线路板 布线规则图解及PCB布线参考因素解析

日期:2018-05-27 / 人气: / 来源:www.

PCBA成品中 最核心的部分便是线路板,而PCB线路板 最基础的便是线路,PCBA克隆加工及PCBA开发加工中对于PCB线路板 布线的了解是必不可少的。

PCB布线应 遵循的基本规则

一、控制走线方向

输入和 输出端的导线应尽量避免相邻平行。在 PCB 布线时,相邻层 的走线方向成正交结构,避免将 不同的信号线在相邻层走成同一方向,以减少 不必要的层间窜扰。信号串扰对PCBA加工成 品的功能影响较大。当 PCB 布线受到结构限制(如某些背板)难以避 免出现平行布线时,特别是 在信号速率较高时,应考虑 用地平面隔离各布线层,用地线隔离各信号线。相邻层 的走线方向示意图如下图。

相邻层布线方式

二、检查走 线的开环和闭环

在PCB布线时,为了避免布线产生的“天线效应”,减少不 必要的干扰辐射和接收,一般不 允许出现一端浮空的布线形式,否则可能给PCBA加工带 来不可预知的结果。 

避免天线效应

要防止 信号线在不同层间形成自环。在多层 板设计中容易发生此类问题,而自环 将引起辐射干扰。

三、控制走线的长度

1. 使走线 长度尽可能的短

在 PCB 布线时,应该使走线 长度尽可能的短,以减少 由走线长度带来的干扰问题

缩短布线长度

2. 调整走线长度

PCBA加工对 时序有严格的要求,为了满 足信号时序的要求,对PCB上的信 号走线长度进行调整已经成为PCB设计工作的一部分。

走线长 度的调整包括以下两个方面的要求。

 

  • a. 要求走 线长度保持一致,保证信 号同步到达若干个接收器。有时在PCB上的一 组信号线之间存在着相关性,如总线,就需要 对其长度进行校正,因为需 要信号在接收端同步。调整方 法就是找出其中最长的那根走线,然后将 其他走线调整到等长。
  • b. 控制两 个器件之间的走线延迟为某一个特定值,如控制器件A、B之间的导线延迟为1ns,而这样 的要求往往由电路设计者提出,但由PCB工程师去实现。需要注意的是,在PCB上的信 号传播速度是与PCB的材料、走线的结构、走线的宽度、过孔等因素相关的。通过信号传播速度,可以计 算出所要求的走线延迟对应的走线长度。

 

走线长 度的调整常采用的是蛇形线的方式。

四、控制走线分支的长度

在PCB布线时,尽量控 制走线分支的长度,使分支的长度尽量短,另外一 般要求走线延时tdelay≤trise/20,其中trise是数字 信号的上升时间。走线分 支长度控制示意图

控制分支长度

五、拐角设计

在PCB布线时,走线拐 弯是不可避免的,当走线 出现直角拐角时,在拐角 处会产生额外的寄生电容和寄生电感。走线拐 弯的拐角应避免设计成锐角和直角形式,以免产 生不必要的辐射,影响PCBA加工成品性能。同时锐 角和直角形式的工艺性能也不好。要求所 有线与线的夹角应大于等于135°。在走线 确实需要直角拐角的情况下,可以采 取两种改进方法:一种是将90°拐角变成两个45°拐角;另一种是采用圆角。圆角方式是最好的,45°拐角可以用到10GHz频率上。对于45°拐角走线,拐角长度最好满足L≥3W。

拐角布线方式

 

六、差分对走线

为了避 免不理想返回路径的影响,可以采用差分对走线。为了获 得较好的信号完整性,可以选 用差分对走线来实现高速信号传输。前面介绍的LVDS电平的 传输采用的就是差分传输线的方式。

1. 差分信号传输优点:

  • a. 输出驱动总的di/dt会大幅降低,从而减 小了轨道塌陷和潜在的电磁干扰。
  • b. 与单端放大器相比,接收器 中的差分放大器有更高的增益。
  • c. 差分信 号在一对紧耦合差分对中传输时,在返回 路径中对付串扰和突变的鲁棒性更好。
  • d. 因为每 个信号都有自己的返回路径,所以差 分信号通过接插件或封装时,不易受 到开关噪声的干扰。

2. 差分信号的缺点:

  • a. 如果不 对差分信号进行恰当的平衡或滤波,或者存 在任何共模信号,就可能会产生EMI问题。
  • b. 与单端信号相比,传输差 分信号需要双倍的信号线。

PCB上的差 分对走线如下图

差分布线

3. 设计差分对走线时,要遵循以下原则。

  • a. 保持差 分对的两信号走线之间的距离S在整个走线上为常数。
  • b. 确保D>2S,以最小 化两个差分对信号之间的串扰。
  • c. 使差分 对的两信号走线之间的距离S满足S=3H,以便使 元件的反射阻抗最小化。
  • d. 将两差 分信号线的长度保持相等,以消除信号的相位差。
  • e. 避免在 差分对上使用多个过孔,因为过 孔会产生阻抗不匹配和电感。

七、控制PCB导线的 阻抗和走线终端匹配

在高速数字电路PCBA加工和射频电路PCBA加工中,对PCB导线的 阻抗是有要求的,需要控制PCB导线的阻抗。在PCB布线时,同一网 络的线宽应保持一致。由于线 宽的变化会造成线路特性阻抗的不均匀,对高速 数字电路传输的信号会产生反射,故在设 计中应该尽量避免出现这种情况。在某些条件下,如接插件引出线、BGA封装的 引出线等类似的结构时,如果无 法避免线宽的变化,应该尽 量控制和减少中间不一致部分的有效长度。

在高速数字电路中,当PCB布线的 延迟时间大于信号上升时间(或下降时间)的1/4时,该布线 即可以看成传输线。为了保 证信号的输入和输出阻抗与传输线的阻抗正确匹配,可以采 用多种形式的终端匹配方法,所选择 的匹配方法与网络的连接方式和布线的拓扑结构有关。

八、设计接地保护走线

在模拟电路的PCB设计中,保护走 线被广泛地使用,例如,在一个 没有完整的地平面的两层板中,如果在 一个敏感的音频输入电路的走线两边并行走一对接地的走线,串扰可 以减少一个数量级。

在数字电路中,可以采 用一个完整的接地平面取代接地保护走线,接地保 护走线在很多地方比完整的接地平面更有优势。

接地保护走线实例

根据经验,在两条 微带线之间插入两端接地的第三条线,两条微 带之间的耦合则会减半。如果第 三条线通过很多通孔连接到接地平面,则它们 的耦合将进一步减小。如果有 不止一个地平面层,则要在 每条保护走线的两端接地,而不要在中间接地。

注意:在数字电路中,如果两 条走线之间的距离(间距)足够并 允许引入一条保护走线,那么两 条走线相互之间的耦合通常已经很低了,也就没 有必要设置一条接地保护走线了。

九、防止走线谐振

在PCB布线时,布线长 度不得与其波长成整数倍关系,以免产生谐振现象。

布线防止谐振

十、布线的一些工艺要求

1.布线范围

布线范 围尺寸要求如表,包括内 外层线路及铜箔到板边、非金属化孔壁的尺寸。

板外形要素 内层线路及铜箔 外层线路及铜箔
距边最小尺寸 一般边

≥0.5(20)

≥0.5(20)

导槽边

≥1(40)

导轨深+2
拼板分离边 V槽中心 ≥1(40) ≥1(40)
邮票孔边 ≥0.5(20) ≥0.5(20)

距非金属化孔壁

最小尺寸

一般孔 0.5(20)(隔离圈) 0.3(12)封孔圈
单板起拔扳手轴孔 2(80) 扳手活动区不能布线

2. 布线的线宽和线距

在PCBA组装加 工密度许可的情况下,应尽量 选用较低密度布线设计,以提高 无缺陷和可靠性的制造能力。目前一 般厂家加工能力为:最小线宽为0.127mm(5mil),最小线距为0.127mm(5mil)。常用的 布线密度设计参考如表。

名称 12/10 8/8 6/6 5/5
线宽 0.3(12) 0.2(8) 0.15(6) 0.127(5)
线距 0.25(10)
线焊盘距
焊盘间距

3. 导线与 片式元器件焊盘的连接

连接导 线与片式元器件时,原则上 可以在任意点连接。但对采 用再流焊进行焊接的片式元器件,最好按以下原则设计。

a. 对于采 用两个焊盘安装的元器件,如电阻、电容,与其焊 盘连接的印制导线最好从焊盘中心位置对称引出,且与焊 盘连接的印制导线必须具有一样宽度。对线宽小于0.3mm(12mil)的引出 线可以不考虑此条规定。

b. 与较宽 印制线连接的焊盘,中间最 好通过一段窄的印制导线过渡,这一段 窄的印制导线通常被称为“隔热路径”,否则,对于2125(英制即0805)及其以下片式类SMD,焊接时极易出现“立片”缺陷。具体要求如图。

焊盘导线布线

4. 导线与SOIC,PLCC,QFP,SOT等器件的焊盘连接

连接线路与SOIC,PLCC,QFP,SOT等器件的焊盘时,一般建 议将导线从焊盘两端引出,如图。

布线说明

5. 线宽与电流的关系

当信号 平均电流比较大时,需要考 虑线宽与电流的关系,具体参 数可以参考下表。在PCB设计加工中常用oz(盎司)作为铜箔的厚度单位。1oz铜厚定 义为一平方英寸面积内铜箔的重量为一盎,对应的物理厚度为35μm。当铜箔 作为导线并通过较大电流时,铜箔宽 度与载流量的关系应参考表中的数据降额50%去使用。

导线载流表

PCB布线时应考虑的因素

一、焊盘大小

焊盘中 心孔要比元件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径D一般不小于(d+1.2mm),其中d为引线孔径。对高密度的数字电路,焊盘最小直径可取(d+1.0mm)。

二、印刷电 路板电路的抗干扰措施

1. 电源线设计

尽量加粗电源线宽度,减少环路电阻。同时,使电源线、地线的 走向和数据传递的方向一致,这样有 助于增强抗噪声能力。

2. 地线设计

数字地与模拟地分开。低频电 路的地应尽量采用单点并联接地,实际布 线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电 路宜采用多点串联接地,地线应短而粗,高频元 件周围尽量用栅格状的大面积铜箔。

接地线应尽量加粗。若接地 线用很细的线条,则接地 电位随电流的变化而变化,使抗噪声性能降低。因此应将接地线加粗,使它能 通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能,接地线应在2~3mm以上。

只由数 字电路组成的印制板,其接地 电路构成闭环能提高抗噪声能力。

三、去耦电容配置

  1. 电源输入端跨接10~100μF的电解电容器。如有可能,接100μF以上的更好。
  2. 原则上 每个集成电路芯片都应布置一个0.01pF的瓷片电容,如遇印制板空隙不够,可每4~8个芯片布置一个1~10pF的钽电容。
  3. 对于抗噪能力弱、关断时 电源变化大的元件,如RAM、ROM存储元件,应在芯 片的电源线和地线之间接入去耦电容。
  4. 电容引线不能太长,尤其是 高频旁路电容不能有引线。
  5. 在印制 板中如有接触器、继电器、按钮等元件,操作它 们时会产生较大火花放电,必须采用RC电路来吸收放电电流。一般R取1~2kΩ,C取2.2~47μF。
  6. CMOS的输入阻抗很高,且易受感应,因此在 使用时对不使用的端口要接地或接正电源。

四、各元件之间的接线

  1. 印刷电 路中不允许有交叉电路,对于可能交叉的线条,可以用“钻”、“绕”两种办法解决。
  2. 同一级 电路的接地点应尽量靠近,并且本 级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上。
  3. 总地线必须严格按“高频—中频—低频”逐级按“弱电到强电”的顺序排列原则,不可随 便翻来覆去乱接。
  4. 在使用IC座的场合下,一定要特别注意IC座上定 位槽放置的方位是否正确,并注意各个IC脚位置是否正确。

文章摘自:http://www.pcbhf.com/pcbchaoban/pcbsheji/274.html

【格亚信电子】是专业从事电子产品设计、电子方案开发、电子产品PCBA加工的深圳电子方案公司,主要设 计电子产品包括工控、汽车、电源、通信、安防、医疗电子产品开发。

公司核 心业务是提供以工控电子、汽车电子、医疗电子、安防电子、消费电子、通讯电子、电源电 子等多领域的电子产品设计、方案开 发及加工生产的一站式PCBA服务,为满足 不同客户需求可提供中小批量PCBA加工。

公司产 品涵盖工业生产设备控制设备电子开发、汽车MCU电子控 制系统方案设计、伺服控制板PCBA加工、数控机床主板PCBA加工,智能家居电子研发、3D打印机控制板PCBA加工等领域。业务流 程包括电子方案开发设计、PCB生产、元器件采购、SMT贴片加工、样机制作调试、PCBA中小批量加工生产、后期质保维护一站式PCBA加工服务。

http://www./

作者:


Go To Top 回顶部
友情链接:      鐪熼挶妫嬬墝-瀹樼綉骞冲彴鎵嬫満app     鐧惧埄褰╃エ