PCB图布线的经验总结

PCB图布线的经验总结1.组件布置组件布置合理是设计出优质的PCB图的基本前提。关于组件布置的要求主要有安装、受力、受热、信号、美观六方面的要求。1.1.安装指在具体的应用场合下，为了将电路板顺利安装进机箱、外壳、插槽，不致发生空间干涉、短路等事故，并使指定接插件处于机箱或外壳上的指定位置而提出的一系列基本要求。这里不再赘述。1.2.受力电路板应能承受安装和工作中所受的各种外力和震动。为此电路板应具有合理的形状，板上的各种孔（螺钉孔、异型孔）的位置要合理安排。一般孔与板边距离至少要大于孔的直径。同时还要注意异型孔造成的板的最薄弱截面也应具有足够的抗弯强度。板上直接伸出设备外壳的接插件尤其要合理固定，保证长期使用的可靠性。1.3.受热对于大功率的、发热严重的器件，除保证散热条件外，还要注意放置在适当的位置。尤其在精密的模拟系统中，要格外注意这些器件产生的温度场对脆弱的前级放大电路的不利影响。一般功率非常大的部分应单独做成一个模块，并与信号处理电路间采取一定的热隔离措施。1.4.信号信号的干扰PCB版图设计中所要考虑的最重要的因素。几个最基本的方面是：弱信号电路与强信号电路分开甚至隔离；交流部分与直流部分分开；高频部分与低频部分分开；注意信号线的走向；地线的布置；适当的屏蔽、滤波等措施。这些都是大量的论着反复强调过的，这里不再重复。1.5.美观不仅要考虑组件放置的整齐有序，更要考虑走线的优美流畅。由于一般外行人有时更强调前者，以此来片面评价电路设计的优劣，为了产品的形象，在性能要求不苛刻时要优先考虑前者。但是，在高性能的场合，如果不得不采用双面板，而且电路板也封装在里面，平时看不见，就应该优先强调走线的美观。下一小节将会具体讨论布线的美学。2.布线原则下面详细介绍一些文献中不常见的抗干扰措施。考虑到实际应用中，尤其是产品试制中，仍大量采用双面板，以下内容主要针对双面板。2.1.布线美学转弯时要避免直角，尽量用斜线或圆弧过渡。走线要整齐有序，分门别类集中排列，不仅可以避免不同性质信号的相互干扰，也便于检查和修改。对于数字系统，同一阵营的信号线（如数据线、地址线）之间不必担心干扰的问题，但类似读、写、时钟这样的控制性信号，就应该独来独往，最好用地线保护起来。大面积铺地（下面会进一步论述）时，地线（其实应该是地面）与信号线间尽量保持合理的相等距离，在防止短路、漏电的前提下尽量靠近。对于弱电系统，地线与电源线要尽量靠近。使用表贴组件的系统，信号线尽量全走正面。2.2.地线布置文献中对地线的重要性及布置原则有很多论述，但关于实际PCB中的地线排布仍然缺乏详细准确的介绍。我的经验是，为了提高系统的可靠性（而不只是做出一个实验样机），对地线无论怎样强调都不为过，尤其是在微弱信号处理中。为此，必须不遗余力地贯彻大面积铺地的原则。铺地时，一般必须是网格状地，除非那些被其它线路分割出来的零星地盘。网格状地的受热性能和高频导电性能都要大大优于整块的地线。在双面板布线中，有时为了走信号线，不得不将地线分割开，这对于保持足够低的地电阻是极为不利的。为此，必须采用一系列的小聪明手段来保证地电流的通畅。这些技巧包括：大量使用表面贴装组件，省去焊孔所占用的本来应属于地线的空间。充分利用正面空间：在大量使用表面贴装组件的场合下，设法使信号线尽量走顶层，将底层无私地让给地线，这其中又涉及到无数细碎的小窍门，本人拙作《PCB技巧之一：交换管脚》中就有一招，还有很多类似的法术，以后会陆续写出。合理安排信号线，将板上的重要地带，尤其是腹地（这里关系到整个板地线的沟通）让给地线，只要精心设计，这一点还是能做到的。正面与反面的配合：有时在板的某一面，地线实在是走投无路了，这时可设法使两面的布线相互协调，此处不留爷，自有留爷处，在反面的相对应位置空出一块足够的地盘铺设地线，再通过数量足够、位置合理的过孔（考虑到过孔有较大的电阻），通过这?quot;桥梁将被横行而过的信号线强行分割却又恋恋不舍、盼望统一的两岸连成一个导电性能足够的整体。狗急跳墙的着数：实在滕不出地方而又不甘心庞大的地线被区区一根信号线拦腰切断时，就让这个信号委屈一点，走跨接线吧。有时，我不甘心仅仅拉一根光秃秃的导线，这个信号恰好又要经过一个电阻或其它长脚的器件，我就可以名正言顺的延长这个器件的管脚，使之兼任跨接线的职务，既通过了信号，又避免了跨接线这个不体面的称呼:-(当然，在大多数情况下，我总可以让这样的信号从合适的地方通过而避免与地线的交叉，唯一需要的是观察力和想象力。起码的原则：地电流的路径要合理，大电流与微弱的信号电流决不能并肩前进。有时，选择合理的路径，一个排的地线抵得上不合理配置的一个集团军。最后，顺便说明一点，有一句名言：你可以相信你的母亲，但永远不要相信你的地。在极微弱信号处理的场合（微伏以下），即使不择手段保证了地电位的一致，电路上关键点的地电位差别仍然要超过被处理信号的幅度，至少是同一量级，即使静态电位合适了，瞬时的电位差仍然可能很大。对于这样的场合，首先要在原理上使电路的工作尽可能的不依赖于地电位。2.3.电源线布置与电源滤波一般的文献都认为电源线应尽可能粗，对此我不敢完全苟同。只有在大功率（1秒内平均电源电流可能达到1A）的场合，才必须保证足够的电源线宽度（我的经验，每1A电流对应50mil能够满足大多数场合的需求）。如果只为了防止信号的窜扰的话，电源线的宽度不是关键。甚至，有时细一些的电源线更有利！电源的质量一般主要不在于其绝对值，而在于电源的波动和迭加的干扰。解决电源干扰的关键在于滤波电容！如果你的应用场合对电源质量的确有苛刻的要求，就不要吝啬滤波电容的钱！使用滤波电容时要注意以下几条：整个电路的电源输入端应该有总的滤波措施，而且各种类型的电容要互相搭配，一样都不能少，至少不会坏事的J对于数字系统至少要有100uF电解＋10uF片钽＋0.1uF贴片＋1nF贴片。较高频（100kHz）100uF电解＋10uF片钽＋0.47uF贴片＋0.1uF贴片。交流模拟系统：对于直流及低频模拟系统：1000uF｜1000uF电解＋10uF片钽＋1uF贴片＋0.1uF贴片。每个重要芯片身边都应该有一套滤波电容。对于数字系统，一个0.1uF贴片一般就够了，重要的或工作电流较大的芯片还应并上一个10uF片钽或1uF贴片，工作频率最高的芯片（CPU、晶振）还要并10nF|470pF或一个1nF。该电容应尽可能接近芯片的电源管脚并尽可能直接连接，越小的应越靠近。对于芯片滤波电容，以内（滤波电容至芯片电源管脚）的一段应尽可能粗，如能采用多根细线并排就更好。有了滤波电容提供低（交流）阻抗电压源并抑制交流耦合干扰，电容管脚以外（指从总电源至滤波电容的一段）的电源线就不那幺重要了，线宽不必太粗，至少不必为此占用大量的板面积。某些模拟系统中还要求电源输入采用RC滤波网络以进一步抑制干扰，而较细的电源线有时恰好就兼具RC滤波器中电阻的作用，反而有利。对于工作温度变化范围较大的系统，要注意铝电解电容在低温下性能会降低甚至丧失滤波作用，此时要用适当的钽电容代替之。例如，用100uF钽|1000uF铝代替470uF铝，或用22uF片钽代100uF铝。注意铝电解电容不要离大功率发热器件太近。PCB设计过程中的注意事项PCB设计过程中的注意事项：1、电源线最好要比其它的走线粗很多，因为导线粗会使得导线上的电阻变小，这样电源的功率在导线上的消耗就会变小，减少了功率的浪费；2、当走线在转弯处应该有一个过渡，最好是45或者135度角过渡，而不应该采用直角转弯，因为这样会减少信号受到干扰；3、电源电路部分最好放在板子的边缘部分，因为电源会产生热量，这样可以避免电源部分对其它各部分电路造成干扰；4、数字电路与模拟电路部分要分开，这样可以避免相互之间的干扰；5、高频部分要与低频部分严格分开，这样可以避免低频信号对高频部分产生干扰；6、有高频的地方，对这部分要单独敷铜，其它部分可以一起敷铜，这样可以避免其它部分对高频部分产生影响，进而减少干扰；7、有对称的电路，尽量布置在一起，这样既方便了走线，也会给人以美观的感觉；8、尽量使走线能够平行，这样会减少信号间的相互干扰，也会使布线变的容易，还会使效果更加美观；9、走线的时候，尽量先别连地线，因为地的网络线一般情况下很多，先连起来以后可能会使其它走线变得不容易；10、尽量在布线的时候，在板子上面多加一些地的过孔，这样会使得地的网络能够自动的连接在一起；11、每一块电路部分要使得元器件放置在一起，这样的话，走线也会很容易；12、元件的封装大小一定要按照合理的参数进行设置。PCB设计过程中容易犯的错误和解决的方法：1、电源部分放置的位置不合理，使其它电路部分的信号受到的干扰大，影响电路的正常工作。重新合理的把电源部分进行布置，最好放置在板子的最边缘地方，并且把容易受到干扰的部分远离电源部分；2、每个独立电路部分的元器件放置不合理或者没有放置在一起，给布线带来了很大的麻烦，增加了布线的工作量。重新合理的分配放置、布置，这样既减少了工作量，也降低了因连线不合理造成的电路的干扰；3、高频和低频部分没有分开敷铜，使得高频信号在接收时非常容易的受到低频部分的干扰。重新合理的把高频的地与低频部分的地分开敷铜，以减少低频信号对高频信号的干扰；4、元件的封装大小与实物的封装不匹配，所以在设计时一定要合理的选择参数，如果需要自己设计的话，在测量实物的时候，务必使测量的参数精确度很高，这样可以避免参数不匹配的错误；5、由于元件任意放置，导致很不容易走线。所以，在放置元件时，一定要对照原理图中各个元件所在的位置，合理的分配，同时要兼顾走线是否合理、是否美观等等。PCB布线要横平竖直?提起PCB布线,许多工程技术人员都知道一个传统的经验：正面横向走线、反面纵向走线,横平竖直,既美观又短捷;还有个传统经验是：只要空间允许,走线越粗越好。可以明确地说,这些经验在注重EMC的今天已经过时。要使单片机系统有良好的EMC性能,PCB设计十分关键。一个具有良好的EMC性能的PCB,必须按高频电路来设计——这是反传统的。单片机系统按高频电路来设计PCB的理由在于：尽管单片机系统大部分电路的工作频率并不高,但是EMI的频率是高的,EMC测试的模拟干扰频率也是高的[5]。要有效抑制EMI,顺利通过EMC测试,PCB的设计必须考虑高频电路的特点。PCB按高频电路设计的要点是：（1）要有良好的地线层。良好的地线层处处等电位,不会产生共模电阻偶合,也不会经地线形成环流产生天线效应;良好的地线层能使EMI以最短的路径进入地线而消失。建立良好的地线层最好的方法是采用多层板,一层专门用作线地层;如果只能用双面板,应当尽量从正面走线,反面用作地线层,不得已才从反面过线。（2）保持足够的距离。对于可能出现有害耦合或幅射的两根线或两组或要保持足够的距离,如滤波器的输入与输出、光偶的输入与输出、交流电源线与弱信号线等。（3）长线加低通滤波器。走线尽量短捷,不得已走的长线应当在合理的位置插入C、RC或LC低通滤波器。（4）除了地线,能用细线的不要用粗线。因为PCB上的每一根走线既是有用信号的载体,又是接收幅射干扰的干线,走线越长、越粗,天线效应越强。元件排列规则1).在通常条件下,所有的元件均应布置在印制电路的同一面上，只有在顶层元件过密时，才能将一些高度有限并且发热量小的器件，如贴片电阻、贴片电容、贴IC等放在底层。2).在保证电气性能的前提下，元件应放置在栅格上且相互平行或垂直排列，以求整齐、美观，一般情况下不允许元件重叠；元件排列要紧凑，输入和输出元件尽量远离。3).某元器件或导线之间可能存在较高的电位差，应加大它们的距离，以免因放电、击穿而引起意外短路。4).带高电压的元件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。5).位于板边缘的元件，离板边缘至少有2个板厚的距离6).元件在整个板面上应分布均匀、疏密一致。2.按照信号走向布局原则1).通常按照信号的流程逐个安排各个功能电路单元的位置，以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它进行布局。2).元件的布