PCB设计规范.docx

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PCB设计规范

xxxxx有限公司

企业标准

PCB设计规范

xxxxx有限公司研发部

2012-7-1起草

前言

一个技术、运行可靠的硬件平台是公司产品质量的基础，硬件工程师职责神圣，责任重大。

一、充分利用公司现有的成熟技术，保持产品技术上的继承性。

二、坚持采用开放式的硬件构架，把握硬件技术的主流和未来发展，在设计中考虑将来的技术升级。

三、应勇于尝试新的先进技术之应用，在产品硬件设计中大胆创新。

四、在设计中考虑成本，控制产品的性能价格比达到最优。

五、技术开放，资源共享，促进公司整体的技术提升。

产品硬件项目的开发需综合考虑以下几点：

首先是要明确硬件总体需求情况，如CPU处理能力、存储器容量及速度，I/O端口的分配、接口要求、电平要求等。

其次，根据需求分析制定硬件总体方案，寻求关键器件及技术资料、技术途径、技术支持，要比较充分地考虑技术可能性、可靠性及成本控制，并且对开发调试工具提出明确要求。

关键器件索取样片。

第三、总体方案确定后，绘制硬件原理图、PCB布线，同时完成开发物料清单、新器件申请、物料申领。

第四、领回PCB板及物料清单后焊好2～3块样板作调试，配合软件人员对原理设计中的各个功能进行测试，必要时修改原理图并作记录。

第五、完善并第二次绘制PCB板。

1.目的和适用范围

1.1.目的

本规范拟制定了电子电能表产品PCB设计的流程和原则，以提高PCB的设计效率，使得PCB的设计满足可生产性、可测试性、EMC、EMI等的技术规范要求，提高产品的工艺、技术、质量和成本优势。

1.2.适用范围

本《规范》适用于xxxxx有限公司所有电表PCB板的设计。

2.术语和丝印图

2.1.术语

SMD：

SurfaceMountDevices/表面贴装元件。

RA：

ResistorArrays/排阻。

MELF：

Metalelectrodefacecomponents/金属电极无引线端面元件.

SOT：

Smalloutlinetransistor/小外形晶体管。

SOD：

Smalloutlinediode/小外形二极管。

SOIC：

SmalloutlineIntegratedCircuits/小外形集成电路.

SSOIC：

ShrinkSmallOutlineIntegratedCircuits/缩小外形集成电路.

SOP：

SmallOutlinePackageIntegratedCircuits/小外形封装集成电路.

SSOP：

ShrinkSmallOutlinePackageIntegratedCircuits/缩小外形封装集成电路.

TSOP：

ThinSmallOutlinePackage/薄小外形封装.

TSSOP：

ThinShrinkSmallOutlinePackage/薄缩小外形封装.

CFP：

CeramicFlatPacks/陶瓷扁平封装.

SOJ：

SmalloutlineIntegratedCircuitswithJLeads/“J”形引脚小外形集成电路。

PQFP：

PlasticQuadFlatPack/塑料方形扁平封装。

SQFP：

ShrinkQuadFlatPack/缩小方形扁平封装。

CQFP：

CeramicQuadFlatPack/陶瓷方形扁平封装。

PLCC：

Plasticleadedchipcarriers/塑料封装有引线芯片载体。

LCC：

Leadlessceramicchipcarriers/无引线陶瓷芯片载体。

DIP：

Dual-In-Linecomponents/双列引脚元件。

PBGA：

PlasticBallGridArray/塑封球栅阵列器件。

2.2.丝印层

常用元器件丝印图形式样如表1所示，应该反映出元器件的安装方向、占地面积、极性或引脚号。

对需要固定或使用中要占用空间的器件，丝印框应该把这些空间考虑在内，在接插件四边都标注，其中弯式接插件靠印制板外侧的一边不用标注。

最后标注电表型号（系列号-X型）、功能代号、版本号、设计时间及厂标等。

（1）产品名称、型号及标识的放置

（2）元器件丝印的放置

（3）模块标示汉字的放置

（4）测试钩和测试孔标识的放置

（5）字体放置的要求

表1常用元器件丝印图形式样

元件类型

推荐丝印图形

说明

SMD电阻

命名举例：

0402R，0603R，0805R，1206R。

SMD电容

命名举例：

0402C，0603C，0805C，1206C。

SMD二极管

例IN4007

举例：

7227标出极性符号。

SMD三极管

例8550

命名举例：

SOT23，SOT89。

SOP类

命名举例：

SO-8，SOP4，SOP16等

凹槽表示安装方向，

PLCC类

命名举例：

PLCC-20，PLCC-28，PLCC-44。

QFP类

命名举例：

QFP-28，QFP-36，QFP-44，QFP-52，CQFP-68，QFP-84。

插装电容

命名举例：

SIP2，标出极性符号。

型号和日期

命名举例：

WXHT公司名称

DDZY422GW-V3.0功能代号和版本号

其他

建议用简化外形绘制。

3.设计过程

3.1.原理图

电路原理图，用原理图设计工具（protel99se）绘制的、表达硬件电路中各种器件之间的连接关系的图。

首先要对电表功能、电路原理及元器件手册充分了解，在与原理图设计者充分交流的基础上，确认板上的电气网络正确连接，对于原理图中确定有疑问的地方，要及时指出，并积极协助原理图设计者进行核实修改。

3.2.网络表

网络表是PCB自动布线的灵魂，也是原理图设计与印刷电路版（PCB）设计的接口，只有将网络表装入后，才能进行电路版的布线。

在原理图设计的过程中，ERC检查不会涉及到零件的封装问题。

因此，原理图设计时，零件的封装可能被遗忘，在引进网络表时可以根据设计情况来修改或补充零件的封装。

网络表由原理图设计工具自动生成的、表达元器件电气连接关系的文本文件，一般包含元器件封装、网络列表和属性定义等组成部分，PCB设计人员应根据所用的原理图和PCB设计工具的特性保证网络表的正确性和完整性。

3.3.PCB板

进入PCB系统后的第一步就是设置PCB设计环境，包括设置格点大小和类型，光标类型，版层参数，布线参数等等，大多数参数都可以用系统默认值。

然后根据机械外壳和电路板尺寸绘制PCB电路板，确定电路板的边框，包括电路板的尺寸大小等。

在绘制电路板的边框前，一定要将当前层设置成KeepOut层，即禁止布线层。

在需要放置固定孔的地方放上适当大小的焊盘，对于3mm的螺丝可用6.5～8mm的外径和3.2～3.5mm内径的焊盘。

注重已有的成功版本的沿袭和成熟PCB样板的参考，尽量采用公司设计的标准元器件库中的现成元件库，若元器件没有对应的元件库，需根据所选器件的技术手册中的标准尺寸自己做元件库。

特别注意：

特殊元件和大尺寸元器件（液晶显示、背光、变压器、电流互感器、电池、继电器、电解电容等）的位置和安装，PCB安装螺孔定位尺寸（螺孔直径=3.5mm），接插件连接方法及安装方法。

4.PCB布局

在设计中，布局是一个重要的环节。

布局结果的好坏将直接影响布线的效果，因此，合理的布局是PCB设计成功的第一步。

PCB布局的原则是美观大方，疏密得当，符合电气特性，利于布线，尽量分成模块。

在可能的情况下将元器件摆放整齐，并尽量保证各主要元器件之间和模块之间的对称性。

尽量减少丝印框，并突出各模块。

模块的汉字或英文标示尽量放在对称和平行一致的位置上，并能体现模块的名称和美感。

布局完成后应对PCB布局进行检查，一般检查有如下几个方面：

（1）印制板尺寸应与加工图纸尺寸相符，有定位标记，设置参考点；

（2）元器件应保证在二维、三维空间上无冲突；

（3）元器件布局应疏密有序，排列整齐；

（4）需经常更换的元器件应保证能方便的进行更换；

（5）热敏元件与发热元件之间要保持适当的距离，在需要散热的地方，应加装散热器，同时保证空气流动的通畅；

（6）可调元器件应保证能方便进行调整；

（7）信号流程应保持顺畅且互连最短；

（8）尽可能保证过孔数量最少；

（9）禁止使用Ctrl＋X或Ctrl＋Y对器件进行翻转；

（10）一块PCB上孔的内径尺寸不能超过9种。

（11）除液晶、按键、红外和指示灯外其他元器件在反面焊接，可使电路受到顶面屏蔽的保护。

优先采用表面贴装（SMT）、热风回流焊、波峰焊焊接工艺技术，元器件布局在同一面。

4.1.（wwww）PCB布局原则

（1）根据结构图设置板框尺寸，按结构要素布置安装孔、接插件等需要定位的器件，并给这些器件赋予不可移动属性。

按工艺设计规范的要求进行尺寸标注。

（2）根据结构图和生产加工时所须的夹持边设置印制板的禁止布线区、禁止布局区域。

根据某些元件的特殊要求，设置禁止布线区。

（3）综合考虑PCB性能和加工的效率选择加工流程。

加工工艺的优选顺序为：

元件面单面贴装——元件面贴、插混装（元件面插装焊接面贴装一次波峰成型）——双面贴装——元件面贴插混装、焊接面贴装。

（4）布局操作的基本原则

A.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．

B.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．

C.布局应尽量满足以下要求：

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．

D.相同结构电路部分，尽可能采用“对称式”标准布局；

E.按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准优化布局；

F.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。

G.如有特殊布局要求，应双方沟通后确定。

（5）同类型插装元器件在X或Y方向上应朝一个方向放置。

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。

（6）发热元件要一般应均匀分布，以利于单板和整机的散热，除温度检测元件以外的温度敏感器件应远离发热量大的元器件。

（7）元器件的排列要便于调试和维修，亦即小元件周围不能放置大元件、需调试的元、器件周围要有足够的空间。

（8）需用波峰焊工艺生产的单板，其紧固件安装孔和定位孔都应为非金属化孔。

当安装孔需要接地时，应采用分布接地小孔的方式与地平面连接。

（9）焊接面的贴装元件采用波峰焊接生产工艺时，阻、容件轴向要与波峰焊传送方向垂直，阻排及SOP（PIN间距大于等于1.27mm）元器件轴向与传送方向平行；PIN间距小于1.27mm（50mil）的IC、SOJ、PLCC、QFP等有源元件避免用波峰焊焊接。

（10）BGA与相邻元件的距离>5mm。

其它贴片元件相互间的距离>0.7mm；贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm；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。

（11）IC去偶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。

（12）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隔。

（13）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与终端，对于多负载的终端匹配一定要在信号的最远端匹配。

（14）布局完成后打印出装配图供原理图设计者检查器件封装的正确性，并且确认单板、背板和接插件的信号对应关系，经确认无误后方可开始布线。

4.2.xxPCB布局布线的经验

（1）电磁兼容考虑，强、弱电分开，数字、模拟信号分开，数字电路区（即怕干扰、又产生干扰）、模拟电路区（怕干扰）、功率驱动区（干扰源）。

（2）计量弱电信号输入通道的特殊布置：

尽量短、对称性、屏蔽好。

同一功能的电路，应尽量按照信号流向放置，保证连线简洁，导线长度尽量短以减少辐射干扰信号，关键的线尽量短而粗，并在两边加上保护地。

（3）时钟产生器（晶振和钟振）要尽量靠近用到该时钟的器件（计量芯片和单片机），时钟线要尽量短。

时钟振荡电路下面、特殊高速逻辑电路部分要加大地的面积，不要走其它信号线，保证周围电场趋近于零。

（4）每个集成电路的电源输入脚和地之间（电源引线先接去耦电容再到芯片引脚，引脚主要有：

+12V、+5V、G485、VCC、VREF、AVCC、DVDD、Reset，同时这些关键信号应预留测试点，以方便生产和维修检测用），需加一个去耦电容且尽可能贴近芯片（一般采用高频性能好的独石电容），电路板空间较密时，也可在几个集成电路周围加一个钽电容。

尽量加宽电源、地线宽度，原则上是地线＞电源线＞信号线，电源线一般为1.2～2.5mm、变压器前面的火线和零线可取3mm，通常信号线宽为：

0.2～0.3mm、一般取10mil～20mil，主要还是根据具体芯片引脚的线宽来确定走线的宽度。

（5）PCB铺地时，通信485需单独铺地，485模块和其他模块之间要满足4000V的耐压要求。

数字地和模拟地不分开，形成大面积铺地，PCB地线面面积越大，辐射电磁干扰产生的感应电荷更容易注入到地线面中，而不是直接进入信号线中，从而避免通过信号线串入控制芯片。

印制板上若装有大电流器件，如继电器、指示灯、蜂鸣器等，它们的地线最好要分开单独走，以减少地线上的噪声，这些大电流器件的地线应连到插件板和背板上的一个独立的地总线上去，而且这些独立的地线还应该与整个系统的接地点相连接。

（6）对于质量大的元器件（变压器）应考虑安装位置和安装强度（双面布线、增加过孔、泪滴焊Tools-Teardrops-Add），发热元件应与温度敏感元件分开放置，必要时还应考虑热对流措施。

（7）注意爬电距离尤其电源等敏感线，不要单独暴露在铺地外面，容易形成天线效应，485光耦的隔离距离（5-8CM），安全距离（3-5CM），CPU和敏感元件远离干扰源，元件安装在反面可得到较好屏蔽，特别强调：

设计时是正视元件面的，所以底层的文字应做镜像处理。

（8）过孔、焊盘、线及间距的处理。

线：

一般情况下，信号线宽为0.3mm（12mil），电源线宽0.77mm（30mil）或1.27mm（50mil），线与线之间和线与焊盘之间的距离大于等于0.33mm（13mil）布线密度较高时，可考虑采用IC脚间走两根线，线间距不小于0.254mm（10mil）。

特殊时可按适当减小线宽和线间距。

焊盘（PAD）：

盘的直径比孔的直径要大于0.6mm；例如，通用插脚式电阻、电容和集成电路一般采用盘/孔尺寸1.6mm/0.8mm（63mil/32mil），插座、插针和二极管1N4007一般采用1.8mm/1.0mm（71mil/39mil）。

实际应用中，应根据实际元件的尺寸来定，有条件时，适当加大焊盘尺寸，PCB板上设计的元件安装孔径应比元件管脚的实际尺寸大0.2～0.4mm左右。

过孔（VIA）：

一般1.27mm/0.7mm（50mil/28mil），当布线密度较高时，过孔尺寸可适当减小，但不宜过小，可考虑采用1.0mm/0.6mm（40mil/24mil）。

焊盘、线、过孔的间距要求：

焊盘与过孔、焊盘与焊盘、焊盘与线、线与线都大于0.3mm（12mil）。

当密度较高时：

焊盘与过孔、焊盘与焊盘、焊盘与线、线与线都大于0.254mm（10mil）。

4.3.布局基本规则

第一、元器件放置的通常顺序

（1）顺序：

先放置与结构有紧密配合的固定位置的元器件，如电源插座、按键、液晶、指示灯、红外、开关、连接件之类，这些器件放置好后，用属性里面LOCK功能将其锁定，使之以后不会被误移动；然后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；最后放置小器件。

（2）元器件到板边缘的距离：

可能的话所有的元器件均放置在离板的边缘3mm以内或至少大于板厚（电表的PCB板1.6mm），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，在此之上按照比例逐渐增大，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。

电气间隙：

在两个导电零部件之间或导电零部件与设备防护界面之间测得的最短空间距离。

爬电距离：

沿绝缘表面测得的两个导电零部件之间或导电零部件与设备防护界面之间的最短路径。

对电压有效值在220-250V范围内的电网电源导电连接的零部件，这些数值等于354V峰值电压所对应的数值：

基本绝缘3.0mm，加强绝缘6.0mm。

输入150V-300V电源最小空气间隙及爬电距离（参考wwww规范）

一次侧

二次侧

线与保护地间距

工作电压直流值/有效值（V）

空气间隙（mm）

爬电距离（mm）

工作电压直流值/有效值（V）

空气间隙（mm）

爬电距离（mm）

线与保护地间距（mm）

4.0mm

50V

1.0mm

1.2mm

71V

0.7mm

1.2mm

2.0mm

150V

1.4mm

1.6mm

125V

1.5mm

200V

1.7mm

2.0mm

150V

1.6mm

250V

2.5mm

200V

2.0mm

300V

3.2mm

250V

2.5mm

400V

4.0mm

600V

3.0mm

6.3mm

（4）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/8mil，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，一般用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。

（5）印制导线的间距：

相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量宽些。

最小间距至少要能适合承受的电压。

这个电压一般包括工作电压、附加波动电压以及其它原因引起的峰值电压。

如果有关技术条件允许导线之间存在某种程度的金属残粒，则其间距就会减小。

因此设计者在考虑电压时应把这种因素考虑进去。

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。

第二：

元器件放置的注意要点

（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）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；

（3）卧装电阻、电感、磁珠、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；

（4）贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm；

（5）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；

（6）发热元件不能紧邻导线和热敏元件；高热器件要均衡分布；

（7）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；

（8）所有IC元件单边对齐，有极性元件极性标示明确，同一印制板上极性标示不得多于两个方向，出现两个方向时，两个方向互相垂直；

（9）板面布线应疏密得当，当疏密差别太大时应以网状铜箔填充，网格大于8mil（或0.2mm）；

（10）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；

（12）贴片单边对齐，字符方向一致，封装方向一致；

（13）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。

第三、电路元件和信号通路的布局必须最大限度地减少无用信号的相互耦合

（1）低电平信号通道不能靠近高电平信号通道和无滤波的电源线，包括能产生瞬态过程的电路。

（2）将低电平的模拟电路和数字电路分开，避免模拟电路、数字电路和电源公共回线产生公共阻抗耦合。

（3）高、中、低速逻辑电路在PCB上要用不同区域。

（4）安排电路时要使得信号线长度最小。

（5）保证相邻板之间、同一板相邻层面之间、同一层面相邻布线之间不能有过长的平行信号线。

（6）电磁干扰（EMI）滤波器要尽可能靠近EMI源，并放在同一块线路板上。

（7）DC/DC变换器、开关元件和整流器应尽可能靠近变压器放置，以使其导线长度最小。

（8）尽可能靠近整流二极管放置调压元件和滤波电容器。

（9）印制板按频率和电流开关特性分区，噪声元件与非噪声元件要距离再远一些。

（10）对噪声敏感的布线不要与大电流，高速开关线平行。

4.4.抗干扰措施和电磁兼容性

在微控制器时钟频率特别高，总线周期特别快；含有大功率，大电流驱动电路，如继电器，大电流开关等；含微弱模拟信号电路以及高精度A/D变换电路，如计量电路等，需要采取措施提高系统的抗干扰能力。

首先：

电源在向系统提供能源的同时，也将其噪声加到所供电的电源上。

电路中微控制器的复位线，中断线，以及其它一些控制线最容易受外界噪声的干扰。

电网上的强干扰通过电源进入电路，即使电池供电的系统，电池本身也有高频噪声。

模拟电路中的模拟信号更经受不住来自电源的干扰。

其次：

在高频情况下，印刷线路板上的引线，过孔，电阻、电容、接插件的分布电感与电容等不可忽略。

电容的分布电感不可忽略，电感的分布电容不可忽略。

电阻产生对高频信号的反射，引线的分布电容会起作用，当长度大于噪声频率相应波长的1/20时，就产生天线效应，噪声通过引线向外发射。

例：

印刷线路板的过孔大约引起0.6pf的电容，一个集成电路本身的封装材料引入2～6pf电容，一个线路板上的接插件有520nH的分布电感，一个双列直扦的24引脚集成电路扦座引入4～18nH的分布电感。

这些小的分布参数对于这行较低频率下的微控制器系统中是可以忽略不计的；而对于高速系统必须予