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1、PCB板根底学问一、 PCB板的元素1. 工作层面对于印制电路板来说，工作层面可以分为6大类，信号层 （signal layer）内部电源/接地层 （internal plane layer）机械层（mechanical layer） 主要用来放置物理边界与放置尺寸标注等信息，起到相应的提示作用。EDA软件可以供应16层的机械层。防护层（mask layer） 包括锡膏层与阻焊层两大类。锡膏层主要用于将外表贴元器件粘贴在PCB上，阻焊层用于防止焊锡镀在不应当焊接的地方。丝印层（silkscreen layer） 在PCB板的TOP与BOTTOM层外表绘制元器件的外观轮廓与放置字符串等。例如元器
2、件的标识、标称值等以及放置厂家标记，消费日期等。同时也是印制电路板上用来焊接元器件位置的根据，作用是使PCB板具有可读性，便于电路的安装与修理。其他工作层（other layer） 制止布线层 Keep Out Layer钻孔导引层 drill guide layer钻孔图层 drill drawing layer复合层 multi-layer2. 元器件封装是实际元器件焊接到PCB板时的焊接位置与焊接形态，包括了实际元器件的外形尺寸，所占空间位置，各管脚之间的间距等。元器件封装是一个空间的功能，对于不同的元器件可以有一样的封装，同样一样功能的元器件可以有不同的封装。因此在制作PCB板时必需同
3、时知道元器件的名称与封装形式。（1） 元器件封装分类通孔式元器件封装（THT，through hole technology） 外表贴元件封装 （SMT Surface mounted technology ）另一种常用的分类方法是从封装外形分类： SIP单列直插封装 DIP双列直插封装 PLCC塑料引线芯片载体封装 PQFP塑料四方扁平封装 SOP 小尺寸封装TSOP薄型小尺寸封装PPGA 塑料针状栅格阵列封装PBGA 塑料球栅阵列封装CSP 芯片级封装(2) 元器件封装编号编号原则：元器件类型+引脚间隔 （或引脚数）+元器件外形尺寸例如 AXIAL-0.3 DIP14 RAD0.1 RB7
4、.6-15 等。（3）常见元器件封装电阻类 一般电阻AXIAL-,其中表示元件引脚间的间隔 ；可变电阻类元件封装的编号为VR, 其中表示元件的类别。电容类 非极性电容 编号RAD,其中表示元件引脚间的间隔 。 极性电容 编号RB-，表示元件引脚间的间隔 ，表示元件的直径。二极管类 编号DIODE-,其中表示元件引脚间的间隔 。晶体管类 器件封装的形式多种多样。集成电路类 SIP单列直插封装DIP双列直插封装PLCC塑料引线芯片载体封装PQFP塑料四方扁平封装SOP 小尺寸封装TSOP薄型小尺寸封装PPGA 塑料针状栅格阵列封装PBGA 塑料球栅阵列封装CSP 芯片级封装3. 铜膜导线 是指PC
5、B上各个元器件上起电气导通作用的连线，它是PCB设计中最重要的部分。对于印制电路板的铜膜导线来说，导线宽度与导线间距是衡量铜膜导线的重要指标，这两个方面的尺寸是否合理将干脆影响元器件之间能否实现电路的正确连接关系。印制电路板走线的原则：走线长度：尽量走短线，特别对小信号电路来讲，线越短电阻越小，干扰越小。走线形态：同一层上的信号线变更方向时应当走135的斜线或弧形，避开90的拐角。走线宽度与走线间距：在PCB设计中，网络性质一样的印制板线条的宽度要求尽量一样，这样有利于阻抗匹配。走线宽度 通常信号线宽为： 0.20.3mm，(10mil)电源线一般为1.22.5mm 在条件允许的范围内，尽量加
6、宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线电源线信号线焊盘、线、过孔的间距要求 PAD and VIA： 0.3mm（12mil）PAD and PAD： 0.3mm（12mil）PAD and TRACK： 0.3mm（12mil）TRACK and TRACK： 0.3mm（12mil）密度较高时：PAD and VIA： 0.254mm（10mil）PAD and PAD： 0.254mm（10mil）PAD and TRACK： 0.254mm（10mil）TRACK and TRACK： 0.254mm（10mil）4. 焊盘与过孔引脚的钻孔直径=引脚直径+（1030
7、mil）引脚的焊盘直径=钻孔直径+18milPCB布局原则1、 根据构造图设置板框尺寸，按构造要素布置安装孔、接插件等须要定位的器件，并给这些器件赐予不行挪动属性。 按工艺设计标准的要求进展尺寸标注。2. 根据构造图与消费加工时所须的夹持边设置印制板的制止布线区、制止布局区域。根据某些元件的特别要求，设置制止布线区。3. 综合考虑PCB性能与加工的效率选择加工流程。加工工艺的优选依次为：元件面单面贴装元件面贴、插混装（元件面插装焊接面贴装一次波峰成型）双面贴装元件面贴插混装、焊接面贴装。4、布局操作的根本原则A. 遵照“先大后小，先难后易”的布置原则，即重要的单元电路、核心元器件应当优先布局B
8、. 布局中应参考原理框图，根据单板的主信号流向规律支配主要元器件C. 布局应尽量满意以下要求:总的连线尽可能短，关键信号线最短;高电压、大电流信号与小电流，低电压的弱信号完全分开;模拟信号与数字信号分开；高频信号与低频信号分开；高频元器件的间隔要充分D. 一样构造电路部分，尽可能承受“对称式”标准布局；E. 根据匀整分布、重心平衡、版面美观的标准优化布局；F. 器件布局栅格的设置，一般IC器件布局时，栅格应为50-100 mil,小型外表安装器件，如外表贴装元件布局时，栅格设置应不少于25mil。G. 如有特别布局要求，应双方沟通后确定。5. 同类型插装元器件在X或Y方向上应朝一个方向放置。同
9、一种类型的有极性分立元件也要力争在X或Y方向上保持一样，便于消费与检验。6. 发热元件要一般应匀整分布，以利于单板与整机的散热，除温度检测元件以外的温度敏感器件应远离发热量大的元器件。7. 元器件的排列要便于调试与修理，亦即小元件四周不能放置大元件、需调试的元、器件四周要有足够的空间。8. 需用波峰焊工艺消费的单板，其紧固件安装孔与定位孔都应为非金属化孔。当安装孔须要接地时, 应承受分布接地小孔的方式与地平面连接。9. 焊接面的贴装元件承受波峰焊接消费工艺时，阻、容件轴向要与波峰焊传送方向垂直， 阻排及SOP（PIN间距大于等于1.27mm）元器件轴向与传送方向平行；PIN间距小于1.27mm
10、（50mil)的IC、SOJ、PLCC、QFP等有源元件避开用波峰焊焊接。10. BGA与相邻元件的间隔 5mm。其它贴片元件互相间的间隔 0.7mm；贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧间隔 大于2mm；有压接件的PCB，压接的接插件四周5mm内不能有插装元、器件，在焊接面其四周5mm内也不能有贴装元、器件。11. IC去耦电容的布局要尽量靠近IC的电源管脚，并使之与电源与地之间形成的回路最短。12. 元件布局时,应适当考虑运用同一种电源的器件尽量放在一起, 以便于将来的电源分隔。13. 用于阻抗匹配目的阻容器件的布局，要根据其属性合理布置。串联匹配电阻的布局要靠近该信号的驱动端，间隔 一
11、般不超过500mil。匹配电阻、电容的布局确定要分清信号的源端与终端，对于多负载的终端匹配确定要在信号的最远端匹配。14. 布局完成后打印出装配图供原理图设计者检查器件封装的正确性，并且确认单板、背板与接插件的信号对应关系，经确认无误前方可开场布线。布线布线是整个PCB设计中最重要的工序。这将干脆影响着PCB板的性能好坏。在PCB的设计过程中，布线一般有这么三种境界的划分：首先是布通，这时PCB设计时的最根本的要求。假设线路都没布通，搞得到处是飞线，那将是一块不合格的板子，可以说还没入门。其次是电器性能的满意。这是衡量一块印刷电路板是否合格的标准。这是在布通之后，细致调整布线，使其能到达最佳的
12、电器性能。接着是美观。假设你的布线布通了，也没有什么影响电器性能的地方，但是一眼看过去杂乱无章的，加上五彩缤纷、花花绿绿的，那就算你的电器性能怎么好，在别人眼里还是垃圾一块。这样给测试与修理带来极大的不便。布线要整齐划一，不能犬牙交织毫无章法。这些都要在保证电器性能与满意其他个别要求的状况下实现，否则就是舍本逐末了。布线时主要按以下原则进展：一般状况下，首先应对电源线与地线进展布线，以保证电路板的电气性能。在条件允许的范围内，尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线电源线信号线，通常信号线宽为：0.20.3mm，最细宽度可达0.050.07mm，电源线一般为1.22.5
13、mm。对数字电路的 PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来运用（模拟电路的地则不能这样运用） 预先对要求比拟严格的线（如高频线）进展布线，输入端与输出端的边线应避开相邻平行，以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行简洁产生寄生耦合。 振荡器外壳接地，时钟线要尽量短，且不能引得到处都是。时钟振荡电路下面、特别高速逻辑电路部分要加大地的面积，而不应当走其它信号线，以使四周电场趋近于零； 尽可能承受45的折线布线，不行运用90折线，以减小高频信号的辐射；（要求高的线还要用双弧线） 任何信号线都不要形成环路，如不行避开，环路应尽量小；信号线的过孔要尽量少； 关
14、键的线尽量短而粗，并在两边加上疼惜地。 通过扁平电缆传送敏感信号与噪声场带信号时，要用“地线-信号-地线”的方式引出。 关键信号应预留测试点，以便利消费与修理检测用原理图布线完成后，应对布线进展优化；同时，经初步网络检查与DRC检查无误后，对未布线区域进展地线填充，用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板，电源，地线各占用一层。 Alitum Designer的PCB板布线规则 对于PCB的设计， AD供应了详尽的10种不同的设计规则，这些设计规则则包括导线放置、导线布线方法、元件放置、布线规则、元件挪动与信号完好性等规则。根据这些规则， Prot
15、el DXP进展自动布局与自动布线。很大程度上，布线是否胜利与布线的质量的凹凸取决于设计规则的合理性，也依靠于用户的设计阅历。对于详细的电路可以承受不同的设计规则，假设是设计双面板，很多规则可以承受系统默认值，系统默认值就是对双面板进展布线的设置。 本章将对Protel DXP的布线规则进展讲解。6.1 设计规则设置进入设计规则设置对话框的方法是在PCB电路板编辑环境下，从Protel DXP的主菜单中执行菜单嘱咐Desing/Rules ，系统将弹出如图6-1所示的PCB Rules and Constraints Editor(PCB设计规则与约束 ) 对话框。图6-1 PCB设计规则与约
16、束对话框该对话框左侧显示的是设计规则的类型，共分10类。左边列出的是Desing Rules( 设计规则 ) ，其中包括Electrical （电气类型）、 Routing （布线类型）、 SMT （外表粘着元件类型）规则等等，右边则显示对应设计规则的设置属性。该对话框左下角有按钮Priorities ，单击该按钮，可以对同时存在的多个设计规则设置优先权的大小。对这些设计规则的根本操作有：新建规则、删除规则、导出与导入规则等。可以在左边任一类规则上右击鼠标，将会弹出如6-2所示的菜单。在该设计规则菜单中， New Rule是新建规则； Delete Rule是删除规则； Export Rule
17、s是将规则导出，将以 .rul为后缀名导出到文件中； Import Rules是从文件中导入规则； Report 选项，将当前规则以报告文件的方式给出。 图6 2设计规则菜单下面，将分别介绍各类设计规则的设置与运用方法。6.2 电气设计规则Electrical （电气设计）规则是设置电路板在布线时必需遵守，包括平安间隔 、短路允许等4个小方面设置。1 Clearance （平安间隔 ）选项区域设置平安间隔 设置的是PCB 电路板在布置铜膜导线时，元件焊盘与焊盘之间、焊盘与导线之间、导线与导线之间的最小的间隔 。下面以新建一个平安规则为例，简洁介绍平安间隔 的设置方法。（ 1 ）在Clearan
18、ce上右击鼠标，从弹出的快捷菜单中选择New Rule 选项，如图6-3所示。图6-3 新建规则系统将自动当前设计规则为准，生成名为Clearance_1的新设计规则，其设置对话框如图6-4所示。图6-4 新建Clearance_1设计规则（ 2 ）在Where the First object matches选项区域中选定一种电气类型。在这里选定Net单选项，同时在下拉菜单中选择在设定的任一网络名。在右边Full Query中出现InNet （ ）字样，其中括号里也会出现对应的网络名。（ 3 ）同样的在where the Second object matches选项区域中也选定Net单选项
19、，从下拉菜单中选择另外一个网络名。（ 4 ）在Constraints选项区域中的Minimum Clearance文本框里输入8mil 。这里Mil为英制单位， 1mil=10 -3 inch, linch= 2.54cm 。文中其他位置的mil也代表同样的长度单位。（ 5 ）单击Close按钮，将退出设置，系统自动保存更改。设计完成效果如图6-5所示。图6-5 设置最小间隔 2 Short Circuit （短路）选项区域设置短路设置就是否允许电路中有导线穿插短路。设置方法同上，系统默认不允许短路，即取消Allow Short Circuit复选项的选定，如图6- 6所示。图6-6 短路是否
20、允许设置3 Un-Routed Net （未布线网络）选项区域设置可以指定网络、检查网络布线是否胜利，假设不胜利，将保持用飞线连接。4 Un-connected Pin （未连接收脚）选项区域设置对指定的网络检查是否全部元件管脚都连线了。6.3 布线设计规则Routing （布线设计）规则主要有如下几种。1 Width （导线宽度）选项区域设置导线的宽度有三个值可以供设置，分别为Max width （最大宽度）、 Preferred Width （最佳宽度）、 Min width （最小宽度）三个值，如图6-7所示。系统对导线宽度的默认值为10mil ，单击每个项干脆输入数值进展更改。这里承受
21、系统默认值10mil设置导线宽度。图6 -7 设置导线宽度2. Routing Topology （布线拓扑）选项区域设置拓扑规则定义是承受的布线的拓扑逻辑约束。 Protel DXP中常用的布线约束为统计最短逻辑规则，用户可以根据详细设计选择不同的布线拓扑规则。 Protel DXP供应了以下几种布线拓扑规则。Shortest ( 最短 ) 规则设置最短规则设置如图6-8所示，从Topology下拉菜单中选择Shortest选项，该选项的定义是在布线时连接全部节点的连线最短规则。图6 -8 最短拓扑逻辑Horizontal （程度）规则设置程度规则设置如图6- 9所示，从Topoogy下拉菜
22、单中选择Horizontal选基。它承受连接节点的程度连线最短规则。图6-9 程度拓扑规则Vertical （垂直）规则设置垂直规则设置如图6-10所示，从Tolpoogy下拉菜单中选择Vertical选项。它采与是连接全部节点，在垂直方向连线最短规则。图 6-10 垂直拓扑规则Daisy Simple （简洁雏菊）规则设置简洁雏菊规则设置如图 6-11所示，从Tolpoogy下拉菜单中选择Daisy simple选项。它承受的是运用链式连通法则，从一点到另一点连通全部的节点，并使连线最短。图 6-11简洁雏菊规则Daisy-MidDriven （雏菊中点）规则设置雏菊中点规则设置如图6-12
23、所示，从Tolpoogy下拉菜单中选择Daisy_MidDiven选项。该规则选择一个Source （源点），以它为中心向左右连通全部的节点，并使连线最短。图 6-12雏菊中点规则Daisy Balanced （雏菊平衡）规则设置雏菊平衡规则设置如图6-13所示，从Tolpoogy下拉菜单中选择Daisy Balanced选项。它也选择一个源点，将全部的中间节点数目平均分成组，全部的组都连接在源点上，并使连线最短。图 6-13雏菊平衡规则Star Burst （星形）规则设置星形规则设置如图6-14所示，从Tolpoogy下拉菜单中选择Star Burst选项。该规则也是承受选择一个源点，以星
24、形方式去连接别的节点，并使连线最短。图 6-14 Star Burst （星形）规则3. Routing Rriority （布线优先级别）选项区域设置该规则用于设置布线的优先次序，设置的范围从0100 ，数值越大，优先级越高，如图6-15所示。图 6-15 布线优先级设置4. Routing Layers （布线图）选殴区域设置该规则设置布线板导的导线走线方法。包括顶层与底层布线层，共有32个布线层可以设置，如图6-16所示。图 6-16 布线层设置由于设计的是双层板，故Mid-Layer 1到Mid-Layer30都不存在的，该选项为灰色不能运用，只能运用Top Layer与Bottom
25、Layer两层。每层对应的右边为该层的布线走法。Prote DXP供应了11种布线走法，如图6 -17所示。图 6-17 11 种布线法各种布线方法为： Not Used该层不进展布线； Horizontal该层按程度方向布线 ;Vertical该层为垂直方向布线； Any该层可以随意方向布线； Clock该层为按一点钟方向布线； Clock该层为按两点钟方向布线； Clock该层为按四点钟方向布线； Clock该层为按五点钟方向布线； 45Up该层为向上45 方向布线、 45Down该层为向下 45 方法布线； Fan Out该层以扇形方式布线。对于系统默认的双面板状况，一面布线承受 Hor
26、izontal 方式另一面承受 Vertical 方式。5 Routing Corners （拐角）选项区域设置布线的拐角可以有45 拐角、 90 拐角与圆形拐角三种，如图618所示。图 618 拐角设置从Style上拉菜单栏中可以选择拐角的类型。如图6 16中Setback文本框用于设定拐角的长度。 To文本框用于设置拐角的大小。对于90 拐角如图619所示，圆形拐角设置如图620所示。图 619 90 拐角设置图 620 圆形拐角设置6 Routing Via Style （导孔）选项区域设置该规则设置用于设置布线中导孔的尺寸，其界面如图621所示。图 6 21 导孔设置可以调协的参数有导
27、孔的直径via Diameter与导孔中的通孔直径Via Hole Size ，包括Maximum （最大值）、 Minimum （最小值）与Preferred （最佳值）。设置时需留意导孔直径与通孔直径的差值不宜过小，否则将不宜于制板加工。适宜的差值在10mil以上。6.4 阻焊层设计规则Mask （阻焊层设计）规则用于设置焊盘到阻焊层的间隔 ，有如下几种规则。1 Solder Mask Expansion （阻焊层延长量）选项区域设置该规则用于设计从焊盘到阻碍焊层之间的延长间隔 。在电路板的制作时，阻焊层要预留一部分空间给焊盘。这个延长量就是防止阻焊层与焊盘相重叠，如图6 22所示系统默认
28、值为4mil,Expansion设置预为设置延长量的大小。图 6 22 阻焊层延长量设置2 Paste Mask Expansion （外表粘着元件延长量）选项区域设置该规则设置外表粘着元件的焊盘与焊锡层孔之间的间隔 ，如图6 23所示，图中的Expansion设置项为设置延长量的大小。图 6 23 外表粘着元件延长量设置6.5 内层设计规则Plane （内层设计）规则用于多层板设计中，有如下几种设置规则。1 Power Plane Connect Style （电源层连接方式）选项区域设置电源层连接方式规则用于设置导孔到电源层的连接，其设置界面如图6 24所示。图 6 24 电源层连接方式设
29、置图中共有5项设置项，分别是： Conner Style 下拉列表：用于设置电源层与导孔的连接风格。下拉列表中有 3 个选项可以选择： Relief Connect （发散状连接）、 Direct connect （干脆连接）与 No Connect （不连接）。工程制板中多承受发散状连接风格。 Condctor Width 文本框：用于设置导通的导线宽度。 Conductors 复选项：用于选择连通的导线的数目，可以有 2 条或者 4 条导线供选择。 Air-Gap 文本框：用于设置空隙的间隔的宽度。 Expansion 文本框：用于设置从导孔到空隙的间隔之间的间隔 。 2. Power P
30、lane Clearance （电源层平安间隔 ）选项区域设置该规则用于设置电源层与穿过它的导孔之间的平安间隔 ，即防止导线短路的最小间隔 ，设置界面如图6 25所示，系统默认值20mil。图 6 25 电源层平安间隔 设置3 Polygon Connect style （敷铜连接方式）选项区域设置该规则用于设置多边形敷铜与焊盘之间的连接方式，设置界面如图6 26所示。图 6 26 敷铜连接方式设置该设置对话框中Connect Style 、 Conductors与Conductor width的设置与Power Plane Connect Style选项设置意义一样，在此不同志赘述。最终可以
31、设定敷铜与焊盘之间的连接角度，有90angle(90 ) 与45Angle （ 45 ）角两种方式可选。6.6 测试点设计规则Testpiont （测试点设计）规则用于设计测试点的形态、用法等，有如下几项设置。1 Testpoint Style （测试点风格）选项区域设置该规则中可以指定测试点的大小与格点大小等，设置界面如图6 27所示。图 6 27 测试点风格设置该设置对话框有如下选项： Size文本框为测试点的大小， Hole Size文本框为测试点的导孔的大小，可以指定Min （最小值）、 Max （最大值）与 Preferred （最优值）。 Grid Size文本框：用于设置测试点的
32、网格大小。系统默认为1mil大小。 Allow testpoint under component 复选项：用于选择是否允许将测试点放置在元件下面。复选项Top 、 Bottom等选择可以将测试点放置在哪些层面上。 右边多项复选项设置所允许的测试点的放置层与放置次序。系统默认为全部规则都选中。2 Testpoint Usage （测试点用法）选项区域设置测试点用法设置的界面如图6 28所示。图 6 28 测试点用法设置该设置对话框有如下选项：Allow multiple testpoints on same net复选项：用于设置是否可以在同一网络上允很多个测试点存在。Testpoint 选项
33、区域中的单选项选择对测试点的处理，可以是Required ( 必需处理 ) 、 Invalid （无效的测试点）与 Dont care （可无视的测试点）。6.7 电路板制板规则Manufacturing （电路板制板）规则用于对电路板制板的设置，有如下几类设置：1. Minimum annular Ring （最小焊盘环宽）选项区域设置电路板制作时的最小焊盘宽度，即焊盘外直径与导孔直径之间的有效期值，系统默认值为10 mil。2 Acute Angle （导线夹角设置）选项区域设置对于两条铜膜导线的交角，不小于90 。3 Hole size （导孔直径设置）选项区域设置该规则用于设置导孔的内
34、直径大小。可以指定导孔的内直径的最大值与最小值。Measurement Method下拉列表中有两种选项： Absolute以确定尺寸来设计， Percent以相对的比例来设计。承受确定尺寸的导孔直径设置对话框如图6 29所示（以mil为单位）。图 6 29 导孔直径设置对话框4 Layers Pais （运用板层对）选项区域设置在设计多层板时，假设运用了盲导孔，就要在这里对板层对进展设置。对话框中的复选取项用于选择是否允许运用板层对（ layers pairs ）设置。本章中，对Protel DXP供应的10种布线规则进展了介绍，在设计规则中介绍了每条规则的功能与设置方法。这些规则的设置属于
35、电路设计中的较高级的技巧，它设计到很多算法的学问。驾驭这些规则的设置，就能设计出高质量的PCB电路。双面板布线技巧一 双面板布线技巧在当今猛烈竞争的电池供电市场中，由于本钱指标限制，设计人员经常运用双面板。尽管多层板(4层、6层及8层) 方案在尺寸、噪声与性能方面具有明显优势，本钱压力却促使工程师们重新考虑其布线策略，承受双面板。在本文中，我们将探讨自动布线功能的正确运用与错误运用，有无地平面时电流回路的设计谋略，以及对双面板元件布局的建议。自动布线的优缺点以及模拟电路布线的留意事项设计PCB 时，往往很想运用自动布线。通常，纯数字的电路板(尤其信号电平比拟低，电路密度比拟小时)承受自动布线是
36、没有问题的。但是，在设计模拟、混合信号或高速电路板时，假设承受布线软件的自动布线工具，可能会出现一些问题，甚至很可能带来严峻的电路性能问题。 例如，图1中显示了一个承受自动布线设计的双面板的顶层。此双面板的底层如图2所示，这些布线层的电路原理图如图3a与图3b所示。设计此混合信号电路板时，经细致考虑，将器件手工放在板上，以便将数字与模拟器件分开放置。承受这种布线方案时，有几个方面须要留意，但最费事的是接地。假设在顶层布地线，则顶层的器件都通过走线接地。器件还在底层接地，顶层与底层的地线通过电路板最右侧的过孔连接。当检查这种布线策略时，首先觉察的弊端是存在多个地环路。另外，还会觉察底层的地线返回
37、途径被程度信号线隔断了。这种接地方案的可取之处是，模拟器件(12位A/D转换器MCP3202与2.5V参考电压源MCP4125)放在电路板的最右侧，这种布局确保了这些模拟芯片下面不会有数字地信号经过。图3a与图3b所示电路的手工布线如图4、图5所示。在手工布线时，为确保正的确现电路，须要遵循一些通用的设计准则：尽量承受地平面作为电流回路；将模拟地平面与数字地平面分开；假设地平面被信号走线隔断，为降低对地电流回路的干扰，应使信号走线与地平面垂直；模拟电路尽量靠近电路板边缘放置，数字电路尽量靠近电源连接端放置，这样做可以降低由数字开关引起的di/dt效应。这两种双面板都在底层布有地平面，这种做法是
38、为了便利工程师解决问题，使其可快速明了电路板的布线。厂商的演示板与评估板通常承受这种布线策略。但是，更为普遍的做法是将地平面布在电路板顶层，以降低电磁干扰。图 1 承受自动布线为图3所示电路原理图设计的电路板的顶层图 2 承受自动布线为图3所示电路原理图设计的电路板的底层图 3a 图1、图2、图4与图5中布线的电路原理图图 3b 图1、图2、图4与图5中布线的模拟部分电路原理图有无地平面时的电流回路设计对于电流回路，须要留意如下根本领项：1. 假设运用走线，应将其尽量加粗。PCB上的接地连接如要考虑走线时，设计应将走线尽量加粗。这是一个好的阅历法则，但要知道，接地线的最小宽度是从今点到末端的有
39、效宽度，此处“末端”指间隔 电源连接端最远的点。 2. 应避开地环路。3. 假设不能承受地平面，应承受星形连接策略 (见图6)。通过这种方法，地电流独立返回电源连接端。图6中，留意到并非全部器件都有自己的回路，U1与U2是共用回路的。如遵循以下第4条与第5条准则，是可以这样做的。4. 数字电流不应流经模拟器件。数字器件开关时，回路中的数字电流相当大，但只是瞬时的，这种现象是由地线的有效感抗与阻抗引起的。对于地平面或接地走线的感抗部分，计算公式为V = Ldi/dt，其中V是产生的电压，L是地平面或接地走线的感抗，di是数字器件的电流变更，dt是持续时间。对地线阻抗部分的影响，其计算公式为V=
40、RI, 其中，V是产生的电压，R是地平面或接地走线的阻抗，I是由数字器件引起的电流变更。经过模拟器件的地平面或接地走线上的这些电压变更，将变更信号链中信号与地之间的关系(即信号的对地电压)。5. 高速电流不应流经低速器件。与上述类似，高速电路的地返回信号也会造成地平面的电压发生变更。此干扰的计算公式与上述一样，对于地平面或接地走线的感抗，V = Ldi/dt ；对于地平面或接地走线的阻抗，V = RI 。与数字电流一样，高速电路的地平面或接地走线经过模拟器件时，地线上的电压变更会变更信号链中信号与地之间的关系。图 4 承受手工走线为图3所示电路原理图设计的电路板的顶层图 5 承受手工走线为图3
41、所示电路原理图设计的电路板的底层图 6 假设不能承受地平面，可以承受“星形”布线策略来处理电流回路图 7 分隔开的地平面有时比连续的地平面有效，图b)接地布线策略比图a) 的接地策略志向6. 不管运用何种技术，接地回路必需设计为最小阻抗与容抗。7. 如运用地平面，分隔开地平面可能改善或降低电路性能，因此要慎重运用。分开模拟与数字地平面的有效方法如图7所示。图 7中，精细模拟电路更靠近接插件，但是与数字网络与电源电路的开关电流隔分开了。这是分隔开接地回路的特别有效的方法，我们在前面探讨的图4与图5的布线也承受了这种技术。二、工程领域中的数字设计人员与数字电路板设计专家在不断增加，这反映了行业的开
42、展趋势。尽管对数字设计的重视带来了电子产品的重大开展，但照旧存在，而且还会始终存在一部分与模拟或现实环境接口的电路设计。模拟与数字领域的布线策略有一些类似之处，但要获得更好的结果时，由于其布线策略不同，简洁电路布线设计就不再是最优方案了。本文就旁路电容、电源、地线设计、电压误差与由PCB布线引起的电磁干扰 (EMI)等几个方面，探讨模拟与数字布线的根本相像之处及差异。 模拟与数字布线策略的相像之处旁路或去耦电容在布线时，模拟器件与数字器件都须要这些类型的电容，都须要靠近其电源引脚连接一个电容，此电容值通常为0.1uF。系统供电电源侧须要另一类电容，通常此电容值大约为10uF。这些电容的位置如图
43、1所示。电容取值范围为举荐值的1/10至10倍之间。但引脚须较短，且要尽量靠近器件(对于0.1uF电容)或供电电源(对于10uF电容)。在电路板上加旁路或去耦电容，以及这些电容在板上的位置，对于数字与模拟设计来说都属于常识。但好玩的是，其缘由却有所不同。在模拟布线设计中，旁路电容通常用于旁路电源上的高频信号，假设不加旁路电容，这些高频信号可能通过电源引脚进入敏感的模拟芯片。一般来说，这些高频信号的频率超出模拟器件抑制高频信号的实力。假设在模拟电路中不运用旁路电容的话，就可能在信号途径上引入噪声，更严峻的状况甚至会引起振动。图 1 在模拟与数字PCB设计中，旁路或去耦电容(1uF)应尽量靠近器件
44、放置。供电电源去耦电容(10uF)应放置在电路板的电源线入口处。全部状况下，这些电容的引脚都应较短图 2 在此电路板上，运用不同的路途来布电源线与地线，由于这种不恰当的协作，电路板的电子元器件与线路受电磁干扰的可能性比拟大图3 在此单面板中，到电路板上器件的电源线与地线彼此靠近。此电路板中电源线与地线的协作比图2中恰当。电路板中电子元器件与线路受电磁干扰(EMI)的可能性降低了679/12.8倍或约54倍对于限制器与处理器这样的数字器件，同样须要去耦电容，但缘由不同。这些电容的一个功能是用作 “微型”电荷库。在数字电路中，执行门状态的切换通常须要很大的电流。由于开关时芯片上产生开关瞬态电流并流
45、经电路板，有额外的“备用”电荷是有利的。假设执行开关动作时没有足够的电荷，会造成电源电压发生很大变更。电压变更太大，会导致数字信号电平进入不确定状态，并很可能引起数字器件中的状态机错误运行。流经电路板走线的开关电流将引起电压发生变更，电路板走线存在寄生电感，可承受如下公式计算电压的变更：V = LdI/dt其中，V = 电压的变更；L = 电路板走线感抗；dI = 流经走线的电流变更；dt =电流变更的时间。因此，基于多种缘由，在供电电源处或有源器件的电源引脚处施加旁路(或去耦)电容是较好的做法。电源线与地线要布在一起电源线与地线的位置良好协作，可以降低电磁干扰的可能性。假设电源线与地线协作不
46、当，会设计出系统环路，并很可能会产生噪声。电源线与地线协作不当的PCB设计示例如图2所示。此电路板上，设计出的环路面积为697cm2。承受图3所示的方法，电路板上或电路板外的辐射噪声在环路中感应电压的可能性可大为降低。模拟与数字领域布线策略的不同之处地平面是个难题电路板布线的根本学问既适用于模拟电路，也适用于数字电路。一个根本的阅历准则是运用不连续的地平面，这一常识降低了数字电路中的dI/dt(电流随时间的变更)效应，这一效应会变更地的电势并会使噪声进入模拟电路。数字与模拟电路的布线技巧根本一样，但有一点除外。对于模拟电路，还有另外一点须要留意，就是要将数字信号线与地平面中的回路尽量远离模拟电路。这一点可以通过如下做法来实现：将模拟地平面单独连接到系统地连接端，或者将模拟电路放置在电路板的最远端，也就是线路的末端。这样做是为了保持信号途径所受到的外部干扰最小。对于数字电路就不须要这样做，数字电路可容忍地平面上的大量噪声，而不会出现问题。图 4 (a)将数字开关动作与模拟电路隔离，将电路的数字与模拟局部分开。 (b) 要尽可能将高频与低频分开，高频元件要靠近电路板的接插件图5 在PCB上布两条靠近的走线，很简洁形成寄生电容。由于这种电容的存在，在一条走线上的快速电压变更，可在另一条走线上产生电流信号图 6 假设不留意走线的放置，PCB中的走线可能产生线路感抗与互感。这种寄生电感