pcb布线设计规范doc.docx
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pcb布线设计规范doc
印制电路板设计规范
一、适用范围
该设计规范适用于常用的各种数字和模拟电路设计。
对于特殊要求的，尤其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印制电路板设计和使用
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.原理图（SCH图）：
电路原理图，用来设计绘制，表达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，用来表达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，可以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，可以在LibRef中进行描述。
例如：
元器件为按键，命名为U100，在LibRef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.常用性。
选择常用封装类型，不要选择同一款不常用封装类型，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，但是价格贵，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，可以选择0.1%甚至更高的精度，功率可以根据需要选择。
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，但是占空间小。
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。
但是由于管脚密闭，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
一般的数字电路常用的稳压器芯片如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常用无源器件封装表
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
0805
0402,0603,1206
直插
AXIAL0.4
AXIAL0.2,RAD0.1…
极性电容
贴片
1206
1210,0805…
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/.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
AXIAL0.4
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
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。
尽量选用常用的封装类型。
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达准确，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SignalGround和Arrow。
一般可作为AGND的描述。
同时，Arrow可以作为其他非电源信号的描述。
左四为PowerGround。
一般作为GND的描述。
左五为EarthGround。
一般作为外接地线的描述。
特别注意：
如SignalGround,PowerGround,EarthGround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，该描述可以省略。
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。
交叉走线的时候尤其注意连接点问题。
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，是常用型设计方案。
但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。
通常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，也是常用的设计方案。
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。
是常用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
常用元器件封装库有PCBFootprints.lib和Miscellaneous.lib。
需要增加的元器件库，可以在左侧的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创建网络表
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，创建符合要求的网络表。
网络表的创建：
选择Design->CreateNetlist。
如下图所示，然后默认确定即可。
图4创建网络表
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,创建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创建网络表
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
6.2.2PCB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。
板框四角可以采用倒圆角的形式，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4PlacePad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:
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:
Nodenotfound.在所定义的封装中对应的管脚定义未找到。
处理方法：
可能原因是该封装虽然存在，但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图常用1,2表示，而封装焊盘可能为A,K。
遇到这种问题，可以在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:
Footprintnotfoundinlibrary.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。
6.3PCB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4Arrangecomponents工具说明
在Design->Rule中确定PCB的设计规则。
特别注明：
这些规则设定可以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。
下表为常用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（通常默认大小）
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线宽可以通过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可以做到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（尤其地线）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
同时还应该考虑PCB加工中的技术限制。
国内一般加工水平最小间距可以做到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，尤其电磁干扰方面，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基础上进行组合设计。
一般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。
在某些情况下也可以略小于线宽（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，可以兼做导通孔，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。
尤其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。
通常将高频的部分布设在接口部分以减少布线长度，当然，这样的布局仍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，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，在布线的时候可以进行适时调整位置。
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。
推荐先可以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，可以保证布线成功，同时避免了不必要的层间串扰。
但是这条不能死守，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，可以按照直角走线，也可以按照斜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，该布线即可以看成传输线，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，可以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，可以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，可以参考点对点结构。
星形和菊花链为两种基本的拓扑结构,其他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
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