PCB設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)（4）——布線注意事項(xiàng)

　　1. 布線優(yōu)先次序

　　關(guān)鍵信號(hào)線優(yōu)先：電源、摸擬小信號(hào)、高速信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)和同步信號(hào)等關(guān)鍵信號(hào)優(yōu)先布線。

　　密度優(yōu)先原則：從單板上連接關(guān)系復(fù)雜的器件著手布線。從單板上連線密集的區(qū)域開始布線。

　　2. 自動(dòng)布線

　　在布線質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，可使用自動(dòng)布線器以提高工作效率，在自動(dòng)布線前應(yīng)完成以下準(zhǔn)備工作：

　　自動(dòng)布線控制文件（do file）為了更好地控制布線質(zhì)量，一般在運(yùn)行前要詳細(xì)定義布線規(guī)則，這些規(guī)則可以在軟件的圖形界面內(nèi)進(jìn)行定義，但軟件提供了更好的控制方法，即針對(duì)設(shè)計(jì)情況，寫出自動(dòng)布線控制文件（do file），軟件在該文件控制下運(yùn)行。

　　3. 盡量為時(shí)鐘信號(hào)、高頻信號(hào)、敏感信號(hào)等關(guān)鍵信號(hào)提供專門的布線層，并保證其的回路面積。 必要時(shí)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(hào)質(zhì)量。

　　4. 電源層和地層之間的 EMC 環(huán)境較差，應(yīng)避免布置對(duì)干擾敏感的信號(hào)。

　　5. 有阻抗控制要求的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)布置在阻抗控制層上。

　　6. 進(jìn)行 PCB 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵循的規(guī)則

　　1）地線回路規(guī)則：

　　環(huán)路規(guī)則，即信號(hào)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(duì)外的輻射越少，接收外界的干擾也越小。針對(duì)這一規(guī)則，在地平面分割時(shí)，要考慮到地平面與重要信號(hào)走線的分布，防止由于地平面開槽等帶來(lái)的問(wèn)題；在雙層板設(shè)計(jì)中， 在為電源留下足夠空間的情況下， 應(yīng)該將留下的部分用參考地填充，且增加一些必要的孔，將雙面地信號(hào)有效連接起來(lái)，對(duì)一些關(guān)鍵信號(hào)盡量采用地線隔離，對(duì)一些頻率較高的設(shè)計(jì)，需特別考慮其地平面信號(hào)回路問(wèn)題，建議采用多層板為宜。

　　2）串?dāng)_控制：

　　串?dāng)_（CrossTalk）是指 PCB 上不同網(wǎng)絡(luò)之間因較長(zhǎng)的平行布線引起的相互干擾，主要是由于平行線間的分布電容和分布電感的作用。克服串?dāng)_的主要措施是：加大平行布線的間距，遵循 3W 規(guī)則。

　　在平行線間插入接地的隔離線。

　　減小布線層與地平面的距離。

　　3）屏蔽保護(hù)

　　對(duì)應(yīng)地線回路規(guī)則，實(shí)際上也是為了盡量減小信號(hào)的回路面積，多見于一些比較重要的信號(hào)，如時(shí)鐘信號(hào)，同步信號(hào)；對(duì)一些特別重要，頻率特別高的信號(hào)，應(yīng)該考慮采用銅軸電纜屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即將所布的線上下左右用地線隔離，而且還要考慮好如何有效的讓屏蔽地與實(shí)際地平面有效結(jié)合。

　　4）走線的方向控制規(guī)則：

　　即相鄰層的走線方向成正交結(jié)構(gòu)。 避免將不同的信號(hào)線在相鄰層走成同一方向，以減少不必要的層間竄擾；當(dāng)由于板結(jié)構(gòu)限制（如某些背板）難以避免出現(xiàn)該情況，特別是信號(hào)速率較高時(shí)，應(yīng)考慮用地平面隔離各布線層，用地信號(hào)線隔離各信號(hào)線。

　　5） 走線的開環(huán)檢查規(guī)則：

　　一般不允許出現(xiàn)一端浮空的布線（Dangling Line），主要是為了避免產(chǎn)生“天線效應(yīng)”，減少不必要的干擾輻射和接受，否則可能帶來(lái)不可預(yù)知的結(jié)果。

　　6） 阻抗匹配檢查規(guī)則：

　　同一網(wǎng)絡(luò)的布線寬度應(yīng)保持一致，線寬的變化會(huì)造成線路特性阻抗的不均勻，當(dāng)傳輸?shù)乃俣容^高時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡量避免這種情況。在某些條件下，如接插件引出線，BGA 封裝的引出線類似的結(jié)構(gòu)時(shí)，可能無(wú)法避免線寬的變化，應(yīng)該盡量減少中間不一致部分的有效長(zhǎng)度。

　　7） 走線終結(jié)網(wǎng)絡(luò)規(guī)則：

　　在高速數(shù)字電路中， 當(dāng) PCB 布線的延遲時(shí)間大于信號(hào)上升時(shí)間 （或下降時(shí)間）的 1/4 時(shí)，該布線即可以看成傳輸線，為了保證信號(hào)的輸入和輸出阻抗與傳輸線的阻抗正確匹配，可以采用多種形式的匹配方法，所選擇的匹配方法與網(wǎng)絡(luò)的連接方式和布線的拓樸結(jié)構(gòu)有關(guān)。

　　A. 對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（一個(gè)輸出對(duì)應(yīng)一個(gè)輸入）連接，可以選擇始端串聯(lián)匹配或終端并聯(lián)匹配。前者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但延遲較大。后者匹配效果好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。

　　B. 對(duì)于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（一個(gè)輸出對(duì)應(yīng)多個(gè)輸出）連接，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)為菊花鏈時(shí)，應(yīng)選擇終端并聯(lián)匹配。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)為星型結(jié)構(gòu)時(shí)，可以參考點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。

　　星形和菊花鏈為兩種基本的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 其他結(jié)構(gòu)可看成基本結(jié)構(gòu)的變形， 可采取一些靈活措施進(jìn)行匹配。在實(shí)際操作中要兼顧成本、功耗和性能等因素，一般不追求完全匹配，只要將失配引起的反射等干擾限制在可接受的范圍即可。

　　8） 走線閉環(huán)檢查規(guī)則：

　　防止信號(hào)線在不同層間形成自環(huán)。在多層板設(shè)計(jì)中容易發(fā)生此類問(wèn)題，自環(huán)將引起輻射干擾。

　　9） 走線的分枝長(zhǎng)度控制規(guī)則：

　　盡量控制分枝的長(zhǎng)度，一般的要求是 Tdelay《=Trise/20。

　　10） 走線的諧振規(guī)則：

　　主要針對(duì)高頻信號(hào)設(shè)計(jì)而言，即布線長(zhǎng)度不得與其波長(zhǎng)成整數(shù)倍關(guān)系，以免產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。

　　11） 走線長(zhǎng)度控制規(guī)則：

　　即短線規(guī)則，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡量讓布線長(zhǎng)度盡量短，以減少由于走線過(guò)長(zhǎng)帶來(lái)的干擾問(wèn)題，特別是一些重要信號(hào)線，如時(shí)鐘線，務(wù)必將其振蕩器放在離器件很近的地方。對(duì)驅(qū)動(dòng)多個(gè)器件的情況，應(yīng)根據(jù)具體情況決定采用何種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　12） 倒角規(guī)則：

　　PCB 設(shè)計(jì)中應(yīng)避免產(chǎn)生銳角和直角，以免產(chǎn)生不必要的輻射，同時(shí)工藝性能也不好。

　　13） 器件去耦規(guī)則：

　　A. 在印制版上增加必要的去耦電容，濾除電源上的干擾信號(hào)，使電源信號(hào)穩(wěn)定。在多層板中，對(duì)去藕電容的位置一般要求不太高，但對(duì)雙層板，去耦電容的布局及電源的布線方式將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有時(shí)甚至關(guān)系到設(shè)計(jì)的成敗。

　　B. 在雙層板設(shè)計(jì)中，一般應(yīng)該使電流先經(jīng)過(guò)濾波電容濾波再供器件使用，同時(shí)還要充分考慮到由于器件產(chǎn)生的電源噪聲對(duì)下游的器件的影響，一般來(lái)說(shuō)，采用總線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較好，在設(shè)計(jì)時(shí)，還要考慮到由于傳輸距離過(guò)長(zhǎng)而帶來(lái)的電壓跌落給器件造成的影響，必要時(shí)增加一些電源濾波環(huán)路，避免產(chǎn)生電位差。

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

　　14） 器件布局分區(qū)/分層規(guī)則：

　　A. 主要是為了防止不同工作頻率的模塊之間的互相干擾，同時(shí)盡量縮短高頻部分的布線長(zhǎng)度。通常將高頻的部分布設(shè)在接口部分以減少布線長(zhǎng)度，當(dāng)然，這樣的布局仍然要考慮到低頻信號(hào)可能受到的干擾。同時(shí)還要考慮到高/低頻部分地平面的分割問(wèn)題，通常采用將二者的地分割，再在接口處單點(diǎn)相接。

　　B. 對(duì)混合電路，也有將模擬與數(shù)字電路分別布置在印制板的兩面，分別使用不同的層布線，中間用地層隔離的方式。

　　15） 孤立銅區(qū)控制規(guī)則：

　　孤立銅區(qū)的出現(xiàn)，將帶來(lái)一些不可預(yù)知的問(wèn)題，因此將孤立銅區(qū)與別的信號(hào)相接，有助于改善信號(hào)質(zhì)量，通常是將孤立銅區(qū)接地或刪除。在實(shí)際的制作中，PCB 廠家將一些板的空置部分增加了一些銅箔，這主要是為了方便印制板加工，同時(shí)對(duì)防止印制板翹曲也有一定的作用。

　　孤立銅區(qū)的出現(xiàn)，將帶來(lái)一些不可預(yù)知的問(wèn)題，因此將孤立銅區(qū)與別的信號(hào)相接，有助于改善信號(hào)質(zhì)量，通常是將孤立銅區(qū)接地或刪除。在實(shí)際的制作中，PCB廠家將一些板的空置部分增加了一些銅箔，這主要是為了方便印制板加工，同時(shí)對(duì)防止印制板翹曲也有一定的作用。

　　16） 電源與地線層的完整性規(guī)則：

　　對(duì)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(duì)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(hào)線在地層的回路面積增大。

　　17） 重疊電源與地線層規(guī)則：

　　不同電源層在空間上要避免重疊。主要是為了減少不同電源之間的干擾，特別是一些電壓相差很大的電源之間，電源平面的重疊問(wèn)題一定要設(shè)法避免，難以避免時(shí)可考慮中間隔地層。

　　18） 3W 規(guī)則：

　　為了減少線間串?dāng)_， 應(yīng)保證線間距足夠大， 當(dāng)線中心間距不少于 3 倍線寬時(shí)，則可保持 70%的電場(chǎng)不互相干擾， 稱為 3W 規(guī)則。 如要達(dá)到 98%的電場(chǎng)不互相干擾，可使用 10W 的間距。

　　19） 20H 規(guī)則：

　　由于電源層與地層之間的電場(chǎng)是變化的，在板的邊緣會(huì)向外輻射電磁干擾。

　　稱為邊沿效應(yīng)。 解決的辦法是將電源層內(nèi)縮， 使得電場(chǎng)只在接地層的范圍內(nèi)傳導(dǎo)。以一個(gè) H（電源和地之間的介質(zhì)厚度）為單位，若內(nèi)縮 20H 則可以將 70%的電場(chǎng)限制在接地層邊沿內(nèi)；內(nèi)縮 100H 則可以將 98%的電場(chǎng)限制在內(nèi)。

　　20） 五規(guī)則：

　　印制板層數(shù)選擇規(guī)則，即時(shí)鐘頻率到 5MHz 或脈沖上升時(shí)間小于 5ns，則 PCB板須采用多層板，這是一般的規(guī)則，有的時(shí)候出于成本等因素的考慮，采用雙層板結(jié)構(gòu)時(shí)，這種情況下，將印制板的一面做為一個(gè)完整的地平面層。