PCB設(shè)計要點總結(jié)

PCB布線工作對于很多工程師來講就是連連看，而且還是一項非常枯燥乏味的工作。這其實只是一個初級的認(rèn)知，一位優(yōu)秀的PCB設(shè)計工程師還是能做很多工作并能解決很多產(chǎn)品設(shè)計中的問題的。本文結(jié)合一些大廠的設(shè)計規(guī)則以及部分的技術(shù)文章，將分享一些PCB設(shè)計中布線的要點，僅供參考。

1、通用做法

在進(jìn)行PCB 設(shè)計時，為了使高頻、高速、模擬電路板的設(shè)計更合理，抗干擾性能更好，應(yīng)從以下幾方面考慮：

（1）合理選擇層數(shù)；在 PCB 設(shè)計中對高頻、高速電路板布線時，利用中間內(nèi)層平面作為電源和地線層，可以起到屏蔽的作用，能有效降低寄生電感；還可以降低信號間的交叉干擾。

（2）走線方式；走線按照 45°角拐彎或圓弧拐彎，這樣可以減小高頻、高速信號的反射和相互之間的耦合。

（3）走線長度；沒有特殊要求的情況下，走線長度越短越好（有損耗要求的要根據(jù)實際情況而定）；相鄰布線時，線與線之間并行距離越短越好。

（4）過孔設(shè)計以及數(shù)量；過孔設(shè)計時，要注意盡量使過孔的阻抗與傳輸線的阻抗相互一致或者盡量一致；同時。過孔數(shù)量越少越好，因為過孔很容易引起阻抗不連續(xù)。

（5）相鄰層間布線方向；層間布線方向應(yīng)該取垂直方向，就是上一層為水平方向，相鄰的層為垂直方向，這樣可以減小信號間的干擾。

（6）包地；很多時候，工程師都認(rèn)為對重要的信號線進(jìn)行包地處理，可以顯著提高該信號的抗干擾 能力，但是一定要注意避免包地引入新的問題，比如是否導(dǎo)致空間變小，或者阻抗發(fā)生了變化。當(dāng)然，還可以對干擾源進(jìn)行包地處理，使其不能干擾其它信號。高速PCB設(shè)計時，保護(hù)地線要還是不要，這是個問題？

（7）信號線；信號走線不能環(huán)路，減少環(huán)路引入噪聲。

2、布線優(yōu)先次序

關(guān)鍵信號線優(yōu)先：摸擬小信號、高速信號、時鐘信號和同步信號等關(guān)鍵信號優(yōu)先布線
密度優(yōu)先原則：從單板上連接關(guān)系最復(fù)雜的器件著手布線。從單板上連線 最密集的區(qū)域開始布線
注意點：
a、盡量為時鐘信號、高頻信號、敏感信號等關(guān)鍵信號提供專門的布線層，并保證其最小的回路面積。必要時應(yīng)采取手工優(yōu)先布線、屏蔽和加大安全間距等方法。保證信號質(zhì)量。
b、電源層和地層之間的EMC環(huán)境較差，應(yīng)避免布置對干擾敏感的信號。
c、有阻抗控制要求的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)盡量按線長線寬要求布線。

3、時鐘的布線

時鐘線是對EMC 影響最大的因素之一。在時鐘線上應(yīng)少打過孔，盡量避免和其它信號線平行走線，且應(yīng)遠(yuǎn)離噪聲源或者熱源，避免對信號線的干擾。同時應(yīng)避開板上的電源部分，以防止電源和時鐘互相干擾。

如果板上有專門的時鐘發(fā)生芯片，其下方不可走線，應(yīng)在其下方鋪銅，必要時還可以對其專門割地。對于很多芯片都有參考的晶體振蕩器，這些晶振下方也不應(yīng)走線，要鋪銅隔離。

(1)時鐘驅(qū)動器布局在PCB中心而非電路板外圍，布局盡量靠近，走線圓滑、短，非直角、非T形。

(2)避免時鐘之間、與信號之間的干擾，避免幾種信號平行布線，必要時采用GND屏蔽層包裹隔離，不同時鐘或信號之間間距盡量遠(yuǎn)。

(3) 時鐘信號盡量不采用跨界分割平面。

(4) 如果是差分時鐘線，一定要注意等長。

(5)時鐘晶振: 時鐘線先經(jīng)過負(fù)載電容，再到達(dá)晶振，周圍打孔，GND屏蔽.

(6) 同源時鐘: 時鐘線的并聯(lián)匹配電阻靠近負(fù)載芯片，串聯(lián)電阻靠近時鐘芯片或者CPU。

4、直角走線

直角走線一般是PCB布線中要求盡量避免的情況，也幾乎成為衡量布線好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一，那么直角走線究竟會對信號傳輸產(chǎn)生多大的影響呢？從原理上說，直角走線會使傳輸線的線寬發(fā)生變化，造成阻抗的不連續(xù)。

其實不光是直角走線，頓角，銳角走線都可能會造成阻抗變化的情況。

直角走線的對信號的影響主要體現(xiàn)在三個方面：
一是拐角可以等效為傳輸線上的容性負(fù)載，減緩上升時間；
二是阻抗不連續(xù)會造成信號的反射；
三是直角尖端產(chǎn)生的EMI。

5、差分走線

差分信號在高速電路設(shè)計中的應(yīng)用越來越廣泛，電路中絕大多數(shù)的信號都采用了差分線結(jié)構(gòu)。

使用差分線是為了抗干擾，從兩個角度可以說明它的優(yōu)點。

第一， 在相同電平幅度的信號中，差分線的峰峰值是單端線的兩倍。

第二， 在相同的電路環(huán)境中，由于單端走線參考的是地平面，對于外界的干擾，受到的影響和地平面上受到的同一干擾表現(xiàn)差異很大，導(dǎo)致它在走線上的干擾和回流路徑中的干擾無法相互抵消（單端走線電壓基準(zhǔn)為地平面）；而差分線由于是平行等長走線，在相同的電路環(huán)境中，兩條走線的耦合度很高，在受到同一干擾源時，兩天線上的干擾程度接近，而差分線電壓基準(zhǔn)點為對應(yīng)的另外一條走線，而不是地平面，對于共模干擾有較好的抑制能力。

差分線想要更高的抗干擾能力，來獲得低的誤碼率，提升傳輸速率，但他需要比單端線對一條額外的線作為信號的回流線。所以，只有在追求更高的傳輸速率或者更強(qiáng)的抗干擾能力的設(shè)計中才會不惜增加傳輸線的數(shù)量來保證傳輸?shù)乃俾屎透鼜?qiáng)的抗干擾能力。

對于PCB工程師來說，在設(shè)計差分傳輸線的時候就要做好差分對內(nèi)的等長以及阻抗的一致性（等間距）。

等長是為了保證兩個差分信號時刻保持相反極性，減少共模分量；等距則主要是為了保證兩者差分阻抗一致，減少反射。至于平常大家所說的緊耦合還是松耦合，要視情況而定。差分對緊耦合真的比松耦合好嗎？

6、蛇形線

蛇形線是Layout中經(jīng)常使用的一類走線方式。其主要目的就是為了調(diào)節(jié)傳輸線延時，尤其是為了滿足傳輸線的對內(nèi)或者對間等長，或者是為了滿足系統(tǒng)時序的要求而針對性的設(shè)計。

7、電源、地線的處理

既使在整個PCB板中的布線完成得都很好，但由于電源、 地線的考慮不周到而引起的干擾，會使產(chǎn)品的性能下降，有時甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以對電源、地線的布線要認(rèn)真對待，把電源、地線所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

地線和電源線的PCB布線規(guī)則如下：

1、在電源、地線之間加上去耦電容。

2、盡量加寬電源線、地線寬度，最好使地線比電源線寬。

3、在高速數(shù)字電路的PCB中使用寬的地線組成一個回路，最好有一個完整的地平面來參考。模擬電路的地不能這樣使用。

4、用大面積銅層作地線，在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用，或是做成多層板，電源和地線各占用一層。

5、對于導(dǎo)通孔密集的區(qū)域，要注意避免孔在電源和地層的挖空區(qū)域相互連接，形成對平面層的分割，從而破壞平面層的完整性，并進(jìn)而導(dǎo)致信號線在地層的回路面積增大。

地線回路規(guī)則：

地線環(huán)路盡量小，即信號線與其回路構(gòu)成的環(huán)面積要盡可能小，環(huán)面積越小，對外的輻射越少，接收外界的干擾的噪聲也越小。

去耦電容規(guī)則：

A. 在PCB上增加必要的去耦電容，濾除電源上的干擾信號，使電源信號穩(wěn)定。去耦電容的布局及電源的布線方式將直接影響到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有時甚至關(guān)系到設(shè)計的成敗。

B. 在PCB設(shè)計中，一般應(yīng)該使電流先經(jīng)過濾波電容濾波，再供器件使用。

C. 在高速電路設(shè)計中，能否正確地使用去耦電容，關(guān)系到整個板的穩(wěn)定性。

8、數(shù)字電路與模擬電路的共地處理

現(xiàn)在有許多PCB不再是單一功能電路（數(shù)字或模擬電路），而是由數(shù)字電路和模擬電路混合構(gòu)成的。因此在布線時就需要考慮它們之間互相干擾問題，特別是地線上的噪音干擾。

數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強(qiáng)，對信號線來說，高頻的信號線盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件，對地線來說，整個PCB對外界只有一個結(jié)點，所以必須在PCB內(nèi)部處理數(shù)、模共地的問題，而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實際上是分開的，它們之間互不相連，只是在PCB與外界連接的接口處（如插頭等）。數(shù)字地與模擬地有一點短接，請注意，只有一個連接點。也有在PCB上不共地的，這由系統(tǒng)設(shè)計來決定。

9、信號線布在電源或者地平面上

在多層PCB布線時，由于在信號線層沒有布完的線剩下已經(jīng)不多，再多加層數(shù)就會造成浪費(fèi)也會給生產(chǎn)增加一定的工作量，成本也相應(yīng)增加了，為解決這個矛盾，可以考慮在電源和地平面層上進(jìn)行布線。首先應(yīng)考慮用電源層，其次才是地層。因為最好是保留地平面的完整性。

10、設(shè)計規(guī)則檢查（DRC）

布線設(shè)計完成后，需認(rèn)真檢查布線設(shè)計是否符合設(shè)計者所制定的規(guī)則，同時也需確認(rèn)所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求，一般檢查有如下幾個方面：

（1）線與線，線與元件焊盤，線與貫通孔，元件焊盤與貫通孔，貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理，是否滿足生產(chǎn)要求。
（2）電源線和地線的寬度是否合適？電源與地平面之間是否緊耦合？
（3）對于關(guān)鍵的信號線是否采取了最佳措施，如長度、加保護(hù)線、發(fā)送（TX）線及接收（RX）線的距離（有的要求分層布線）等等。
（4）模擬電路和數(shù)字電路部分，是否有各自獨(dú)立的地線或者其如何連接。
（5）在PCB上是否加有工藝線？阻焊是否符合生產(chǎn)工藝的要求，阻焊尺寸是否合適，字符標(biāo)志是否壓在器件焊盤上，以免影響電裝質(zhì)量。
（6）多層板中的電源地層的外框邊緣是否縮小，如電源地層的銅箔露出板外容易造成短路。

11、檢查3W、3H原則

3W原則就是指信號線與信號線之間的中心間距為線寬的3倍。

3H原則就是指信號線與信號線之間的中心間距為信號線到參考層距離的3倍。

無論是3W還是3H原則，都是為了減少信號線之間的串?dāng)_。尤其是高速信號線或者高頻信號線之間。只要能滿足3H或者3W的原則，那么串?dāng)_就會非常小。但是，對于小型化產(chǎn)品設(shè)計而言，已經(jīng)很難滿足3W或者3H原則。另外，串?dāng)_的主要來源已經(jīng)不再只是傳輸線之間的影響。