PCB的布局技巧匯總

PCB 布局技巧大匯總，看完又是一條好漢

PCB 又被稱為印刷電路板(Printed Circuit Board)，它可以實(shí)現(xiàn)電子元器件間的線路連接和功能實(shí)現(xiàn)，也是電源電路設(shè)計(jì)中重要的組成部分。今天就將以本文來介紹 PCB 板布局布線的基本規(guī)則。

一、元件布局基本規(guī)則

1. 按電路模塊進(jìn)行布局，實(shí)現(xiàn)同一功能的相關(guān)電路稱為一個(gè)模塊，電路模塊中的元件應(yīng)采用就近集中原則，同時(shí)數(shù)字電路和模擬電路分開;

2. 定位孔、標(biāo)準(zhǔn)孔等非安裝孔周圍 1.27mm 內(nèi)不得貼裝元、器件，螺釘?shù)劝惭b孔周圍 3.5mm(對(duì)于 M2.5)、4mm(對(duì)于 M3)內(nèi)不得貼裝元器件;

3. 臥裝電阻、電感(插件)、電解電容等元件的下方避免布過孔，以免波峰焊后過孔與元件殼體短路;

4. 元器件的外側(cè)距板邊的距離為 5mm;

5. 貼裝元件焊盤的外側(cè)與相鄰插裝元件的外側(cè)距離大于 2mm;

6. 金屬殼體元器件和金屬件(屏蔽盒等)不能與其它元器件相碰，不能緊貼印制線、焊盤，其間距應(yīng)大于 2mm。定位孔、緊固件安裝孔、橢圓孔及板中其它方孔外側(cè)距板邊的尺寸大于 3mm;

7. 發(fā)熱元件不能緊鄰導(dǎo)線和熱敏元件;高熱器件要均衡分布;

8. 電源插座要盡量布置在印制板的四周，電源插座與其相連的匯流條接線端應(yīng)布置在同側(cè)。特別應(yīng)注意不要把電源插座及其它焊接連接器布置在連接器之間，以利于這些插座、連接器的焊接及電源線纜設(shè)計(jì)和扎線。電源插座及焊接連接器的布置間距應(yīng)考慮方便電源插頭的插拔;

9. 其它元器件的布置：

所有 IC 元件單邊對(duì)齊，有極性元件極性標(biāo)示明確，同一印制板上極性標(biāo)示不得多于兩個(gè)方向，出現(xiàn)兩個(gè)方向時(shí)，兩個(gè)方向互相垂直;

10、板面布線應(yīng)疏密得當(dāng)，當(dāng)疏密差別太大時(shí)應(yīng)以網(wǎng)狀銅箔填充，網(wǎng)格大于 8mil(或 0.2mm);

11、貼片焊盤上不能有通孔，以免焊膏流失造成元件虛焊。重要信號(hào)線不準(zhǔn)從插座腳間穿過;

12、貼片單邊對(duì)齊，字符方向一致，封裝方向一致;

13、有極性的器件在以同一板上的極性標(biāo)示方向盡量保持一致。

二、元件布線規(guī)則

1、畫定布線區(qū)域距 PCB 板邊≤1mm 的區(qū)域內(nèi)，以及安裝孔周圍 1mm 內(nèi)，禁止布線;

2、電源線盡可能的寬，不應(yīng)低于 18mil;信號(hào)線寬不應(yīng)低于 12mil;cpu 入出線不應(yīng)低于 10mil(或 8mil);線間距不低于 10mil;

3、正常過孔不低于 30mil;

4、雙列直插：焊盤 60mil，孔徑 40mil;

1/4W 電阻：51*55mil(0805 表貼);直插時(shí)焊盤 62mil，孔徑 42mil;

無極電容：51*55mil(0805 表貼);直插時(shí)焊盤 50mil，孔徑 28mil;

5、注意電源線與地線應(yīng)盡可能呈放射狀，以及信號(hào)線不能出現(xiàn)回環(huán)走線。

三、如何提高抗干擾能力和電磁兼容性?

在研制帶處理器的電子產(chǎn)品時(shí)，如何提高抗干擾能力和電磁兼容性?

1、下面的一些系統(tǒng)要特別注意抗電磁干擾：

(1) 微控制器時(shí)鐘頻率特別高，總線周期特別快的系統(tǒng)。

(2) 系統(tǒng)含有大功率，大電流驅(qū)動(dòng)電路，如產(chǎn)生火花的繼電器，大電流開關(guān)等。

(3) 含微弱模擬信號(hào)電路以及高精度 A/D 變換電路的系統(tǒng)。

2、為增加系統(tǒng)的抗電磁干擾能力采取如下措施：

(1) 選用頻率低的微控制器：

選用外時(shí)鐘頻率低的微控制器可以有效降低噪聲和提高系統(tǒng)的抗干擾能力。同樣頻率的方波和正弦波，方波中的高頻成份比正弦波多得多。雖然方波的高頻成份的波的幅度，比基波小，但頻率越高越容易發(fā)射出成為噪聲源，微控制器產(chǎn)生的最有影響的高頻噪聲大約是時(shí)鐘頻率的 3 倍。

(2) 減小信號(hào)傳輸中的畸變

微控制器主要采用高速 CMOS 技術(shù)制造。信號(hào)輸入端靜態(tài)輸入電流在 1mA 左右，輸入電容 10PF 左右，輸入阻抗相當(dāng)高，高速 CMOS 電路的輸出端都有相當(dāng)?shù)膸лd能力，即相當(dāng)大的輸出值，將一個(gè)門的輸出端通過一段很長(zhǎng)線引到輸入阻抗相當(dāng)高的輸入端，反射問題就很嚴(yán)重，它會(huì)引起信號(hào)畸變，增加系統(tǒng)噪聲。當(dāng) Tpd》Tr 時(shí)，就成了一個(gè)傳輸線問題，必須考慮信號(hào)反射，阻抗匹配等問題。

信號(hào)在印制板上的延遲時(shí)間與引線的特性阻抗有關(guān)，即與印制線路板材料的介電常數(shù)有關(guān)?？梢源致缘卣J(rèn)為，信號(hào)在印制板引線的傳輸速度，約為光速的 1/3 到 1/2 之間。微控制器構(gòu)成的系統(tǒng)中常用邏輯電話元件的 Tr(標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間)為 3 到 18ns 之間。

在印制線路板上，信號(hào)通過一個(gè) 7W 的電阻和一段 25cm 長(zhǎng)的引線，線上延遲時(shí)間大致在 4~20ns 之間。也就是說，信號(hào)在印刷線路上的引線越短越好，最長(zhǎng)不宜超過 25cm。而且過孔數(shù)目也應(yīng)盡量少，最好不多于 2 個(gè)。

當(dāng)信號(hào)的上升時(shí)間快于信號(hào)延遲時(shí)間，就要按照快電子學(xué)處理。此時(shí)要考慮傳輸線的阻抗匹配，對(duì)于一塊印刷線路板上的集成塊之間的信號(hào)傳輸，要避免出現(xiàn) Td》Trd 的情況，印刷線路板越大系統(tǒng)的速度就越不能太快。

用以下結(jié)論歸納印刷線路板設(shè)計(jì)的一個(gè)規(guī)則：

信號(hào)在印刷板上傳輸，其延遲時(shí)間不應(yīng)大于所用器件的標(biāo)稱延遲時(shí)間。

(3) 減小信號(hào)線間的交叉干擾：

A 點(diǎn)一個(gè)上升時(shí)間為 Tr 的階躍信號(hào)通過引線 AB 傳向 B 端。信號(hào)在 AB 線上的延遲時(shí)間是 Td。在 D 點(diǎn)，由于 A 點(diǎn)信號(hào)的向前傳輸，到達(dá) B 點(diǎn)后的信號(hào)反射和 AB 線的延遲，Td 時(shí)間以后會(huì)感應(yīng)出一個(gè)寬度為 Tr 的頁脈沖信號(hào)。在 C 點(diǎn)，由于 AB 上信號(hào)的傳輸與反射，會(huì)感應(yīng)出一個(gè)寬度為信號(hào)在 AB 線上的延遲時(shí)間的兩倍，即 2Td 的正脈沖信號(hào)。這就是信號(hào)間的交叉干擾。干擾信號(hào)的強(qiáng)度與 C 點(diǎn)信號(hào)的 di/at 有關(guān)，與線間距離有關(guān)。當(dāng)兩信號(hào)線不是很長(zhǎng)時(shí)，AB 上看到的實(shí)際是兩個(gè)脈沖的迭加。

CMOS 工藝制造的微控制由輸入阻抗高，噪聲高，噪聲容限也很高，數(shù)字電路是迭加 100~200mv 噪聲并不影響其工作。若 AB 線是一模擬信號(hào)，這種干擾就變?yōu)椴荒苋萑獭Ｈ缬∷⒕€路板為四層板，其中有一層是大面積的地，或雙面板，信號(hào)線的反面是大面積的地時(shí)，這種信號(hào)間的交叉干擾就會(huì)變小。

原因是，大面積的地減小了信號(hào)線的特性阻抗，信號(hào)在 D 端的反射大為減小。特性阻抗與信號(hào)線到地間的介質(zhì)的介電常數(shù)的平方成反比，與介質(zhì)厚度的自然對(duì)數(shù)成正比。若 AB 線為一模擬信號(hào)，要避免數(shù)字電路信號(hào)線 CD 對(duì) AB 的干擾，AB 線下方要有大面積的地，AB 線到 CD 線的距離要大于 AB 線與地距離的 2~3 倍?？捎镁植科帘蔚兀谟幸Y(jié)的一面引線左右兩側(cè)布以地線。

(4) 減小來自電源的噪聲

電源在向系統(tǒng)提供能源的同時(shí)，也將其噪聲加到所供電的電源上。電路中微控制器的復(fù)位線，中斷線，以及其它一些控制線最容易受外界噪聲的干擾。電網(wǎng)上的強(qiáng)干擾通過電源進(jìn)入電路，即使電池供電的系統(tǒng)，電池本身也有高頻噪聲。模擬電路中的模擬信號(hào)更經(jīng)受不住來自電源的干擾。

審核編輯 黃昊宇

(5) 注意印刷線板與元器件的高頻特性

在高頻情況下，印刷線路板上的引線，過孔，電阻、電容、接插件的分布電感與電容等不可忽略。電容的分布電感不可忽略，電感的分布電容不可忽略。電阻產(chǎn)生對(duì)高頻信號(hào)的反射，引線的分布電容會(huì)起作用，當(dāng)長(zhǎng)度大于噪聲頻率相應(yīng)波長(zhǎng)的 1/20 時(shí)，就產(chǎn)生天線效應(yīng)，噪聲通過引線向外發(fā)射。

印刷線路板的過孔大約引起 0.6pf 的電容。

一個(gè)集成電路本身的封裝材料引入 2~6pf 電容。

一個(gè)線路板上的接插件，有 520nH 的分布電感。一個(gè)雙列直扦的 24 引腳集成電路扦座，引入 4~18nH 的分布電感。

這些小的分布參數(shù)對(duì)于這行較低頻率下的微控制器系統(tǒng)中是可以忽略不計(jì)的;而對(duì)于高速系統(tǒng)必須予以特別注意。

(6) 元件布置要合理分區(qū)

元件在印刷線路板上排列的位置要充分考慮抗電磁干擾問題，原則之一是各部件之間的引線要盡量短。在布局上，要把模擬信號(hào)部分，高速數(shù)字電路部分，噪聲源部分(如繼電器，大電流開關(guān)等)這三部分合理地分開，使相互間的信號(hào)耦合為最小。

G 處理好接地線

印刷電路板上，電源線和地線最重要?？朔姶鸥蓴_，最主要的手段就是接地。

對(duì)于雙面板，地線布置特別講究，通過采用單點(diǎn)接地法，電源和地是從電源的兩端接到印刷線路板上來的，電源一個(gè)接點(diǎn)，地一個(gè)接點(diǎn)。印刷線路板上，要有多個(gè)返回地線，這些都會(huì)聚到回電源的那個(gè)接點(diǎn)上，就是所謂單點(diǎn)接地。所謂模擬地、數(shù)字地、大功率器件地開分，是指布線分開，而最后都匯集到這個(gè)接地點(diǎn)上來。與印刷線路板以外的信號(hào)相連時(shí)，通常采用屏蔽電纜。對(duì)于高頻和數(shù)字信號(hào)，屏蔽電纜兩端都接地。低頻模擬信號(hào)用的屏蔽電纜，一端接地為好。

對(duì)噪聲和干擾非常敏感的電路或高頻噪聲特別嚴(yán)重的電路應(yīng)該用金屬罩屏蔽起來。

(7) 用好去耦電容

好的高頻去耦電容可以去除高到 1GHZ 的高頻成份。陶瓷片電容或多層陶瓷電容的高頻特性較好。設(shè)計(jì)印刷線路板時(shí)，每個(gè)集成電路的電源，地之間都要加一個(gè)去耦電容。去耦電容有兩個(gè)作用：一方面是本集成電路的蓄能電容，提供和吸收該集成電路開門關(guān)門瞬間的充放電能;另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。數(shù)字電路中典型的去耦電容為 0.1uf 的去耦電容有 5nH 分布電感，它的并行共振頻率大約在 7MHz 左右，也就是說對(duì)于 10MHz 以下的噪聲有較好的去耦作用，對(duì) 40MHz 以上的噪聲幾乎不起作用。

1uf，10uf 電容，并行共振頻率在 20MHz 以上，去除高頻率噪聲的效果要好一些。在電源進(jìn)入印刷板的地方和一個(gè) 1uf 或 10uf 的去高頻電容往往是有利的，即使是用電池供電的系統(tǒng)也需要這種電容。

每 10 片左右的集成電路要加一片充放電電容，或稱為蓄放電容，電容大小可選 10uf。最好不用電解電容，電解電容是兩層溥膜卷起來的，這種卷起來的結(jié)構(gòu)在高頻時(shí)表現(xiàn)為電感，最好使用膽電容或聚碳酸醞電容。

去耦電容值的選取并不嚴(yán)格，可按 C=1/f 計(jì)算;即 10MHz 取 0.1uf，對(duì)微控制器構(gòu)成的系統(tǒng)，取 0.1~0.01uf 之間都可以。

3、降低噪聲與電磁干擾的一些經(jīng)驗(yàn)。

(1) 能用低速芯片就不用高速的，高速芯片用在關(guān)鍵地方。

(2) 可用串一個(gè)電阻的辦法，降低控制電路上下沿跳變速率。

(3) 盡量為繼電器等提供某種形式的阻尼。

(4) 使用滿足系統(tǒng)要求的最低頻率時(shí)鐘。

(5) 時(shí)鐘產(chǎn)生器盡量*近到用該時(shí)鐘的器件。石英晶體振蕩器外殼要接地。

(6) 用地線將時(shí)鐘區(qū)圈起來，時(shí)鐘線盡量短。

(7) I/O 驅(qū)動(dòng)電路盡量*近印刷板邊，讓其盡快離開印刷板。對(duì)進(jìn)入印制板的信號(hào)要加濾波，從高噪聲區(qū)來的信號(hào)也要加濾波，同時(shí)用串終端電阻的辦法，減小信號(hào)反射。

(8) MCD 無用端要接高，或接地，或定義成輸出端，集成電路上該接電源地的端都要接，不要懸空。

(9) 閑置不用的門電路輸入端不要懸空，閑置不用的運(yùn)放正輸入端接地，負(fù)輸入端接輸出端。

(10) 印制板盡量使用 45 折線而不用 90 折線布線以減小高頻信號(hào)對(duì)外的發(fā)射與耦合。

(11) 印制板按頻率和電流開關(guān)特性分區(qū)，噪聲元件與非噪聲元件要距離再遠(yuǎn)一些。

(12) 單面板和雙面板用單點(diǎn)接電源和單點(diǎn)接地、電源線、地線盡量粗，經(jīng)濟(jì)是能承受的話用多層板以減小電源，地的容生電感。

(13) 時(shí)鐘、總線、片選信號(hào)要遠(yuǎn)離 I/O 線和接插件。

(14) 模擬電壓輸入線、參考電壓端要盡量遠(yuǎn)離數(shù)字電路信號(hào)線，特別是時(shí)鐘。

(15) 對(duì) A/D 類器件，數(shù)字部分與模擬部分寧可統(tǒng)一下也不要交*。

(16) 時(shí)鐘線垂直于 I/O 線比平行 I/O 線干擾小，時(shí)鐘元件引腳遠(yuǎn)離 I/O 電纜。

(17) 元件引腳盡量短，去耦電容引腳盡量短。

(18) 關(guān)鍵的線要盡量粗，并在兩邊加上保護(hù)地。高速線要短要直。

(19) 對(duì)噪聲敏感的線不要與大電流，高速開關(guān)線平行。

(20) 石英晶體下面以及對(duì)噪聲敏感的器件下面不要走線。

(21) 弱信號(hào)電路，低頻電路周圍不要形成電流環(huán)路。

(22) 任何信號(hào)都不要形成環(huán)路，如不可避免，讓環(huán)路區(qū)盡量小。

(23) 每個(gè)集成電路一個(gè)去耦電容。每個(gè)電解電容邊上都要加一個(gè)小的高頻旁路電容。

(24) 用大容量的鉭電容或聚酷電容而不用電解電容作電路充放電儲(chǔ)能電容。使用管狀電容時(shí)，外殼要接地。