PCB布线设计规范

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08050402,0603,1206直插AXIAL0.4AXIAL0.2,RAD0.1…极性电容贴片12061210,0805…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/.4RB.3/.6,RAD0.2…电阻贴片08050402,0603,1206直插AXIAL0.4AXIAL0.2,RAD0.1…电感(磁珠)贴片08050402,0603,1206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AXIAL0.4AXIAL0.2,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