PCB布线设计规范.docx
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PCB布线设计规范
PCB布线设计规范
一、有用范畴
该设计规范有用于常用的各类数字和仿照电路设计。
关于专门要求的，专门射频和专门仿照电路设计的需量行推敲。
应用设计软件为Protel99SE。
也有用于DXPDesign软件或其他设计软件。
二、参考标准
GB4588.3—88印制电路板设计和应用
Q/DKBA—Y004—1999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（PrintcircuitBoard）:
印制电路板
2.道理图（SCH图）：
电路道理图，用来设计绘制，表达硬件电路之间各类器件之间的连接关系图。
3.收集表（NetList表）：
由道理图主动生成的，用来表达器件电气连接的关系文件。
四、规范目标
1.规范规定了公司PCB的设计流程和设计原则，为后续PCB设计供给了设计参考依照。
2.进步PCB设计质量和设计效力，减小调试中显现的各类问题，增长电路设计的稳固性。
3.进步了PCB设计的治理体系性，增长了设计的可读性，以及后续爱护的便利性。
4.公司正在整系一切设计变革中，后续须要自立研发大年夜量电路板，合理的PCB设计流程和规范关于后续工作的开展具有十分重要的意义。
五、SCH图设计
5.1定名工作
定名工作按照下表进行同必定名，以便利后续设计文档构成和收集表的生成。
有些专门器件，没有归类的，能够依照需求选择其英文首字母作为同必定名。
表1元器件定名表
元器件类型
同必定名
元器件类型
同必定名
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?
通俗器件（有源）
U?
按键
U?
关于元器件的功能具体描述，能够在LibRef中进行描述。
例如：
元器件为按键，定名为U100，在LibRef中描述为KEY。
如许使得全部道理图加倍清晰，功能明白。
5.2封装确信
元器件封装选择的主旨是
1.常用性。
选择常用封装类型，不要选择同一款不常用封装类型，便利元器件购买，价格也较有优势。
2.确信性。
封装切实事实上定应当依照道理图上所标示的封装尺寸检查确认，最好是购买什物后确认封装。
3.须要性。
封装切实事实上定是依照实际须要确信的。
总体来说，贴片器件占空间小，然则价格贵，制板雷同面积成本高，某些场合下不有用。
直插器件靠得住性高，焊接便利，但所占空间大年夜，高机能的MCU差不多慢慢没有了直插封装。
实际设计应当依照顾用情形需求选择器件。
如下几个例子说明情形：
a.电阻贴片和直插的选择
选择直插和贴片电阻重要从精度和功率方面推敲。
直插电阻一样精度较高，能够选择0.1%甚至更高的精度，功率能够依照须要选择。
常见直插电阻的功率为1/4W。
一样在仿照回路采取直插封装，能够或许更好的包管精度。
（专门情形下也可选择贴片，但须推敲成本问题）
贴片电阻精度一样常见的为5%。
功率为1/10W。
全然用在数字电路。
成本比直插高，然则占空间小。
b.BGA封装的问题
是否选择BGA封装的元器件，重要推敲实际的需求。
BGA的特点是占空间小，管脚集成度高，靠得住性好，受电磁干扰程度小。
然则因为管脚密闭，关于管脚的调试不便利。
同时因为BGA的环形管脚排布，使得BGA封装的元器件关于电路板设计有更高要求，一样至少须要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
一样的数字电路常用的稳压器芯片如AS1117-3.3/1.2等。
选择封装的时刻应当留意其三个管脚的定义是否与设计雷同。
确信电源芯片的封装定义。
表2常用无源器件封装表
器件类型
封装类型
举荐应用封装
可选用封装
备注
无极性电容
贴片
0805
0402,0603,1206
直插
AXIAL0.4
AXIAL0.2,RAD0.1…
极性电容
贴片
1206
1210,0805…
依照耐压值不合而封装不合。
最好依照购买情形选择。
直插
RB.2/.4
RB.3/.6,RAD0.2…
电阻
贴片
0805
0402,0603,1206
直插
AXIAL0.4
AXIAL0.2,RAD0.1…
电感（磁珠）
贴片
0805
0402,0603,1206
电感需依照不合电流值大年夜小选择。
建议最好依照实际购买情形确信
直插
AXIAL0.4
AXIAL0.2,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
关于有源晶振，应依照实际尺寸确信封装大年夜小。
直插
XTAL1
电位器
直插
VR5
三极管
直插
TO-92
关于有源器件，封装应依照实际的芯片材料确认。
尽量选用常用的封装类型。
如贴片SOP，TQFP等，直插IDC，DIP等
5.3SCH图设计要点
关于SCH图的设计应把握以下几点：
1.在整体设计电路之前，起首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有用性分析，明白设计思路，确信电路功能。
2.整体电路设计采取先部分，再总体的思路。
起首设计好各部分模块电路，然后将各个模块以功能模块方法连接。
3.设计各个模块电路，起首从复杂的数字电路外围进行设计，先完成最小体系的设计，然后依照须要进行外围设计扩充。
4.电路设计时应采取典范电路设计图，最好依照芯片资估中供给的外围典范设计筹划或者网上广泛应用的电路图进行设计。
5.关于整体电路设计构造，依照旌旗灯号流向进行设计，由左向右，由上到下进行设计。
在须要的时刻进行分图设计。
5.4设计留意事项
1.仿照电路设计部分应尽量采取连线方法，以求仿照电路关系表达精确，相符适应看图方法。
在数字电路部分应尽量采取收集标号方法，以求对复杂旌旗灯号的精确连接。
2.关于总线旌旗灯号连接，如数据总线，地址总线等，可尽量采取总线连接线路表示。
图1放置总线对象和总线连接示意图
3.关于通用符号的适应处理。
一样VCC指+5V电源，GND指数字地，AGND手印仿地。
举荐电源和地线符号如下图所示：
左端为Bar型，一样应用于电源描述，可依照实际电源进行定名。
如A+3.3V表示仿照正3.3V。
左二和左三分别为SignalGround和Arrow。
一样可作为AGND的描述。
同时，Arrow能够作为其他非电源旌旗灯号的描述。
左四为PowerGround。
一样作为GND的描述。
左五为EarthGround。
一样作为外接地线的描述。
专门留意：
如SignalGround,PowerGround,EarthGround没有显示标号内容，须要点击到里面去进行修改。
其默认值为VCC。
图2电源地线放置对象和符号说明
4.收集标号的设计应遵守旌旗灯号的实际意义。
举荐定名规矩如下式：
旌旗灯号性质描述+（所属器件描述）+功能描述+数字标号描述
旌旗灯号性质描述：
仿照旌旗灯号为A，数字旌旗灯号为D。
依照设计实际情形可省略。
如重要为数字电路，则D可省略；反之亦然。
所属器件描述：
依照所属不合器件，对雷同功能的管脚进行区分。
所属器件应采取实际功能进行定名。
假如管脚功能在设计中独一，该描述能够省略。
功能描述：
对管教功能进行描述。
如输入标号采取In，输出采取Out，地址总线采取A（Addr），数据总线采取D（Data），写旌旗灯号Wr，使能旌旗灯号En。
数字标号描述：
对管脚次序进行描述。
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表示为仿照旌旗灯号，In表示输入旌旗灯号，1表示旌旗灯号排序为1。
5.用PlaceWire进行布线，不要选择PlaceLine进行布线。
连线的时刻应细心管脚是否相连，留意连接点的问题。
交叉走线的时刻专门留意连接点问题。
6.举荐在每个功能模块旁边都用文字对象进行功能描陈述明。
说明每个设计收集标号的感化和整体模块的功能。
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，以便利存档查阅。
六、PCB图设计流程
6.1前期预备工作
6.1.1确信设计尺寸和层数
1.PCB板尺寸切实事实上定，应依照具体的机箱空间和设计须要进行确信。
一样插板型机箱设计，尺寸为2U，4U，6U。
U是指unit，为4.445cm。
推敲导轨，板厚等高度，一样PCB板尺寸高度须要恰当缩小3-4cm。
宽度依照实际机箱尺寸选择，一样按照1英寸（2.54cm）为最小单位进行扩大年夜缩小。
关于非插板的PCB板设计，起首应知足放置地位须要，其次关于板面尺寸设计举荐应用16:
9的比例进行设计。
2.PCB层数切实事实上定
PCB层数切实事实上定应当依照实际采取的器件要求，主假如BGA封装决定。
其次应依照实际靠得住性和成本进行综合评判确信，重要依照工作频率和成本决定。
单面板制板价格最低，但电源稳固性差，一样应用于按键、数码管等外接电路和一些设计要求不高的仿照电路。
双面板价格略高。
设计成本低，是常用型设计筹划。
然则关于复杂电路设计，其走线过于复杂，电源线、地线和旌旗灯号线处于一层，干扰大年夜，须要对旌旗灯号进行较好的处理才能达到比较好的后果。
一样应用于不复杂的数字电路设计以及通俗的仿照电路设计。
平日认为以频率进行区分，仿照10M以下旌旗灯号，数字50M以下旌旗灯号均可采取双面板进行设计。
四层板价格较双面板翻倍。
设计成本高，也是常用的设计筹划。
参加了内电层，关于电源和地的处理后果较好，走线也更为灵活。
是常用的数字电路和仿照电路的最终设计筹划。
多层板价格直线翻倍。
设计成本最高。
其稳固性靠得住性最好。
有用于高频旌旗灯号的电路和高度电路的设计。
举荐调试设计中采取双面板。
而最终成品应采取四层板进行设计，进步体系稳固性。
6.1.2加载元器件库
常用元器件封装库有PCBFootprints.lib和Miscellaneous.lib。
须要增长的元器件库，能够在左侧的Browse中选择Libraries，然后选择Add/Remove，添加响应设计好的元器件库。
图3添加元器件库
6.1.3创建收集表
收集表是SCH图和PCB图的接口文件，PCB设计人员应依照所应用的SCH图特点和PCB设计工作特点，精确选择收集表的格局，创建相符要求的收集表。
收集表的创建：
选择Design->CreateNetlist。
如下图所示，然后默认确信即可。
图4创建收集表
6.2元器件的导入
6.2.1原点切实事实上定
依照单板构造图或对应的标准板框,创建PCB设计文件。
起首确信选择PCB板图的原点地位。
选择对象如图所示。
图4创建收集表
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
6.2.2PCB边框切实事实上定
PCB边框应从原点动身进行绘制，在KeepOutLayer层中进行绘制。
依照之前确信的PCB板尺寸确信边框大年夜小。
板框四角能够采取倒圆角的情势，倒角半径一样为5mm。
6.2.3安装固定孔切实事实上定
起首在设计板上确信安装孔的地位。
安装孔的绘制应采取PlacePad的过孔方法。
过孔大年夜小可依照安装须要确信，但切记安装孔应和板间储存必定距离，一样举荐2mm以上。
图4PlacePad对象说明
6.2.4导入收集表
收集表的导入是SCH图向PCB图的更新输入。
导入过程中可能显现一些问题。
常见缺点类型如下：
1.元器件的引脚序号与对应封装的焊盘序号不一致
2.道理图中元器件不决义封装
3.定义的封装不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
常见缺点分析及处理（举例）：
1.Error:
FootprintNMSnotfoundinLibrary.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缺点或不决义，检查该封装是否在当前库中。
假如是这两个问题，须要从新修改后，从新生成收集表，再次导入。
假如不是这两问题，就须要自行设计封装。
2.Error:
Nodenotfound.在所定义的封装中对应的管脚定义未找到。
处理方法：
可能缘故是该封装因此存在，然则封装的焊盘编号于SCH图中的对应电气管脚编号不合。
如常见的二极管编号，SCH图常用1,2表示，而封装焊盘可能为A,K。
碰到这种问题，能够在PCB封装库中进行修改后。
3.Error:
Componentnotfound.当前器件没有找到
处理方法：
可能缘故是响应元器件库没有导入。
从新导入元器件库后，从新导入收集表。
4.Error:
Footprintnotfoundinlibrary.封装没有定义。
处理方法：
对响应器件进行封装定义后，从新参加元器件库，从新导入收集表。
6.3PCB设计规矩切实事实上定
元器件导入后，会排布在一处，起首用分列对象，将其进行全部从新分列。
图4Arrangecomponents对象说明
在Design->Rule中确信PCB的设计规矩。
专门注明：
这些规矩设定能够在具体布线时灵活调剂，整体线宽和孔径等只须要设计一个范畴值，具体应用时按照须要安排大年夜小。
6.3.1线宽的设定
线宽的设定须要依照流过的平均电流进行设计。
下表为常用的两种铜箔厚度下的承载电流大年夜小与线宽关系（温度10℃）。
表3线宽与对应承载电流大年夜小
铜箔厚度50um
铜箔厚度70um（平日默认大年夜小）
线宽mm
电流A
线宽mm
电流A
0.15
0.50
0.15
0.70
0.20
0.70
0.20
0.90
0.30
1.10
0.30
1.30
0.40
1.35
0.40
1.70
0.50
1.70
0.50
2.00
0.60
1.90
0.60
2.30
0.80
2.40
0.80
2.80
1.00
2.60
1.00
3.20
1.20
3.00
1.20
3.60
1.50
3.50
1.50
4.20
2.00
4.30
2.00
5.10
2.50
5.10
2.50
6.00
上述参数为极限值，设计推敲时应当按照数值降额50%去推敲。
一样通俗的熟悉是：
50um铜箔下，1mm线宽能够经由过程1A阁下电流。
同时还应当推敲PCB加工中的技巧限制。
一样国内加工程度最小线宽能够做到6mil。
举荐在非高密度器件设计中，数字部分最小线宽为10mil。
仿照部分应恰当加宽，最小为15mil或20mil。
线宽的选摘要点是：
知足设计需求的前提下，线宽能够或许尽量宽。
电源和地线（专门地线）应当尽可能加宽。
6.3.2线间距的设定
线间距的设定须要依照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mm
71
0.7
1.2
125
0.7
1.5
150
0.7
1.6
200
0.7
2.0
250
0.7
2.5
同时还应当推敲PCB加工中的技巧限制。
国内一样加工程度最小间距能够做到6mil。
举荐在非高密度器件设计中，数字部分最小线间距为10mil。
仿照部分应恰当加宽，最小为15mil
在一些专门的旌旗灯号处理上，专门电磁干扰方面，须要对间距进行从新设计。
6.3.3过孔大年夜小的设定
PCB板的最小孔径定义取决于板厚度，其关系如下表。
一样设计板厚度为1.5mm或2mm。
表5最小孔径与板厚度关系
板厚度mm
最小孔径mil
3.0
24
2.5
20
2.0
16
1.5
12
1.0
8
过线孔
过线孔尺寸可在上述最小孔径的差不多长进行组合设计。
一样最佳组合优选序列如下。
孔径mil
24
20
16
12
8
焊盘直径mil
40
35
28
25
20
中间孔径的大年夜小一样原则上选择应当推敲不小于所过线宽大年夜小。
在某些情形下也能够略小于线宽（过线孔承载电流路径宽度为周长，而不是直径大年夜小）。
盲孔和埋孔
盲孔是连接表层和内层而不贯穿整板的导通孔，埋孔是连接内层之间而在成品板表层弗成见的导通孔，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加工流程有充分的熟悉，幸免给PCB加工带来不须要的问题。
举荐在非复杂电路设计和四层板以下的设计电路中，尽量不要应用盲孔和埋孔。
测试孔
测试孔是指用于测试目标的过孔，能够兼做导通孔，原则上孔径不限，焊盘直径应不小于25mil。
不举荐用元件焊接孔作为测试孔。
6.4元器件构造
元器件构造须要依照设置的板框尺寸以及构造要素进行构造。
同时须要在必须的处所做出尺寸标注。
构造须要留意事项如下：
1.遵守“先大年夜后小，先难后易”的安排原则，即重要的单位电路、核心元器件应当优先构造。
2.构造中应参考道理框图，依照主旌旗灯号流向规律安排重要元器件。
一样为由左到右，由上到下分列。
3.总体连线尽量短的原则。
关键旌旗灯号线最短；高电压、大年夜电流旌旗灯号与小电流、低电压弱旌旗灯号完全隔离分开。
4.输入输出旌旗灯号尽量远离，仿照和数字电路尽量隔离分开。
高频旌旗灯号与低频旌旗灯号分隔开。
高频旌旗灯号的距离要充分。
须要推敲后续参加地线阻隔的空间。
5.在接近板边沿5mm的范畴内不宜放置元器件。
6.大年夜功率元器件放置在有利于散热的处所。
发烧元器件应当平均分布，以利于整体单板散热。
同时大年夜功率发烧元件应当集中一片区域摆放，有利于后续散热功能的设计。
7.高频旌旗灯号元器件接近走线放置。
专门晶振应当接近器件摆放，同时两个晶振不该该并行放置，防止串扰。
下图所示为高频旌旗灯号排布方法。
图5依照频率的元器件构造示意图
如许排布主假如为了防止不合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。
平日将高频的部分布设在接口部分以削减布线长度，因此，如许的构造仍旧要推敲到低频旌旗灯号可能受到的干扰。
同时还要推敲到高/低频部分地平面的瓜分问题，平日采取将二者的地瓜分，再在接口处单点相接。
对混淆电路，也有将仿照与数字电路分别安排在印制板的两面，分别应用不合的层布线，中心用地层隔离的方法。
8.去耦电容应当在器件电源进口端就近放置。
9.电源转换芯片应接近板边沿放置，就近外部电源接进口，最好将各类电源放置一处，并做好地线隔离，同时便利后续电源隔离。
10.串联的匹配电阻应就近放置在驱动端。
11.放置元器件时，应推敲其空间立体分布大年夜小。
比如带外壳的IDC封装（JATG口）。
一样大年夜的元器件立体空间下不该放置小元器件，不然会对调试造成苦恼。
12.构造应留意焊盘偏向，拔取一向偏向放置，便利焊接，同时也美不雅。
13.雷同构造电路部分，应尽可能选择“对称式”的构造方法，美不雅，同时有必定的防干扰的才能。
整体电路板应平均分布，重心安稳，板面美不雅。
元器件构造的原则如下：
1.依照外部构造要求放置器件
2.依照旌旗灯号走向流向确信器件放置
3.依照仿照和数字区分旌旗灯号区域
以上三条逐次递减要求，但应尽力知足要求
专门说明：
数字旌旗灯号密集部分尽量多预留空间，在布线的时刻能够进行合时调剂地位。
6.4元器件连线
在知足设计规矩的前提下，应尽量应用手动布线，依照设计须要进行走线操纵。
主动布线经常显现一些弗成预知的问题，或者经常不克不及按照须要布线成功。
举荐先能够应用主动布线对象进行布线，然后依照整体布线的疏密程度，对板子上元器件的构造进行调剂，然后再进行手动布线工作。
布线次序
1.关键旌旗灯号线优先，须要专门留意的电源旌旗灯号，高速数字旌旗灯号线，时钟旌旗灯号，同步旌旗灯号等关键旌旗灯号优先。
2.布线优先从密度最高的数字电路部分开端构造。
整体原则是先大年夜后小，先难后易。
3.雷同电路优先构造一组，从局部明白得全局。
4.整体构造依照旌旗灯号流形布线。
5.布线管脚可灵活处理，处理FPGA,CPLD以及MCU管脚分派。
布线应遵守以下规矩：
1.走线偏向操纵
布线总体后果需求，横纵分明，一个层面上尽量只走一种偏向的线型。
如许做的好处是，能够包管布线成功，同时幸免了不须要的层间串扰。
然则这条不克不及逝世守，须要在专门情形下灵活处理。
在一些因为板构造限制的情形下也不克不及幸免显现两层布线次序雷同的情形，关于专门是高速旌旗灯号时，应推敲地平面进行层隔离，用地线隔离旌旗灯号线。
图6走线偏向操纵示意图
2.走线线宽操纵
线宽应当在空间许可的情形下，能大年夜则大年夜。
实际情形应当是仿照部分大年夜于数字部分，电源部分进行别的区分。
具体选择线宽大年夜小，拜见前面规矩设定。
同一收集下的同一种旌旗灯号应当包管一致的线宽。
线宽的变更会造成线路特点阻抗的不平均，当传输的速度较高时会产生反射，在设计中应当尽量幸免这种情形。
在某些前提下，如接插件引出线，BGA封装的引出线类似的构造时，可能无法幸免线宽的变更，应当尽量削减中心不一致部分的有效长度。
图7走线偏向操纵示意图
3.走线长度操纵
即短线规矩，在设计时应当尽量让布线长度尽量短，以削减因为走线过长带来的干扰问题，专门是一些重要旌旗灯号线，如时钟线，务必将其振荡器放在离器件专门近的处所。
对驱动多个器件的情形，应依照具体情形决定采取何种收集拓扑构造。
图8走线长度操纵示意图
4.走线倒角操纵
PCB设计中应幸免产生锐角和直角，产生不须要的天线效应，同时工艺机能也不行。
走线尽量保持45°偏向。
图9走线长度操纵示意图
5.不合线操纵
不合线是三条线的交汇，能够按照直角走线，也能够按照斜45°偏向交汇方法。
尽量操纵分枝的长度。
图10不合线操纵示意图
6.走线显现操纵
走线从管脚显现应当按照下图所示的显现方法。
这重要从制造工艺和后续焊接调试方面推敲。
图11走线显现操纵示意图
7.走线开环操纵
一样不许可显现一端浮空的布线，主假如为了幸免产生“天线效应”，削减不须要的干扰辐射和接收，不然可能带来弗成预知的成果。
图12走线开环操纵示意图
8.走线闭环操纵
防止旌旗灯号线在不合层间形成自环。
在多层板设计中轻易产生此类问题，自环将引起辐射干扰。
图13走线闭环操纵示意图
9.走线谐振操纵
重要针对高频旌旗灯号设计而言，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走线谐振操纵示意图
10.走线终端收集匹配规矩
在高速数字电路中，当PCB布线的延迟时刻大年夜于旌旗灯号上升时刻（或降低时刻）的1/4时，该布线即能够算作传输线，为了包管旌旗灯号的输入和输出阻抗与传输线的阻抗精确匹配，能够采取多种情势的匹配方法，所选择的匹配方法与收集的连接方法和布线的拓朴构造有关。
a.关于点对点（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。
前者构造简单，成本低，但延迟较大年夜。
后者匹配后果好，但构造复杂，成本较高。
b.关于点对多点（一个输出对应多个输出）连接，当收集的拓朴构造为菊花链时，应选择终端并联匹配
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