PCB印制电路板设计规范.doc

PCB印制电路板设计规范342020年5月29日文档仅供参考印制电路板设计规范一、 适用范围该设计规范适用于常见的各种数字和模拟电路设计。对于特殊要求的,特别射频和特殊模拟电路设计的需量行考虑。应用设计软件为Protel99SE。也适用于DXP Design软件或其它设计软件。二、 参考标准GB 4588.388印制电路板设计和使用Q/DKBAY0041999 华为公司内部印制电路板CAD工艺设计规范三、 专业术语1. PCB(Print circuit Board): 印制电路板2. 原理图(SCH图):电路原理图,用来设计绘制,表示硬件电路之间各种器件之间的连接关系图。3. 网络表(NetList表):由原理图自动生成的,用来表示器件电气连接的关系文件。四、 规范目的1. 规范规定了公司PCB的设计流程和设计原则,为后续PCB设计提供了设计参考依据。2. 提高PCB设计质量和设计效率,减小调试中出现的各种问题,增加电路设计的稳定性。3. 提高了PCB设计的管理系统性,增加了设计的可读性,以及后续维护的便捷性。4. 公司正在整体系统设计变革中,后续需要自主研发大量电路板,合理的PCB设计流程和规范对于后续工作的开展具有十分重要的意义。五、 SCH图设计5.1命名工作命名工作按照下表进行统一命名,以方便后续设计文档构成和网络表的生成。有些特殊器件,没有归类的,能够根据需求选择其英文首字母作为统一命名。表1 元器件命名表元器件类型统一命名元器件类型统一命名无极性电容C?LED灯LED?极性电容P?二极管D?电阻R?晶振Y?电位器VR?跳线端子JP?电感L?外部接口端子J?磁珠L?普通器件(有源)U?按键U?对于元器件的功能具体描述,能够在Lib Ref中进行描述。例如:元器件为按键,命名为U100,在Lib Ref中描述为KEY。这样使得整个原理图更加清晰,功能明确。5.2封装确定元器件封装选择的宗旨是1. 常见性。选择常见封装类型,不要选择同一款不常见封装类型,方便元器件购买,价格也较有优势。2. 确定性。封装的确定应该根据原理图上所标示的封装尺寸检查确认,最好是购买实物后确认封装。3. 需要性。封装的确定是根据实际需要确定的。总体来说,贴片器件占空间小,可是价格贵,制板相同面积成本高,某些场合下不适用。直插器件可靠性高,焊接方便,但所占空间大,高性能的MCU已经逐步没有了直插封装。实际设计应该根据使用环境需求选择器件。如下几个例子说明情况:a. 电阻贴片和直插的选择选择直插和贴片电阻主要从精度和功率方面考虑。直插电阻一般精度较高,能够选择0.1%甚至更高的精度,功率能够根据需要选择。常见直插电阻的功率为1/4W。一般在模拟回路采用直插封装,能够更好的保证精度。(特殊情况下也可选择贴片,但须考虑成本问题)贴片电阻精度一般常见的为5%。功率为1/10W。基本用在数字电路。成本比直插高,可是占空间小。b. BGA封装的问题是否选择BGA封装的元器件,主要考虑实际的需求。BGA的特点是占空间小,管脚集成度高,可靠性好,受电磁干扰程度小。可是由于管脚密闭,对于管脚的调试不方便。同时由于BGA的环形管脚排布,使得BGA封装的元器件对于电路板设计有更高要求,一般至少需要4层以上。BGA越复杂,板的层数要求越高,设计成本越高。c. 电源芯片的封装问题一般的数字电路常见的稳压器芯片如AS1117-3.3/1.2等。选择封装的时候应该注意其三个管脚的定义是否与设计相同。确定电源芯片的封装定义。表2 常见无源器件封装表器件类型封装类型推荐使用封装可选用封装备注无极性电容贴片08050402,0603,1206直插AXIAL0.4AXIAL0.2,RAD0.1极性电容贴片12061210,0805根据耐压值不同而封装不同。最好根据购买情况选择。直插RB.2/.4RB.3/.6,RAD0.2电阻贴片08050402,0603,1206直插AXIAL0.4AXIAL0.2,RAD0.1电感(磁珠)贴片08050402,0603,1206电感需根据不同电流值大小选择。建议最好根据实际购买情况确定直插AXIAL0.4AXIAL0.2,RAD0.1跳线端子直插SIP2多个跳线端子并列时,可选择IDC*晶振(无源)贴片对于有源晶振,应根据实际尺寸确定封装大小。直插XTAL1电位器直插VR5三极管直插TO-92对于有源器件,封装应根据实际的芯片资料确认。尽量选用常见的封装类型。如贴片SOP,TQFP等,直插IDC,DIP等5.3SCH图设计要点对于SCH图的设计应把握以下几点:1. 在整体设计电路之前,首先完成设计框图的功能描述,完成电路功能的需求分析,以及完成选用器件的适用性分析,明确设计思路,确定电路功能。2. 整体电路设计采用先部分,再总体的思路。首先设计好各部分模块电路,然后将各个模块以功能模块方式连接。3. 设计各个模块电路,首先从复杂的数字电路外围进行设计,先完成最小系统的设计,然后根据需要进行外围设计扩充。4. 电路设计时应采用典型电路设计图,最好根据芯片资料中提供的外围典型设计方案或者网上广泛使用的电路图进行设计。5. 对于整体电路设计布局,根据信号流向进行设计,由左向右,由上到下进行设计。在必要的时候进行分图设计。5.4设计注意事项1. 模拟电路设计部分应尽量采用连线方式,以求模拟电路关系表示准确,符合习惯看图方式。在数字电路部分应尽量采用网络标号方式,以求对复杂信号的正确连接。2. 对于总线信号连接,如数据总线,地址总线等,可尽量采用总线连接线路表示。 图1 放置总线工具和总线连接示意图3. 对于通用符号的习惯处理。一般VCC指+5V电源,GND指数字地,AGND指模拟地。推荐电源和地线符号如下图所示:左端为Bar型,一般应用于电源描述,可根据实际电源进行命名。如A+3.3V表示模拟正3.3V。左二和左三分别为Signal Ground 和 Arrow。一般可作为AGND的描述。同时,Arrow能够作为其它非电源信号的描述。左四为Power Ground。一般作为GND的描述。左五为Earth Ground。一般作为外接地线的描述。特别注意:如Signal Ground, Power Ground, Earth Ground没有显示标号内容,需要点击进去进行修改。其默认值为VCC。 图2 电源地线放置工具和符号说明4. 网络标号的设计应遵循信号的实际意义。推荐命名规则如下式:信号性质描述 + (所属器件描述) + 功能描述 + 数字标号描述信号性质描述:模拟信号为A,数字信号为D。根据设计实际情况可省略。如主要为数字电路,则D可省略;反之亦然。所属器件描述:根据所属不同器件,对相同功能的管脚进行区分。所属器件应采用实际功能进行命名。如果管脚功能在设计中唯一,该描述能够省略。功能描述:对管教功能进行描述。如输入标号采用In,输出采用Out,地址总线采用A(Addr),数据总线采用D(Data),写信号Wr,使能信号En。数字标号描述:对管脚顺序进行描述。应用举例:ExRamA1ExRam表示所属器件为外部RAM,A表示为地址总线,1表示总线标号1。AIn1A表示为模拟信号,In表示输入信号,1表示信号排序为1。5. 用PlaceWire进行布线,不要选择PlaceLine进行布线。连线的时候应仔细管脚是否相连,注意连接点的问题。交叉走线的时候特别注意连接点问题。6. 推荐在每个功能模块旁边都用文字工具进行功能描述说明。说明每个设计网络标号的作用和整体模块的功能。7. 设计完成后应在右下方的文档编号名称中填写设计图纸信息,以方便存档查阅。六、 PCB图设计流程6.1前期准备工作6.1.1 确定设计尺寸和层数1. PCB板尺寸的确定,应根据具体的机箱空间和设计需要进行确定。一般插板型机箱设计,尺寸为2U,4U,6U。U是指unit,为4.445cm。考虑导轨,板厚等高度,一般PCB板尺寸高度需要适当缩小3-4cm。宽度根据实际机箱尺寸选择,一般按照1英寸(2.54cm)为最小单位进行扩大缩小。对于非插板的PCB板设计,首先应满足放置位置需要,其次对于板面尺寸设计推荐使用16:9的比例进行设计。2. PCB层数的确定PCB层数的确定应该根据实际采用的器件要求,主要是BGA封装决定。其次应根据实际可靠性和成本进行综合评价确定,主要根据工作频率和成本决定。单面板制板价格最低,但电源稳定性差,一般应用于按键、数码管等外接电路和一些设计要求不高的模拟电路。双面板价格略高。设计成本低,是常见型设计方案。可是对于复杂电路设计,其走线过于复杂,电源线、地线和信号线处于一层,干扰大,需要对信号进行较好的处理才能达到比较好的效果。一般应用于不复杂的数字电路设计以及普通的模拟电路设计。一般认为以频率进行区分,模拟10M以下信号,数字50M以下信号均可采用双面板进行设计。四层板价格较双面板翻倍。设计成本高,也是常见的设计方案。加入了内电层,对于电源和地的处理效果较好,走线也更为灵活。是常见的数字电路和模拟电路的最终设计方案。多层板价格直线翻倍。设计成本最高。其稳定性可靠性最好。适用于高频信号的电路和高度电路的设计。推荐调试设计中采用双面板。而最终成品应采用四层板进行设计,提高系统稳定性。6.1.2 加载元器件库常见元器件封装库有PCB Footprints.lib和Miscellaneous.lib。需要增加的元器件库,能够在左侧的Browse中选择Libraries,然后选择Add/Remove,添加相应设计好的元器件库。图3添加元器件库6.1.3 创立网络表网络表是SCH图和PCB图的接口文件,PCB设计人员应根据所使用的SCH图特性和PCB设计工作特性,正确选择网络表的格式,创立符合要求的网络表。网络表的创立:选择Design-Create Netlist。如下图所示,然后默认确定即可。图4 创立网络表 6.2 元器件的导入6.2.1 原点的确定根据单板结构图或对应的标准板框, 创立PCB设计文件。首先确定选择PCB板图的原点位置。选择工具如图所示。图4 创立网络表 原点的设置原则(二选一):1. 左边框线和下边框线的交汇处2. 左下角第一个焊盘处6.2.2 PCB边框的确定PCB边框应从原点出发进行绘制,在KeepOutLayer层中进行绘制。根据之前确定的PCB板尺寸确定边框大小。板框四角能够采用倒圆角的形式,倒角半径一般为5mm。6.2.3 安装固定孔的确定首先在设计板上确定安装孔的位置。安装孔的绘制应采用PlacePad的过孔方式。过孔大小可根据安装需要确定,但切记安装孔应和板间保留一定距离,一般推荐2mm以上。图4 PlacePad工具说明6.2.4 导入网络表网络表的导入是SCH图向PCB图的更新输入。导入过程中可能出现一些问题。常见错误类型如下:1. 元器件的引脚序号与对应封装的焊盘序号不一致2. 原理图中元器件未定义封装3. 定义的封装非法或在当前封装库中不存在4. 封装库未加载5. 封装在所有的封装库中不存在常见错误分析及处理(举例):1. Error: Footprint NMS not found in Library. 当前封装库中没有找到NMS封装。处理方法:检查封装名是否输入错误或未定义,检查该封装是否在当前库中。如果是这两个问题,需要重新修正后,重新生成网络表,再次导入。如果不是这两问题,就需要自行设计封装。2. Error: Node not found. 在所定义的封装中对应的管脚定义未找到。处理方法:可能原因是该封装虽然存在,可是封装的焊盘编号于SCH图中的对应电气管脚编号不同。如常见的二极管编号,SCH图常见1,2表示,而封装焊盘可能为A,K。 遇到这种问题,能够在PCB封装库中进行修改后。3. Error: Component not found. 当前器件没有找到处理方法:可能原因是相应元器件库没有导入。重新导入元器件库后,重新导入网络表。4. Error: Footprint not found in library. 封装没有定义。处理方法:对相应器件进行封装定义后,重新加入元器件库,重新导入网络表。6.3 PCB设计规则的确定元器件导入后,会排布在一处,首先用排列工具,将其进行全部重新排列。图4 Arrangecomponents工具说明在Design-Rule中确定PCB的设计规则。特别注明:这些规则设定能够在具体布线时灵活调整,整体线宽和孔径等只需要设计一个范围值,具体使用时按照需要安排大小。6.3.1 线宽的设定线宽的设定需要根据流过的平均电流进行设计。下表为常见的两种铜箔厚度下的承载电流大小与线宽关系(温度10)。表3 线宽与对应承载电流大小铜箔厚度50um铜箔厚度70um(一般默认大小)线宽 mm电流 A线宽 mm电流 A0.150.500.150.700.200.700.200.900.301.100.301.300.401.350.401.700.501.700.502.000.601.900.602.300.802.400.802.801.002.601.003.201.203.001.203.601.503.501.504.202.004.302.005.102.505.102.506.00上述参数为极限值,设计考虑时应该按照数值降额50%去考虑。一般通俗的认识是:50um铜箔下,1mm线宽能够经过1A左右电流。同时还应该考虑PCB加工中的技术限制。一般国内加工水平最小线宽能够做到6mil。推荐在非高密度器件设计中,数字部分最小线宽为10mil。模拟部分应适当加宽,最小为15mil或20mil。线宽的选择要点是:满足设计需求的前提下,线宽能够尽量宽。电源和地线(特别地线)应该尽可能加宽。6.3.2 线间距的设定线间距的设定需要根据实际工作电压的介电常数进行设计。常见的工作电压与线间距关系如下。爬电距离是指器件之间的板间绝缘距离。表4 输入电压150V-300V电源最小空气间隙和爬电距离工作电压有效值V空气间隙mm爬电距离 mm710.71.21250.71.51500.71.62000.72.02500.72.5同时还应该考虑PCB加工中的技术限制。国内一般加工水平最小间距能够做到6mil。推荐在非高密度器件设计中,数字部分最小线间距为10mil。模拟部分应适当加宽,最小为15mil 在一些特殊的信号处理上,特别电磁干扰方面,需要对间距进行重新设计。6.3.3 过孔大小的设定PCB板的最小孔径定义取决于板厚度,其关系如下表。一般设计板厚度为1.5mm或2mm。表5 最小孔径与板厚度关系板厚度mm最小孔径mil3.0242.5202.0161.5121.08过线孔过线孔尺寸可在上述最小孔径的基础上进行组合设计。一般最佳组合优选序列如下。孔径mil242016128焊盘直径mil4035282520中心孔径的大小一般原则上选择应该考虑不小于所过线宽大小。在某些情况下也能够略小于线宽(过线孔承载电流路径宽度为周长,而不是直径大小)。盲孔和埋孔盲孔是连接表层和内层而不贯通整板的导通孔,埋孔是连接内层之间而在成品板表层不可见的导通孔,这两类过孔尺寸设置可参考过线孔。 应用盲孔和埋孔设计时应对PCB加工流程有充分的认识,避免给PCB加工带来不必要的问题。推荐在非复杂电路设计和四层板以下的设计电路中,尽量不要使用盲孔和埋孔。测试孔测试孔是指用于测试目的的过孔,能够兼做导通孔,原则上孔径不限,焊盘直径应不小于25mil。不推荐用元件焊接孔作为测试孔。 6.4元器件布局元器件布局需要根据设置的板框尺寸以及结构要素进行布局。同时需要在必须的地方做出尺寸标注。布局需要注意事项如下:1. 遵照”先大后小,先难后易”的布置原则,即重要的单元电路、核心元器件应当优先布局。2. 布局中应参考原理框图,根据主信号流向规律安排主要元器件。一般为由左到右,由上到下排列。3. 总体连线尽量短的原则。关键信号线最短;高电压、大电流信号与小电流、低电压弱信号完全隔离分开。4. 输入输出信号尽量远离,模拟和数字电路尽量隔离分开。高频信号与低频信号分隔开。高频信号的间隔要充分。需要考虑后续加入地线阻隔的空间。5. 在靠近板边沿5mm的范围内不宜放置元器件。6. 大功率元器件放置在有利于散热的地方。发热元器件应该均匀分布,以利于整体单板散热。同时大功率发热元件应该集中一片区域摆放,有利于后续散热功能的设计。7. 高频信号元器件靠近走线放置。特别晶振应该靠近器件摆放,同时两个晶振不应该并行放置,防止串扰。下图所示为高频信号排布方式。图5 根据频率的元器件布局示意图这样排布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。一般将高频的部分布设在接口部分以减少布线长度,当然,这样的布局依然要考虑到低频信号可能受到的干扰。同时还要考虑到高/低频部分地平面的分割问题,一般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别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。8. 去耦电容应该在器件电源入口端就近放置。9. 电源转换芯片应靠近板边缘放置,就近外部电源接入口,最好将各种电源放置一处,并做好地线隔离,同时方便后续电源隔离。10. 串联的匹配电阻应就近放置在驱动端。11. 放置元器件时,应考虑其空间立体分布大小。比如带外壳的IDC封装(JATG口)。一般大的元器件立体空间下不应放置小元器件,不然会对调试造成麻烦。12. 布局应注意焊盘方向,选取一直方向放置,方便焊接,同时也美观。13. 相同结构电路部分,应尽可能选择”对称式”的布局方式,美观,同时有一定的防干扰的能力。整体电路板应均匀分布,重心平稳,板面美观。元器件布局的原则如下:1. 根据外部结构要求放置器件2. 根据信号走向流向确定器件放置3. 根据模拟和数字区分信号区域以上三条逐次递减要求,但应尽力满足要求特别说明:数字信号密集部分尽量多预留空间,在布线的时候能够进行适时调整位置。6.4元器件连线在满足设计规则的前提下,应尽量使用手动布线,根据设计需要进行走线控制。自动布线经常出现一些不可预知的问题,或者经常不能按照需要布线成功。推荐先能够使用自动布线工具进行布线,然后根据整体布线的疏密程度,对板子上元器件的布局进行调整,然后再进行手动布线工作。布线顺序1. 关键信号线优先,需要特殊注意的电源信号,高速数字信号线,时钟信号,同步信号等关键信号优先 。2. 布线优先从密度最高的数字电路部分开始布局。整体原则是先大后小,先难后易。3. 相同电路优先布局一组,从局部了解全局。4. 整体布局根据信号流形布线。5. 布线管脚可灵活处理,处理FPGA,CPLD以及MCU管脚分配。布线应遵循以下规则:1. 走线方向控制布线总体效果需求,横纵分明,一个层面上尽量只走一种方向的线型。这样做的好处是,能够保证布线成功,同时避免了不必要的层间串扰。可是这条不能死守,需要在特殊情况下灵活处理。在一些由于板结构限制的情况下也不能避免出现两层布线顺序相同的情况,对于特别是高速信号时,应考虑地平面进行层隔离,用地线隔离信号线。图6 走线方向控制示意图2. 走线线宽控制线宽应该在空间允许的情况下,能大则大。实际情况应该是模拟部分大于数字部分,电源部分进行另外区分。具体选择线宽大小,参见前面规则设定。同一网络下的同一种信号应该保证一致的线宽。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。图7 走线方向控制示意图3. 走线长度控制即短线规则,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。图8 走线长度控制示意图4. 走线倒角控制PCB设计中应避免产生锐角和直角,产生不必要的天线效应,同时工艺性能也不好。走线尽量保持45方向。图9 走线长度控制示意图5. 分歧线控制分歧线是三条线的交汇,能够按照直角走线,也能够按照斜45方向交汇方式。尽量控制分枝的长度。图10 分歧线控制示意图6. 走线出现控制走线从管脚出现应该按照下图所示的出现方式。这主要从制造工艺和后续焊接调试方面考虑。 图11 走线出现控制示意图7. 走线开环控制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受,否则可能带来不可预知的结果。图12 走线开环控制示意图8. 走线闭环控制防止信号线在不同层间形成自环。在多层板设计中容易发生此类问题,自环将引起辐射干扰。图13走线闭环控制示意图9. 走线谐振控制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。图14走线谐振控制示意图10. 走线终端网络匹配规则在高速数字电路中,当PCB布线的延迟时间大于信号上升时间(或下降时间)的1/4时,该布线即能够看成传输线,为了保证信号的输入和输出阻抗与传输线的阻抗正确匹配,能够采用多种形式的匹配方法,所选择的匹配方法与网络的连接方式和布线的拓朴结构有关。a. 对于点对点(一个输出对应一个输入)连接,能够选择始端串联匹配或终端并联匹配。前者结构简单,成本低,但延迟较大。后者匹配效果好,但结构复杂,成本较高。b. 对于点对多点(一个输出对应多个输出)连接,当网络的拓朴结构为菊花链时,应选择终端并联匹配。当网络为星型结构时,能够参考点对点结构。星形和菊花链为两种基本的拓扑结构, 其它结构可看成基本结构的变形, 可采取一些灵活措施进行匹配。在实际操作中要兼顾成本、功耗和性能等因素,一般不追求完全匹配,只要将失配引起的反射等干扰限制在可接受的范围即可。图15走线终端网络匹配示意图11. 地线环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。针对这一规则,在地平面分割时,要考虑到地平面与重要信号走线的分布,防止由于地平面开槽等带来的问题。在双层板设计中,在为电源留下足够空间的情况下,应该将留下的部分用参考地填充,且增加一些必要的孔,将双面地信号有效连接起来,对一些关键信号尽量采用地线隔离,对一些频率较高的设计,需特别考虑其地平面信号回路问题,建议采用多层板为宜。同时应该将多种地线区分控制,在不同地线之间用单点连接。使不同地线之间的干扰做到最小。一般主要考虑数字地的高频信号对于模拟地线的干扰。图16 地线环路规则示意图12. 过孔摆放控制过孔不是越多越好,过孔能少放就少放,会引入寄生电容和寄生电感。 过孔是走线不能完成联线的情况下和满足走线需求下才进行放置的。过孔排列时应均匀分布,美观。 过孔不要放在管脚上,虽然能够,可是实际上焊接时容易造成虚焊。特别说明:晶振走线时不要放置过孔。13. 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: a. 加大平行布线的间距,遵循3W规则。b. 在平行线间插入接地的隔离线。 c. 减小布线层与地平面的距离。14. 屏蔽保护控制对应地线回路规则,实际上也是为了尽量减小信号的回路面积,多见于一些比较重要的信号,如时钟信号,同步信号;对一些特别重要,频率特别高的信号,应该考虑采用铜轴电缆屏蔽结构设计,即将所布的线上下左右用地线隔离,而且还要考虑好如何有效的让屏蔽地与实际地平面有效结合。图17 屏蔽保护方式示意图15. 去耦走线规则在印制版上增加必要的去藕电容,滤除电源上的干扰信号,使电源信号稳定。在多层板中,对去藕电容的位置一般要求不太高,但对双层板,去藕电容的布局及电源的布线方式将直接影响到整个系统的稳定性,有时甚至关系到设计的成败。 在双层板设计中,一般应该使电流先经过滤波电容滤波再供器件使用,同时还要充分考虑到由于器件产生的电源噪声对下游的器件的影响,一般来说,采用总线结构设计比较好,在设计时,还要考虑到由于传输距离过长而带来的电压跌落给器件造成的影响,必要时增加一些电源滤波环路,避免产生电位差。 在高速电路设计中,能否正确地使用去藕电容,关系到整个板的稳定性。16. 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。17. 3W规则为了减少线间串扰,应保证线间距足够大,当线中心间距不少于3倍线宽时,则可保持70%的电场不互相干扰,称为3W规则。如要达到98%的电场不互相干扰,可使用10W的间距。图18 3W规则示意图18. 20H规则由于电源层与地层之间的电场是变化的,在板的边缘会向外辐射电磁干扰。称为边沿效应。解决的办法是将电源层内缩,使得电场只在接地层的范围内传导。以一个H(电源和地之间的介质厚度)为单位,若内缩20H则能够将70%的电场限制在接地层边沿内;内缩100H则能够将98%的电场限制在内。图19 20H规则示意图19. 五五规则印制板层数选择规则,即时钟频率到5MHz或脉冲上升时间小于5ns,则PCB板须采用多层板,这是一般的规则,有的时候出于成本等因素的考虑,采用双层板结构时,这种情况下,最好将印制板的一面做为一个完整的地平面层。6.5设计检查可从下面几个方面检查电路设计情况:1.检查高频、高速、时钟及其它脆弱信号线,是否回路面积最小、是否远离干扰源、是否有多余的过孔和绕线、是否有垮地层分割区2.检查晶体、变压器、光藕、电源模块下面是否有信号线穿过,应尽量避免在其下穿线,特别是晶体下面应尽量铺设接地的铜皮。3.检查定位孔、定位件是否与结构图一致。4.检查器件的序号是否按从左至右的原则归宿无误的摆放规则,而且无丝印覆盖焊盘;检查丝印的版本号是否符合版本升级规范,并标识出。5.检查电源、地的分割正确;单点共地已作处理。6.检查走线方式是否合理。6.6设计优化6.6.1 泪滴操作泪滴的存在有如下好处:1. 避免电路板受到巨大外力的冲撞时,导线与焊盘或者导线与导孔的接触点断开,也可使PCB电路板显得更加美观。2. 焊接上,能够保护焊盘,避免多次焊接是焊盘的脱落,生产时能够避免蚀刻不均,过孔偏位出现的裂缝等。3. 当信号传输时能够平滑阻抗,减少阻抗的急剧跳变,避免高频信号传输时由于线宽突然变小而造成反射,可使走线与元件焊盘之间的连接趋于平稳过渡化。应该在整体电路设计检查完毕后,最后添加。选择Tools-TearDrops工具。选择默认添加即可。 图20 泪滴操作说明和效果示意图6.6.2 铺铜操作所谓铺铜操作,就是将PCB上闲置的空间作为基准面,填充铜材料,完成地平面的扩大。这样的好处在于,减小地线阻抗,提高了抗干扰能力;提高了电源效率;同时地线的扩大,减小了环路面积,减小了辐射效应。对于多种地线的PCB,如有SGND,AGND,GND等的情况时,需要根据板面位置的不同,进行区分独立铺铜操作。而后在不同地之间采用单点连接,一般采用磁珠或者小电感进行连接,起隔离作用,防止高频信号干扰。同时,在铺铜操作之前,应该保证整体的地线和电源线的完整性,同时应相应加粗电源连线。对于晶振附近的铺铜,因为晶振为高频发射源,应该环绕晶振铺铜,同时将晶振的外壳另行接地,效果最好。对于铺铜种类的选择,一般采用大面子铺铜或者90网格铺铜。一般情况下,大面积铺铜散热效果不好,会在波峰回流焊接工艺中,使板子翘起变形或者起泡。而网格铺铜散热效果好,一般对于高频电路设计而言,多采用网格铺铜,提高抗干扰性。而对于低频大电流不需要波峰焊接的电路多采用完整大面积铺铜。铺铜死区(孤岛)是指小块不能和大面积铜区连接的部分。对于死区能够采用去除的操作。也能够根据需要(如果死区过于大),在死区中增加一个连接孔,将死区和大面积铜区连接起来即可。铺铜操作如下。选择铺铜工具后,在Connect to Net 中选择需要铺铜的地线网络标号。Pour Over Same能够覆盖相同网络名连线,一般勾选。Remove Dead Coper能够移除死区,能够根据情况勾选。Hatching Style是指铺铜方式,一般选择90-Degree Hatch或者No Hatching。 图21 铺铜操作说明示意图铺铜推荐规则。网格铺铜时,选择Grid Size 为30mil,Track Width 为20mil,Length为3mil。特别说明:铺铜时应该修改线间距规则,保证铺铜的线间距大于走线时候的线间距。推荐此时线间距为30mil以上。同时地线过孔与大面积铺铜的连接方式应该选择直接覆盖连接或者以30mil以上的线宽连接。示意图如下。 图22 过孔与大面积铜线关系示意图6.6.3 测试孔预留操作增加关键信号的测试孔,测试孔规则遵循上述的过孔规则。关键信号的测试孔应添加在适当位置,应考虑干扰和测试便捷性。同时对于电源和地应该多预留测试孔,并使其均匀分布在板子上,以方便调试测试。附录待补充附录1:SCH图设计操作流程演示附录2:PCB图设计操作流程演示附录3:常见操作快捷键说明附录4:常见元器件说明(包括各种封装说明)