线隔离各信号线。作为电路的输入及输出用的印制导线应尽量避免相邻平行,以免发生回授,在这些导线之间最好加接地线。

  8、走线的开环检查规则:

  一般不允许出现一端浮空的布线,主要是为了避免产生“天线效应”,减少不必要的干扰辐射和接收,否则可能带来不可预知的结果。

PCB布线布局基本规则

  9、阻抗匹配检查规则:

  同一网络的布线宽度应保持一致,线宽的变化会造成线路特性阻抗的不均匀,当传输的速度较高时会产生反射,在设计中应该尽量避免这种情况。在某些条件下,如接插件引出线,BGA封装的引出线类似的结构时,可能无法避免线宽的变化,应该尽量减少中间不一致部分的有效长度。

  10、走线闭环检查规则:

  防止信号线在不同层之间形成自环。在多层板设计中容易发生此类问题,自环将引起辐射干扰。如下图所示:

PCB布线布局基本规则

  11、走线的分枝长度控制规则:

  尽量控制分枝的长度,一般的要求是Tdelay<=Trise/20。

PCB布线布局基本规则

  12、走线的谐振规则:

  主要针对高频信号设计而言,即布线长度不得与其波长成整数倍关系,以免产生谐振现象。

  13、走线长度控制规则:

  即短线规则,在设计时应该尽量让布线长度尽量短,以减少由于走线过长带来的干扰问题,特别是一些重要信号线,如时钟线,务必将其振荡器放在离器件很近的地方。对驱动多个器件的情况,应根据具体情况决定采用何种网络拓扑结构。

PCB布线布局基本规则

  14、倒角规则:

  PCB设计中应避免产生锐角和直角,产生不必要的辐射,同时工艺性能也不好。在布线中尽量采用135度拐角,如下图所示:

PCB布线布局基本规则

  15、器件布局分区/分层规则:

  主要是为了防止不同工作频率的模块之间的互相干扰,同时尽量缩短高频部分的布线长度。通常将高频的部分布设在接口部分以减少布线长度。同时还要考虑到高/低频部分地平面的分割问题,通常采用将二者的地分割,再在接口处单点相接。

  对混合电路,也有将模拟与数字电路分布布置在印制板的两面,分别使用不同的层布线,中间用地层隔离的方式。

  16、孤立铜区控制规则:

  孤立铜区的出现,将带来一些不可预知的问题,因此将孤立铜区与别的信号相接,有助于改善信号质量,通常是将孤立铜区接地或删除。在实际的制作中,PCB厂家将一些板的空置部分增加了一些铜箔,主要是为了方便印制板加工,同时对防止印制板翘曲也有一定的作用。

  17、电源与地线层的完整性规则:

  对于导通孔密集的区域,要注意避免孔在电源和地层的挖空区域相互连接,形成对平面层的分割,从而破坏平面层的完整性,并进而导致信号线在地层的回路面积增大。

  18、重叠电源与地线层规划:

  不同电源层在空间上要避免重叠。主要是为了减少不同电源之间的干扰,特别是一些电压相差很大的电源之间,电源平面的重叠问题一定要设法避免,难以避免时可考虑中间隔底层。在不同信号层间进行供电的电源总线遵循这一规则,即尽量避免重叠。

  19、3W规则:

  为了减少线间串扰,应保证导线间距足够大,当导线中心间距不少于3倍线宽时,则可保持70%的电场不互相串扰,如要达到98%的电场不互相干扰,可使用10W间距。在布线密度较低时,信号线的间距可适当地加大,对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距。

PCB布线布局基本规则

  20. 印制导线的宽度:导线宽度应以能满足电气性能要求而又便于生产为宜,它的最小值以承受的电流大小而定,但最小不宜小于0.2mm,在高密度、高精度的印制线路中,导线宽度和间距一般可取0.3mm;导线宽度在大电流情况下还要考虑其温升,单面板实验表明,当铜箔厚度为50μm、导线宽度1~1.5mm、通过电流2A时,温升很小,因此,一般选用1~1.5mm宽度导线就可能满足设计要求而不致引起温升;印制导线的公共地线应尽可能地粗,可能的话,使用大于2~3mm的线条,这点在带有微处理器的电路中尤为重要,因为当地线过细时,由于流过的电流的变化,地电位变动,微处理器定时信号的电平不稳,会使噪声容限劣化;在DIP封装的IC脚间走线,可应用10-10与12-12原则,即当两脚间通过2根线时,焊盘直径可设为50mil、线宽与线距都为10mil,当两脚间只通过1根线时,焊盘直径可设为64mil、线宽与线距都为12mil。

  21. 印制导线的屏蔽与接地:印制导线的公共地线,应尽量布置在印制线路板的边缘部分。在印制线路板上应尽可能多地保留铜箔做地线,这样得到的屏蔽效果,比一长条地线要好,传输线特性和屏蔽作用将得到改善,另外起到了减小分布电容的作用。印制导线的公共地线最好形成环路或网状,这是因为当在同一块板上有许多集成电路,特别是有耗电多的元件时,由于图形上的限制产生了接地电位差,从而引起噪声容限的降低,当做成回路时,接地电位差减小。另外,接地和电源的图形尽可能要与数据的流动方向平行,这是抑制噪声能力增强的秘诀;多层印制线路板可采取其中若干层作屏蔽层,电源层、地线层均可视为屏蔽层,一般地线层和电源层设计在多层印制线路板的内层,信号线设计在内层和外层。

  板的布局:

  1. 印制线路板上的元器件放置的通常顺序: 放置与结构有紧密配合的固定位置的元器件,如电源插座、指示灯、开关、连接件之类,这些器件放置好后用软件的LOCK 功能将其锁定,使之以后不会被误移动;

  放置线路上的特殊元件和大的元器件,如发热元件、变压器、IC 等;

  放置小器件。

  2.元器件离板边缘的距离:可能的话所有的元器件均放置在离板的边缘3mm以外或至少大于板厚,这是由于在大批量生产的流水线插件和进行波峰焊时,要提供给导轨槽使用,同时也为了防止由于外形加工引起边缘部分的缺损,如果印制线路板上元器件过多,不得已要超出3mm范围时,可以在板的边缘加上3mm的辅边,辅边开V 形槽,在生产时用手掰断即可。

  3.高低压之间的隔离:在许多印制线路板上同时有高压电路和低压电路,高压电路部分的元器件与低压部分要分隔开放置,隔离距离与要承受的耐压有关,通常情况下在2000kV时板上要距离2mm,在此之上以比例算还要加大,例如若要承受3000V的耐压测试,则高低压线路之间的距离应在3.5mm以上,许多情况下为避免爬电,还在印制线路板上的高低压之间开槽。