PCB布局、布线基本原则

PCB布局、布线基本原则

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一、组件布局的基本规则

1. 根据电路模块布局，实现相同功能的相关电路称为模块。电路模块中的元件应采用就近集中的原则，数字电路与模拟电路分开； 2.定位孔、标准孔等非安装孔周围1.27mm 元、器件、螺钉等安装孔周围3周围不得粘贴.5mm（对于M2.5）、4mm（对于M3)不得在内部安装元件； 3. 卧装电阻、电感（插件）、电解电容等元件的下方避免布过孔，以免波峰焊后过孔与元件壳体短路； 4. 元器件外侧板边的距离为5mm； 5. 贴装元件焊盘与相邻插装元件的外侧距离大于2mm； 6. 金属外壳部件和金属部件（屏蔽盒等）不能与其他部件接触，不能靠近印刷线和焊盘，间距应大于2mm。板内其他方孔的定位孔、紧固件安装孔、椭圆孔和外侧尺寸大于3mm； 7. 加热元件不能靠近导线和热敏元件；高热元件应均衡分布； 8. 电源插座应尽可能布置在印刷板周围，电源插座及其连接的汇流条端应布置在同一侧。特别注意不要在连接器之间布置电源插座和其他焊接连接器，以促进这些插座和连接器的焊接和电源电缆的设计和接线。电源插座和焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插入； 9. 其它部件的布置： 所有IC元件单侧对齐，极性元件极性标记清晰，同一印刷板上的极性标记不得超过两个方向，两个方向相互垂直； 10.板面布线应适当密封。当密封差过大时，应填充网状铜箔，网格大于8mil(或0.2mm)； 11.贴片焊盘上不得有通孔，以免因焊膏流失造成零件虚焊。重要信号线不得穿过插座脚； 12.贴片单边对齐，字符方向一致，包装方向一致； 13.具有极性的装置应尽可能在同一板上标记极性。

二、元件布线规则

1、设置布线区域距离PCB板边≤1mm在安装孔周围区域和1mm内部，禁止布线； 2.电源线尽量宽，不得小于18mil；信号线宽不应小于12mil；cpu入出线不低于10mil（或8mil）；线间距不小于10mil； 3.正常过孔不少于30mil； 4、 双列直插：焊盘60mil，孔径40mil； 1/4W电阻： 51*55mil(0805表贴)mil，孔径42mil； 无极电容： 51*55mil（0805表贴）；直插时焊盘50mil，孔径28mil； 5、 请注意，电源线和地线应尽可能放射，信号线不应回环。

如何提高抗干扰能力和电磁兼容性

如何提高带处理器电子产品的抗干扰性和电磁兼容性？1、 以下系统应特别注意电磁干扰：(1) 系统时钟频率特别高，总线周期特别快。(2) 该系统含有大功率、大电流驱动电路，如火花继电器、大电流开关等。(3) 微弱模拟信号电路和高精度A/D改变电路系统。2、 采取以下措施提高系统的抗电磁干扰能力：(1) 选用低频微控制器： 选择外时钟频率低的微控制器可以有效降低噪声，提高系统的抗干扰能力。方波和正弦波的高频成分远远超过正弦波。虽然方波的高频成分的波幅小于比基波，但频率越高，越容易发射成噪声源。微控制器产生的最有影响力的高频噪声大约是时钟频率3倍。(2) 减少信号传输中的畸变 微控制器主要采用高速控制器CMOS技术制造。信号输入端静态输入电流1mA左右，输入电容10PF左右输入阻抗相当高，高速CMOS电路的输出端具有相当大的负载能力，即相当大的输出值，门的输出端通过长期输入阻抗相当高，反射问题非常严重，会导致信号畸变，增加系统噪声。Tpd＞Tr在传输线中，必须考虑信号反射、阻抗匹配等问题。 印刷板上信号的延迟时间与导线的特性阻抗有关，即印刷板材料的介电常数。可以粗略地认为，印刷板导线中信号的传输速度约为光速1/3到1/2之间。逻辑电话元件常用于由微控制器组成的系统Tr（标准延迟时间）为3到18ns之间。 在印制线路板上，信号通过一个7W的电阻和一段25cm长的引线，线上延迟时间大致在4~20ns之间。也就是说，信号在印刷线路上的引线越短越好，最长不宜超过25cm。而且过孔数目也应尽量少，最好不多于2个。 当信号的上升时间快于信号延迟时间，就要按照快电子学处理。此时要考虑传输线的阻抗匹配，对于一块印刷线路板上的集成块之间的信号传输，要避免出现Td＞Trd的情况，印刷线路板越大系统的速度就越不能太快。 用以下结论归纳印刷线路板设计的一个规则： 信号在印刷板上传输，其延迟时间不应大于所用器件的标称延迟时间。(3) 减小信号线间的交*干扰：A点一个上升时间为Tr的阶跃信号通过引线AB传向B端。信号在AB线上的延迟时间是Td。在D点，由于A点信号的向前传输，到达B点后的信号反射和AB线的延迟，Td时间以后会感应出一个宽度为Tr的页脉冲信号。在C点，由于AB上信号的传输与反射，会感应出一个宽度为信号在AB线上的延迟时间的两倍，即2Td的正脉冲信号。这就是信号间的交*干扰。干扰信号的强度与C点信号的di/at有关，与线间距离有关。当两信号线不是很长时，AB上看到的实际是两个脉冲的迭加。CMOS工艺制造的微控制由输入阻抗高，噪声高，噪声容限也很高，数字电路是迭加100~200mv噪声并不影响其工作。若图中AB线是一模拟信号，这种干扰就变为不能容忍。如印刷线路板为四层板，其中有一层是大面积的地，或双面板，信号线的反面是大面积的地时，这种信号间的交*干扰就会变小。原因是，大面积的地减小了信号线的特性阻抗，信号在D端的反射大为减小。特性阻抗与信号线到地间的介质的介电常数的平方成反比，与介质厚度的自然对数成正比。若AB线为一模拟信号，要避免数字电路信号线CD对AB的干扰，AB线下方要有大面积的地，AB线到CD线的距离要大于AB线与地距离的2~3倍。可用局部屏蔽地，在有引结的一面引线左右两侧布以地线。(4) 减小来自电源的噪声 电源在向系统提供能源的同时，也将其噪声加到所供电的电源上。电路中微控制器的复位线，中断线，以及其它一些控制线最容易受外界噪声的干扰。电网上的强干扰通过电源进入电路，即使电池供电的系统，电池本身也有高频噪声。模拟电路中的模拟信号更经受不住来自电源的干扰。(5) 注意印刷线板与元器件的高频特性 在高频情况下，印刷线路板上的引线，过孔，电阻、电容、接插件的分布电感与电容等不可忽略。电容的分布电感不可忽略，电感的分布电容不可忽略。电阻产生对高频信号的反射，引线的分布电容会起作用，当长度大于噪声频率相应波长的1/20时，就产生天线效应，噪声通过引线向外发射。 印刷线路板的过孔大约引起0.6pf的电容。 一个集成电路本身的封装材料引入2~6pf电容。 一个线路板上的接插件，有520nH的分布电感。一个双列直扦的24引脚集成电路扦座，引入4~18nH的分布电感。 这些小的分布参数对于这行较低频率下的微控制器系统中是可以忽略不计的；而对于高速系统必须予以特别注意。(6) 元件布置要合理分区 元件在印刷线路板上排列的位置要充分考虑抗电磁干扰问题，原则之一是各部件之间的引线要尽量短。在布局上，要把模拟信号部分，高速数字电路部分，噪声源部分（如继电器，大电流开关等）这三部分合理地分开，使相互间的信号耦合为最小。G 处理好接地线 印刷电路板上，电源线和地线最重要。克服电磁干扰，最主要的手段就是接地。 对于双面板，地线布置特别讲究，通过采用单点接地法，电源和地是从电源的两端接到印刷线路板上来的，电源一个接点，地一个接点。印刷线路板上，要有多个返回地线，这些都会聚到回电源的那个接点上，就是所谓单点接地。所谓模拟地、数字地、大功率器件地开分，是指布线分开，而最后都汇集到这个接地点上来。与印刷线路板以外的信号相连时，通常采用屏蔽电缆。对于高频和数字信号，屏蔽电缆两端都接地。低频模拟信号用的屏蔽电缆，一端接地为好。 对噪声和干扰非常敏感的电路或高频噪声特别严重的电路应该用金属罩屏蔽起来。(7) 用好去耦电容。 好的高频去耦电容可以去除高到1GHZ的高频成份。陶瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好。设计印刷线路板时，每个集成电路的电源，地之间都要加一个去耦电容。去耦电容有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，提供和吸收该集成电路开门关门瞬间的充放电能；另一方面旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容为0.1uf的去耦电容有5nH分布电感，它的并行共振频率大约在7MHz左右，也就是说对于10MHz以下的噪声有较好的去耦作用，对40MHz以上的噪声几乎不起作用。1uf，10uf电容，并行共振频率在20MHz以上，去除高频率噪声的效果要好一些。在电源进入印刷板的地方和一个1uf或10uf的去高频电容往往是有利的，即使是用电池供电的系统也需要这种电容。 每10片左右的集成电路要加一片充放电电容，或称为蓄放电容，电容大小可选10uf。最好不用电解电容，电解电容是两层溥膜卷起来的，这种卷起来的结构在高频时表现为电感，最好使用胆电容或聚碳酸酝电容。 去耦电容值的选取并不严格，可按C=1/f计算；即10MHz取0.1uf，对微控制器构成的系统，取0.1~0.01uf之间都可以。3、 降低噪声与电磁干扰的一些经验。(1) 能用低速芯片就不用高速的，高速芯片用在关键地方。(2) 可用串一个电阻的办法，降低控制电路上下沿跳变速率。(3) 尽量为继电器等提供某种形式的阻尼。(4) 使用满足系统要求的最低频率时钟。(5) 时钟产生器尽量*近到用该时钟的器件。石英晶体振荡器外壳要接地。(6) 用地线将时钟区圈起来，时钟线尽量短。(7) I/O驱动电路尽量*近印刷板边，让其尽快离开印刷板。对进入印制板的信号要加滤波，从高噪声区来的信号也要加滤波，同时用串终端电阻的办法，减小信号反射。(8) MCD无用端要接高，或接地，或定义成输出端，集成电路上该接电源地的端都要接，不要悬空。(9) 闲置不用的门电路输入端不要悬空，闲置不用的运放正输入端接地，负输入端接输出端。 (10) 印制板尽量使用45折线而不用90折线布线以减小高频信号对外的发射与耦合。(11) 印制板按频率和电流开关特性分区，噪声元件与非噪声元件要距离再远一些。(12) 单面板和双面板用单点接电源和单点接地、电源线、地线尽量粗，经济是能承受的话用多层板以减小电源，地的容生电感。(13) 时钟、总线、片选信号要远离I/O线和接插件。(14) 模拟电压输入线、参考电压端要尽量远离数字电路信号线，特别是时钟。(15) 对A/D类器件，数字部分与模拟部分宁可统一下也不要交*。(16) 时钟线垂直于I/O线比平行I/O线干扰小，时钟元件引脚远离I/O电缆。(17) 元件引脚尽量短，去耦电容引脚尽量短。(18) 关键的线要尽量粗，并在两边加上保护地。高速线要短要直。(19) 对噪声敏感的线不要与大电流，高速开关线平行。(20) 石英晶体下面以及对噪声敏感的器件下面不要走线。(21) 弱信号电路，低频电路周围不要形成电流环路。(22) 任何信号都不要形成环路，如不可避免，让环路区尽量小。(23) 每个集成电路一个去耦电容。每个电解电容边上都要加一个小的高频旁路电容。(24) 用大容量的钽电容或聚酷电容而不用电解电容作电路充放电储能电容。使用管状电容时，外壳要接地。

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E x 编辑X ，X为编辑目标，代号如下：(A)=圆弧；(C)=元件；(F)=填充；(P)=焊盘；(N)=网络；(S)=字符；(T)=导线；(V)=过孔；(I)=连接线；(G)=填充多边形。例如要编辑元件时按E C，鼠标指针出现“十”字，单击要编 辑的元件即可进行编辑。

P x 放置 X，X为放置目标，代号同上。

M x 移动X，X为移动目标，(A)、(C)、(F)、(P)、(S)、(T)、(V)、(G)同上，另外( I )=翻转选择部份；(O)旋转选择部份；(M)=移动选择部份；(R) =重新布线。

S x 选择 X，X为选择的内容，代号如下：(I)=内部区域；(O)=外部区域；(A)=全部；(L)=层上全部；(K)=锁定部分；(N)=物理网络；(C)=物理连接线；(H)=指定孔径的焊盘；(G)=网格外的焊盘。例如要选择全部时按 S A ，所有图形发亮表示已被选中，可对选中的文件进行复制、清除、移动等操作。