【干貨】PCB Layout設(shè)計(jì)規(guī)范-通用篇

1、主要目的

1.1、規(guī)范PCB的設(shè)計(jì)流程。

1.2、保證PCB設(shè)計(jì)質(zhì)量和提高設(shè)計(jì)效率。

1.3、提高PCB設(shè)計(jì)的可生產(chǎn)性、可測(cè)試性、可維護(hù)性。

2、適用范圍

適用于所有PCB設(shè)計(jì)人員。

3、PCB設(shè)計(jì)前準(zhǔn)備

3.1、準(zhǔn)確無誤的原理圖包括電子檔和書面說明文件。

3.2、正式BOM表。對(duì)于封裝庫中沒有的元件硬件工程師應(yīng)提供元件的數(shù)據(jù)資料或?qū)嵨?，并指定引腳的定義順序。

3.3、提供PCB大致布局圖或重要單元、核心電路擺放位置。提供PCB結(jié)構(gòu)圖，應(yīng)標(biāo)明PCB外形、安裝孔、定位元件、禁布區(qū)等相關(guān)信息。

3.4、要求說明

3.4.1、設(shè)計(jì)要求說明

a)標(biāo)明1A以上大電流元件、網(wǎng)絡(luò)。
b)標(biāo)明模擬小信號(hào)等易被干擾信號(hào)。
c)標(biāo)明重要的時(shí)鐘信號(hào)、差分信號(hào)以及高速數(shù)字信號(hào)。
d)標(biāo)明其它特殊要求的信號(hào)。
e)標(biāo)明強(qiáng)電弱電電路。

3.4.2、PCB特殊要求說明：

a)差分布線、需屏蔽網(wǎng)絡(luò)、特性阻抗網(wǎng)絡(luò)、等延時(shí)網(wǎng)絡(luò)等。
b)特殊元件的禁止布線區(qū)、錫膏偏移、阻焊開窗以及其它結(jié)構(gòu)的特殊要求。

3.5、仔細(xì)閱讀原理圖，了解電路架構(gòu)，理解電路的工作條件。

3.6、與硬件工程師充分交流的基礎(chǔ)上，確認(rèn)PCB中關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)，了解特殊元件的設(shè)計(jì)要求。

4、設(shè)計(jì)流程

4.1、創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表

4.1.1.網(wǎng)絡(luò)表是原理圖與PCB的接口文件，PCB設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)所用的原理圖和PCB設(shè)計(jì)工具的特性，選用正確的網(wǎng)絡(luò)表格式，創(chuàng)建符合要求的網(wǎng)絡(luò)表。

4.1.2.創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表的過程中，應(yīng)根據(jù)原理圖設(shè)計(jì)工具的特性，積極協(xié)助原理圖設(shè)計(jì)者排除錯(cuò)誤。保證網(wǎng)絡(luò)表的正確性和完整性。

4.1.3.確定器件的封裝（PCB FOOTPRINT

4.2、建立PCB板框

4.2.1.根據(jù)PCB結(jié)構(gòu)圖，或相應(yīng)的模板建立PCB文件，包括安裝孔、禁布區(qū)等相關(guān)信息。

4.2.2.尺寸標(biāo)注。在鉆孔層中應(yīng)標(biāo)明PCB的精確外形尺寸，且不可以形成封閉尺寸標(biāo)注。

4.3、載入網(wǎng)絡(luò)表

載入網(wǎng)表并排除所有載入問題，直到?jīng)]有任何錯(cuò)誤信息提示，才可以確認(rèn)載入無誤。

4.4、設(shè)置規(guī)則

關(guān)于設(shè)計(jì)規(guī)則（Design Rules）設(shè)置的詳細(xì)說明，可參考有關(guān)PROTEL的使用說明。對(duì)于一般設(shè)置，可采用PROTEL默認(rèn)設(shè)置即可。關(guān)于最小線寬、最小間隙、最小孔徑等參數(shù)的設(shè)置，與PCB板的加工廠家的加工水平有關(guān)，設(shè)計(jì)人員必須了解PCB加工商常用的推薦設(shè)置如下：

4.4.1.布線層設(shè)置：有特殊要求的，經(jīng)過批準(zhǔn)可以采用4層板，一般情況盡量使用雙面板。相鄰布線層的走線方向應(yīng)該相互垂直。

4.4.2.布局格點(diǎn)設(shè)置：推薦50mil；

4.4.3.布線格點(diǎn)設(shè)置：推薦25mil；

4.4.4.最小線寬設(shè)置：一般電路推薦12mil，密度較高的電路推薦10mil，不小于7mil；

4.4.5.最小間隙設(shè)置：一般電路推薦12mil，密度較高的電路推薦10mil，不小于7mil；

4.4.6.焊盤設(shè)置：焊盤設(shè)計(jì)要考慮到兩個(gè)方面因素：首先要考慮可加工性，方便元件插裝及焊接；其次要考慮焊盤強(qiáng)度，防止焊盤受熱受力脫落。一般元件焊盤，推薦外徑：62mil，不小于50mil；推薦孔徑：32mil；特殊元件焊盤，根據(jù)元件引腳的實(shí)際大小設(shè)定，以元件引腳方便插入為原則。

4.4.7.過孔設(shè)置：一般電路推薦外徑：40mil，推薦孔徑：28mil。

4.5、元件布局

4.5.1.首先要確定參考點(diǎn)。

一般參考點(diǎn)都設(shè)置在左邊和底邊的邊框線的交點(diǎn)（或延長(zhǎng)線的交點(diǎn)）上或印制板的插件的第一個(gè)焊盤。

4.5.2.一但參考點(diǎn)確定以后，元件布局、布線均以此參考點(diǎn)為準(zhǔn)，布局推薦使用25MIL網(wǎng)格。

4.5.3.根據(jù)要求先將所有有定位要求的元件固定并鎖定。

4.5.4.布局的基本原則

a)布局的首要原則是保證布線的布通率，移動(dòng)器件時(shí)注意飛線的連接，把有連線關(guān)系的器件放在一起，總的連線盡可能的短，關(guān)鍵信號(hào)線最短。
b)遵循先難后易、先大后小的原則。
c)放置器件時(shí)要考慮以后的焊接，不要太密集。
d)強(qiáng)信號(hào)、弱信號(hào)要完全分開。
e)高壓元件和低壓元件間隔要充分。
f)高頻元件間隔要充分。
g)數(shù)字器件和模擬器件要分開，盡量遠(yuǎn)離。

4.5.5相同結(jié)構(gòu)電路部分應(yīng)盡可能采取對(duì)稱布局。

4.5.6按照均勻分布、重心平衡、版面美觀的標(biāo)準(zhǔn)來優(yōu)化布局。

4.5.7同類型的元件應(yīng)該在X或Y方向上一致。同一類型的有極性（方向性）分立元件也要力爭(zhēng)在X或Y方向上一致，以便于生產(chǎn)和調(diào)試。

4.5.8元件的放置要便于調(diào)試和維修，大元件邊上不能放置小元件，需要調(diào)試的元件周圍應(yīng)有足夠的空間，發(fā)熱元件應(yīng)有足夠的空間以利于散熱，熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。

4.5.9雙列直插元件相互的距離要大于80mil；BGA與相臨元件距離大于200mil；阻容等貼片小元件相互距離大于30mil；貼片元件焊盤外側(cè)與相臨插裝元件焊盤外側(cè)要大于80mil；壓接元件周圍200mil不可以放置插裝元器件；焊接面周圍200mil內(nèi)不可以放置貼裝元件。

4.5.10集成電路的去耦電容應(yīng)盡量靠近芯片的電源腳、高頻最靠近為原則。使之與電源和地之間形成回路最短。

4.5.11旁路電容應(yīng)均勻分布在集成電路周圍。

4.5.12元件布局時(shí)，使用同一種電源的元件應(yīng)考慮盡量放在一起，以便于將來的電源分割。

4.5.13.調(diào)整字符。

所有字符不可以覆蓋焊盤，也不可以放在元件下方，要保證裝配以后還可以清晰看到字符信息。所有字符在X或Y方向上應(yīng)一致。字符、絲印大小要統(tǒng)一。推薦字符高度60mil,字符線寬8mil。

4.5.14.放置PCB的MARK點(diǎn)。

4.6、布線

4.6.1布線優(yōu)先次序

關(guān)鍵信號(hào)線優(yōu)先：電源、模擬小信號(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：從電路板上連接關(guān)系最復(fù)雜的器件著手布線。從電路板連線最密集的區(qū)域開始布線。

4.6.2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。

4.6.3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，并保證其最小的回路面積。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。
4.6.4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)。

4.6.5進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵循的規(guī)則。

a)地線回路規(guī)則：

環(huán)路最小規(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的問題；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，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)回路問題，建議采用多層板為宜。

b)竄擾控制

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?？朔?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。

c)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。

d)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。

e)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，否則可能帶來不可預(yù)知的結(jié)果。

f)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)生此類問題，自環(huán)將引起輻射干擾。

g)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。

h)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。

i)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，以減少由于走線過長(zhǎng)帶來的干擾問題，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)。

j)倒角規(guī)則：

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

k)器件去藕規(guī)則：

在印制板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)去耦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。

在雙層板設(shè)計(jì)中，一般應(yīng)該使電流先經(jīng)過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，一般來說，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長(zhǎng)而帶來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。

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。

l)器件布局分區(qū)/分層規(guī)則：

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題，通常采用將二者的地分割，再在接口處單點(diǎn)相接。

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。

m)孤立銅區(qū)控制規(guī)則：

孤立銅區(qū)的出現(xiàn)，將帶來一些不可預(yù)知的問題，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。

n)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。

o)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，電源平面的重疊問題一定要設(shè)法避免，難以避免時(shí)可考慮中間隔地層。

p)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。

q)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)。

4.7、設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC）

設(shè)計(jì)完成，必須經(jīng)過DRC檢查，必須無任何錯(cuò)誤報(bào)告才可以。

4.8、復(fù)查

PCB設(shè)計(jì)完成，自行檢查無誤后，根據(jù)需要可以由PCB設(shè)計(jì)者或產(chǎn)品硬件開發(fā)人員提出PCB設(shè)計(jì)質(zhì)量的評(píng)審，如果不需要組織評(píng)審組進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)審，可由研發(fā)經(jīng)理指定硬件工程師進(jìn)行復(fù)查。自行檢查或由他人復(fù)查的項(xiàng)目如下：

4.8.1.檢查高頻、高速、時(shí)鐘及其他脆弱信號(hào)線，是否回路面積最小、是否遠(yuǎn)離干擾源、是否有多余的過孔和繞線、是否有垮地層分割區(qū)。

4.8.2.檢查晶體、變壓器、光藕、電源模塊下面是否有信號(hào)線穿過，應(yīng)盡量避免在其下穿線，特別是晶體下面應(yīng)盡量鋪設(shè)接地的銅皮。

4.8.3.檢查定位孔、定位件是否與結(jié)構(gòu)圖一致，ICT定位孔、SMT定位光標(biāo)是否加上并符合工藝要求。

4.8.4.檢查器件的序號(hào)是否靠近器件擺放，并且無絲印覆蓋焊盤；檢查絲印的版本號(hào)是否符合版本升級(jí)規(guī)范，并標(biāo)識(shí)出。

4.8.5.報(bào)告布線完成情況是否百分之百；是否有線頭；是否有孤立的銅皮。

4.8.6.檢查電源、地的分割正確；單點(diǎn)共地已作處理。

4.8.7.檢查各層光繪選項(xiàng)正確，標(biāo)注和光繪名正確；需拼板的只需鉆孔層的圖紙標(biāo)注。

4.8.8.檢查電路板編號(hào)、版本號(hào)表示是否正確。

4.8.9.檢查電路板設(shè)計(jì)完成日期是否正確。

4.9、輸出

經(jīng)過評(píng)審或者檢驗(yàn)合格后，將PCB文件、PCB說明文檔以及制板要求（板厚、數(shù)量、周期以及特殊要求等）發(fā)給研發(fā)助理，由研發(fā)助理發(fā)給制板廠家制作電路板。

案例分享：