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PCB设计精华要点

发布日期:2022-08-09

一、需硬件提供的资料

1、准确无误的原理图包括书面文件和电子档以及无误的网络表;

2、带有元件编码的正式BOM。对于封装库中没有的元件硬件工程师应提供DATASHEET 或实物, 并指定引脚的定义顺序;

3、提供PCB 大致布局图或重要单元、核心电路摆放位置。提供PCB 结构图,应标明PCB 外形、安装孔、定位元件、禁布区等相关信息;


二、基本设计要求

1、1A以上大电流元件、网络;

2、重要的时钟信号、差分信号以及高速数字信号;

3、模拟小信号等易被干扰信号;

4、其它特殊要求的信号;


三、特殊要求说明

1、差分布线、需屏蔽网络、特性阻抗网络、等延时网络等;

2、特殊元件的禁止布线区、锡膏偏移、阻焊开窗以及其它结构的特殊要求;

3、细阅读原理图,了解电路架构,理解电路的工作条件;

4、与硬件工程师充分交流的基础上,确认PCB 中关键的网络,了解高速元件的设计要求;

 

四、定元器件的封装

1、打开网络表,将所有封装浏览一遍,确保所有元件的封装都正确无误并且元件库中包含所有元件的封装,网络表中所有信息全部大写,一面载入出问题,或PCB BOM 不连续,元件具体命名按公司规范统一命名;

2、标准元件全部采用公司统一元件库中的封装;

3、元件库中不存在的封装,应让硬件工程师提供元件DATASHEET 或实物由专人建库并请对方确认;


五、建立PCB 板框

1、根据PCB 结构图,或相应的模板建立PCB 文件,包括安装孔、禁布区等相关信息;

2、尺寸标注。在钻孔层中应标明PCB 的精确结构,且不可以形成封闭尺寸标注;


六、导入网络表

1、导入网表并排除所有载入问题,每个EDA软件有区别,具体如何处理可以查询相关教程;

2、如果使用EDA软件,网表须导入两次以上(没有任何提示信息)才可以确认导入无误;


七、PCB布局

1、首先要确定参考点。一般参考点都设置在左边和底边的边框线的交点(或延长线的交点)上或印制板的插件的第一个焊盘;

2、一但参考点确定以后,元件布局、布线均以此参考点为准。布局推荐使用10-25MIL 网格;

3、根据要求先将所有有定位要求的元件固定并锁定;

4、布局的基本原则:

① 遵循先难后易、先大后小的原则;

② 布局可以参考硬件工程师提供的原理图和大致的布局,根据信号流向规律放置主要原器件; 

③ 总的连线尽可能的短,关键信号线最短;

④ 强信号、弱信号、高电压信号和弱电压信号要完全分开;

⑤ 高频元件间隔要充分;

⑥ 模拟信号、数字信号分开;

5、相同结构电路部分应尽可能采取对称布局;

6、按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准来优化布局;

7、同类型的元件应该在X 或Y 方向上一致。同一类型的有极性分立元件也要力争在X 或Y 方向上一致,以便于生产和调试;

8、元件的放置要便于调试和维修,大元件边上不能放置小元件,需要调试的元件周围应有足够的空间。发热元件应有足够的空间以利于散热。热敏元件应远离发热元件;

9、双列直插元件相互的距离要大于2 毫米。BGA 与相临元件距离大于5 毫米。阻容等贴片小元件元件相互距离大于0.7 毫米。贴片元件焊盘外侧与相临插装元件焊盘外侧要大于2 毫米。压接元件周围5 毫米不可以放置插装原器件。焊接面周围5 毫米内不可以放置贴装元件;

10、集成电路的去偶电容应尽量靠近芯片的电源脚,高频最靠近为原则。使之与电源和地之间形成回路最短;

11、旁路电容应均匀分布在集成电路周围;

12、元件布局时候,使用同一种电源的元件应考虑尽量放在一起,以便于将来的电源分;。

13、用于阻抗匹配目的的阻容器件的放置,应根据其属性合理布局;

① 匹配电容电阻的的布局要分清楚其用法,对于多负载的终端匹配一定要放在信号的最远端进行匹配;

联匹配电阻布局时候要靠近该信号的驱动端,距离一般不超过500MIL;

14、调整字符。所有字符不可以上盘,要保证装配以后还可以清晰看到字符信息。所有字符在X 或Y 方向上应一致。字符、丝印大小要统一;

15、放置PCB 的MARK 点;


八、PCB布线

1、布线优先次序

① 密度疏松原则:从印制板上连接关系简单的器件着手布线,从连线最疏松的区域开始布线,以调节个人状态;

核心优先原则:例如DDR RAM等核心部分应优先布线,类似信号传输线应提供专层、电源、地回路;其他次要信号要顾全整体,不可以和关键信号相抵触;

关键信号线优先:电源、模拟小信号、高速信号、时钟信号和同步信号等关键信号优先布线;

2、地线回路规则:

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,环面积要尽可能小,环面积越小,对外的辐射越少,接受外界的干扰也越小。针对这一规则, 在地平面分割时,要考虑到地平面与重要信号走线的分布,防止山丁地平面开槽等带来的问题:在双层板设计中,在为电源留下足够空间的情况下,应该将留下的部分用参考地填充,增加一些必要的过孔,将双面信号有效连接起米,对一些关键信号尽量采用地线隔离,对一些频率较高的设计,需特别考虑其地平面信号回路问题,建议采用多层板为宜;

3、窜扰控制:

PCB上不同网络之间因较长的平行布线引起的相互干扰,主要是由于平行线间的分布电容和分布电感的作用。克服窜扰的主要措施是加大平行布线的间距,遵循3W规则;

4、屏蔽保护:

对应地线回路规则,实际上也是为了尽量减小信号的回路面积,多用于一些比较重要的信号,如时钟信号,同步信号:对一些特别重要,频率特别高的信号,应该考虑采用铜轴电缆屏蔽结构设计,即将所布的线上下左右用地线隔离,而且还要考虑好如何有效的让屏蔽地与实际地平面有效结合;

5、走线方向控制规则:

相邻层的走线方向成正交结构,避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向,以减少不必要的层间窜扰;当由于板结构限制难以避免出现该情况,特别是信号速率较高时,应考虑用地平面隔离各布线层,用地信号线隔离各信号线;

6、阻抗匹配规则:

同一网络的布线宽度应保持一致, 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;

7、走线长度控制规则:

走线长度控制规则即短线规则,在设计时应该尽量让布线长度尽量短,以减少走线长度带来的干扰问题,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朴结构;

8、倒角规则:

PCB设计中应避免产生锐角和直角,产生不必要的辐射,同时工艺性能也不好。所有线与线的夹角应≥135°;

9、电源与地线层的完整性规则:

对于导通孔密集的区域,要注意避免孔在电源和地层的挖空区域相互连接,形成对平面层的分割,从而破坏平面层的完整性,并进而导致信号线在地层的回路面积增大;

10、3W规则:

为了减少线间窜扰,应保证线间距足够大,当线中心距不少于3倍线宽时,则可保持70%的电场不互相干扰,称为3W规则。如要达到98%的电场不互相干扰,可使用10W规则;

11、20H规则:

由于电源层与地层之间的电场是变化的,在板的边缘会向外辐射电磁干扰。称为边缘效应。可以将电源层内缩,使得电场只在接地层的范围内传导。以一个H(电源和地之间的介质厚度)为单位,若内缩20H 则可以将70%的电场限制在接地边沿内;内缩100H则可以将98%的电场限制在内;


九、安排叠层顺序

1、在高速数字电路中,电源与地层应尽量靠在一起,中间不安排布线。所有布线层都尽量靠近一平面,优先选择地平面作为隔离层;

2、为了减少信号间的干扰,相临布线层信号走向应相互垂直,如果无法避免同一方向则应极力避免相临信号层同一方向的信号重叠;

3、可以根据需求设置几个阻抗层,阻抗层要按要求标注清楚,注意参考层的选择,将所有有阻抗要求的信号安排在阻抗层上面;


十、设置线宽、线距

1、当信号平均电流比较大的时候,需要考虑线宽与电流的关系,具体情况可以参考下表,不同厚度、不同宽度的铜铂的载流表:

          image.png                                     

2、 过孔焊盘与孔径的设置可以参照下表:

image.png


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