Communication 版 (精华区)

发信人: skale (空水澄鲜), 信区: Communication
标  题: PCB设计的一般原则
发信站: BBS 哈工大紫丁香站 (Thu Sep 15 08:22:18 2005)

PCB设计的一般原则
    要使电子电路获得最佳性能，元器件的布且及导线的布设是很重
要的。为了设计质量好、造价低的PCB．应遵循以下一般原则：
    1.布局
    首先，要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗
增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线
条易受干扰。在确定PCB尺寸后．再确定特殊元件的位置。最后，根
据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。
    在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则：
    (1)尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参
数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入
和输出元件应尽量远离。
    (2)某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之
间的距离，以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在
调试时手不易触及的地方。
    (3)重量超过15g的元器件、应当用支架加以固定，然后焊接。那
些又大又重、发热量多的元器件，不宜装在印制板上，而应装在整机
的机箱底板上，且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。
    (4)对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调
元件的布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节，应放在印制板上
方便于调节的地方；若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板
上的位置相适应。
    (5)应留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。
根据电路的功能单元．对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则：
    (1)按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于
信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。
    (2)以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元
器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上．尽量减少和缩短各元器件
之间的引线和连接。
在PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而做的

， 在整个PCB中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细、工作量最大。PCB布线有单面

布线、 双面布线及多层布线。布线的方式也有两种：自动布线及交互式布线，在自动布

线之前， 可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线，输入端与输出端的边线应避

免相邻平行， 以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，

平行容易产生寄生耦合。
    自动布线的布通率，依赖于良好的布局，布线规则可以预先设定， 包括走线的弯曲

次数、导通孔的数目、步进的数目等。一般先进行探索式布经线，快速地把短线连通，
 然后进行迷宫式布线，先把要布的连线进行全局的布线路径优化，它可以根据需要断开

已布的线。 并试着重新再布线，以改进总体效果。
    对目前高密度的PCB设计已感觉到贯通孔不太适应了， 它浪费了许多宝贵的布线通
道，为解决这一矛盾，出现了盲孔和埋孔技术，它不仅完成了导通孔的作用， 还省出许

多布线通道使布线过程完成得更加方便，更加流畅，更为完善，PCB 板的设计过程是一
个复杂而又简单的过程，要想很好地掌握它，还需广大电子工程设计人员去自已体会，
 才能得到其中的真谛。
1 电源、地线的处理
根据电路的功能单元．对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则：
    (1)按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于
信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。
    (2)以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元
器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上．尽量减少和缩短各元器件
之间的引线和连接。
在PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而做的

， 在整个PCB中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细、工作量最大。PCB布线有单面

布线、 双面布线及多层布线。布线的方式也有两种：自动布线及交互式布线，在自动布

线之前， 可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线，输入端与输出端的边线应避

免相邻平行， 以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，

平行容易产生寄生耦合。
    自动布线的布通率，依赖于良好的布局，布线规则可以预先设定， 包括走线的弯曲

次数、导通孔的数目、步进的数目等。一般先进行探索式布经线，快速地把短线连通，
 然后进行迷宫式布线，先把要布的连线进行全局的布线路径优化，它可以根据需要断开

已布的线。 并试着重新再布线，以改进总体效果。
    对目前高密度的PCB设计已感觉到贯通孔不太适应了， 它浪费了许多宝贵的布线通
道，为解决这一矛盾，出现了盲孔和埋孔技术，它不仅完成了导通孔的作用， 还省出许

多布线通道使布线过程完成得更加方便，更加流畅，更为完善，PCB 板的设计过程是一
个复杂而又简单的过程，要想很好地掌握它，还需广大电子工程设计人员去自已体会，
 才能得到其中的真谛。
1 电源、地线的处理
    既使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源、 地线的考虑不周到而引起
的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。所以对电、 地线的布线

要认真对待，把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量。
    对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原
因， 现只对降低式抑制噪音作以表述：
众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。
尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线＞电源线＞信
号线，通常信号线宽为：0.2～0.3mm,最经细宽度可达0.05～0.07mm,电源线为1.2～2.5
 mm
对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地
不能这样使用)
用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做

成多层板，电源，地线各占用一层。
2 数字电路与模拟电路的共地处理
    现在有许多PCB不再是单一功能电路（数字或模拟电路），而是由数字电路和模拟电

路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题，特别是地线上的噪音
干扰。
    数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强，对信号线来说，高频的信号线尽可能远
离敏感的模拟电路器件，对地线来说，整人PCB对外界只有一个结点，所以必须在PCB内
部进行处理数、模共地的问题，而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互
不相连，只是在PCB与外界连接的接口处（如插头等）。数字地与模拟地有一点短接，请

注意，只有一个连接点。也有在PCB上不共地的，这由系统设计来决定。
3 信号线布在电（地）层上
    在多层印制板布线时，由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多，再多加层数就
会造成浪费也会给生产增加一定的工作量，成本也相应增加了，为解决这个矛盾，可以
考虑在电（地）层上进行布线。首先应考虑用电源层，其次才是地层。因为最好是保留
地层的完整性。
4 大面积导体中连接腿的处理
    在大面积的接地（电）中，常用元器件的腿与其连接，对连接腿的处理需要进行综
合的考虑，就电气性能而言，元件腿的焊盘与铜面满接为好，但对元件的焊接装配就存
在一些不良隐患如：①焊接需要大功率加热器。②容易造成虚焊点。所以兼顾电气性能
与工艺需要，做成十字花焊盘，称之为热隔离（heat shield）俗称热焊盘（Thermal）
，这样，可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。多层板的接电
（地）层腿的处理相同。
5 布线中网络系统的作用
    在许多CAD系统中，布线是依据网络系统决定的。网格过密，通路虽然有所增加，但

步进太小，图场的数据量过大，这必然对设备的存贮空间有更高的要求，同时也对象计
算机类电子产品的运算速度有极大的影响。而有些通路是无效的，如被元件腿的焊盘占
用的或被安装孔、定们孔所占用的等。网格过疏，通路太少对布通率的影响极大。所以
要有一个疏密合理的网格系统来支持布线的进行。
    标准元器件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm),所以网格系统的基础一般就定为0.
1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍数，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。
6 设计规则检查（DRC）
    布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，同时也需确
认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求，一般检查有如下几个方面：
线与线，线与元件焊盘，线与贯通孔，元件焊盘与贯通孔，贯通孔与贯通孔之间的距离
是否合理，是否满足生产要求。
电源线和地线的宽度是否合适，电源与地线之间是否紧耦合（低的波阻抗）？在PCB中是

否还有能让地线加宽的地方。
对于关键的信号线是否采取了最佳措施，如长度最短，加保护线，输入线及输出线被明
显地分开。
模拟电路和数字电路部分，是否有各自独立的地线。
后加在PCB中的图形（如图标、注标）是否会造成信号短路。
对一些不理想的线形进行修改。
在PCB上是否加有工艺线？阻焊是否符合生产工艺的要求，阻焊尺寸是否合适，字符标志

是否压在器件焊盘上，以免影响电装质量。
多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小，如电源地层的铜箔露出板外容易造成短路。



这是个牵涉面大的问题。抛开其它因素，仅就PCB设计环节来说，我有以下几点体
会，供参
考：
    1.要有合理的走向：如输入/输出，交流/直流，强/弱信号，高频/低频，高压/低
压
等...，它们的走向应该是呈线形的(或分离)，不得相互交融。其目的是防止相互干
扰。最
好的走向是按直线，但一般不易实现，最不利的走向是环形，所幸的是可以设隔离带
来改
善。对于是直流，小信号，低电压PCB设计的要求可以低些。所以“合理”是相对的。
    2.选择好接地点：小小的接地点不知有多少工程技术人员对它做过多少论述，足
见其重
要性。一般情况下要求共点地，如：前向放大器的多条地线应汇合后再与干线地相连
等
等...。现实中，因受各种限制很难完全办到，但应尽力遵循。这个问题在实际中是相
当灵
活的。每个人都有自己的一套解决方案。如能针对具体的电路板来解释就容易理解。
    3.合理布置电源滤波/退耦电容：一般在原理图中仅画出若干电源滤波/退耦电
容，但未
指出它们各自应接于何处。其实这些电容是为开关器件(门电路)或其它需要滤波/退耦
的部
件而设置的，布置这些电容就应尽量*近这些元部件，离得太远就没有作用了。有趣
的是，
当电源滤波/退耦电容布置的合理时，接地点的问题就显得不那么明显。
    4.线条有讲究：有条件做宽的线决不做细；高压及高频线应园滑，不得有尖锐的
倒角，
拐弯也不得采用直角。地线应尽量宽，最好使用大面积敷铜，这对接地点问题有相当
大的改
善。
    5.有些问题虽然发生在后期制作中，但却是PCB设计中带来的，它们是：
    过线孔太多，沉铜工艺稍有不慎就会埋下隐患。所以，设计中应尽量减少过线
孔。
    同向并行的线条密度太大，焊接时很容易连成一片。所以，线密度应视焊接工艺
的水平
来确定。
    焊点的距离太小，不利于人工焊接，只能以降低工效来解决焊接质量。否则将留
下隐
患。所以，焊点的最小距离的确定应综合考虑焊接人员的素质和工效。
    焊盘或过线孔尺寸太小，或焊盘尺寸与钻孔尺寸配合不当。前者对人工钻孔不
利，后者
对数控钻孔不利。容易将焊盘钻成“c”形，重则钻掉焊盘。
    导线太细，而大面积的未布线区又没有设置敷铜，容易造成腐蚀不均匀。即当未
布线区
腐蚀完后，细导线很有可能腐蚀过头，或似断非断，或完全断。所以，设置敷铜的作
用不仅
仅是增大地线面积和抗干扰。
    以上诸多因素都会对电路板的质量和将来产品的可*性大打折扣。我不是这方面
的专业
设计人员，不对的地方请指正。
    (3)在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般
电路应尽可能使元器件平行排列。这样，不但美观．而且装焊容易．
易于批量生产。
    (4)位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。电
路板的最佳形状为矩形。长宽比为3：2成4：3。电路板面尺寸大于200x150mm
时．应考虑电路板所受的机械强度。
2．布线
    布线的原则如下；
    (1)输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线，以免发生反馈藕合

。
    (2)印制摄导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度
和流过它们的电流值决定。
    当铜箔厚度为0.05mm、宽度为1~15mm时．通过2A的电流，温度不
会高于3℃，因此导线宽度为1.5mm可满足要求。对于集成电路，尤其
是数字电路，通常选0.02~0.3mm导线宽度。当然，只要允许，还是尽
可能用宽线．尤其是电源线和地线。
导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。
对于集成电路，尤其是数字电路，只要工艺允许，可使间距小至5~8mm
。
    (3)印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中
会影响电气性能。此外，尽量避免使用大面积铜箔，否则．长时间受
热时，易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时，最好用栅
格状.这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。
    3.焊盘
    焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。
焊盘外径D一般不小于(d+1.2)mm，其中d为引线孔径。对高密度的数
字电路，焊盘最小直径可取(d+1.0)mm。
PCB及电路抗干扰措施
    印制电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系，这里仅就
PCB抗干扰设计的几项常用措施做一些说明。
    1.电源线设计
    根据印制线路板电流的大小，尽量加租电源线宽度，减少环路电
阻。同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助
于增强抗噪声能力。
    2.地段设计
    地线设计的原则是；
    (1)数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电
路，应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实
际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联
接地，地线应短而租，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。
    (2)接地线应尽量加粗。若接地线用很纫的线条，则接地电位随
电流的变化而变化，使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗，使它能
通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能，接地线应在2~3mm以上
。
    (3)接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制板，其接地电
路布成团环路大多能提高抗噪声能力。
    3.退藕电容配置
    PCB设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部位配置适当的
退藕电容。退藕电容的一般配置原则是：
    (1)电源输入端跨接10~100uf的电解电容器。如有可能，接100uF以上的更好。
    (2)原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01pF的瓷片电容，
如遇印制板空隙不够，可每4~8个芯片布置一个1~10pF的但电容。
    (3)对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件，如RAM、ROM存
储器件，应在芯片的电源线和地线之间直接接入退藕电容。
    (4)电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。此外，还应注意以下两点

：
    (1在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时．操作它们时均
会产生较大火花放电，必须采用附图所示的RC电路来吸收放电电流。
一般R取1~2K，C取2.2~47UF。
    (2CMOS的输入阻抗很高，且易受感应，因此在使用时对不用端要接地或接正电源。

--

※ 来源:·哈工大紫丁香 http://bbs.hit.edu.cn·[FROM: 202.118.230.57]