第2章 PCB设计基本知识.pdf

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1、1 第2章 PCB 设计基本知识 PCB 是英文 Printed Circuie Board 印制电路板的简称。通常把在绝缘材料上，按预定设计，制成印制线路、印制元件或两者组合而成的导电图形称为印制电路。而在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形，称为印制线路。把印制电路或印制线路的成品板称为印制线路板，亦称为印制板或印制电路板。PCB 提供集成电路等各种电子元器件固定装配的平台，实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接。鉴于 PCB 设计的好坏对抗干扰能力影响很大，因此，PCB 的设计除必须遵守一般原则之外，还应符合抗干扰设计与电磁兼容性的要求。2.1 PCB 设计流程 电路板的

2、设计从设计绘制原理图开始，然后形成网络表，导入电路板设计环境，进行 PCB 设计。主要分为数据输入、规则设置、布局、布线、检查、输出六大步骤。2.1.1 数据输入 设计完成电路原理图后，可以通过以下两种方法把电路图的数据加载到电路板。1在电路图环境转移数据 在电路图设计环境下，执行菜单命令【Design】|【Update PCB Document PCB1.PcbDoc】，如图 2-1 所示，即可将电路数据加载到电路板。图 2-1 原理图环境下转移数据 2在电路板环境转移数据 在电路板编辑环境下，若要把电路图中的数据加载到电路板，执行菜单命令【Design】|【Import Changes F

3、rom Ch1.PrjPcb】，如图 2-2 所示，即可将电路数据加载到电路板。2 图 2-2 电路板环境下转移数据 使用上述两种方法中的任何一种，都会打开相同的对话框，如图 2-3 所示。图 2-3 数据加载对话框【Validate Changes】按钮的功能是验证数据更新的正确性，也就是数据能否顺利加载到电路板。单击该按钮后，程序将依次验证每个加载的操作，如果没有问题，则在 Check 栏里打勾（绿色），否则是叉（红色）。【Execute Changes】按钮的功能是是执行数据 更新的操作，单击此按钮后，程序将依次执行每个加载的操作，加载成功在 Done 栏里打勾（绿色），否则打叉（红色）

4、。2.1.2 规则设置 在电路板设计上，通过对规则的设置来约束电路板上的布线或者布局，确保电路板的设计与制造能够顺利进行。Altium Designer 提供的设计规则非常齐全，用户可以很方便的对设计规则进行设置。执行菜单命令【Design】【Rules】，打开设计规则与约束对话框，如图 2-4 所示。3 图 2-4 规则设置 规则设置分为 10 类：【Electrical】（电气类）、【Routing】（布线类）、【SMT】、【Mask】（掩膜）、【plane】（平面）、【Testpoint】（测试点）、【Manufacturing】（制造）、【High Speed】（高速）、【Placem

5、ent】（布置）、【Signal Integrity】（信号完整性）。1电气规则 电气类包括：【Clearance】（间隔）、【Short-Circuit】（短路）、【Un-Routed Net】（未布线网络）和【Un-Connected Pin】（未连接引脚）四部分。（1）【Clearance】【Clearance】（间隔）是设定电气图件的安全间距。在图 2-4 所示的对话框，单击【Electrical】【Clearance】选项，打开安全间隔对话框，如图 2-5 所示。4 图 2-5 间隔设置 （2）【Short-Circuit】【Short-Circuit】（短路）是设定允许短路的线路。

6、单击【Electrical】【Short-Circuit】选项，打开短路设置对话框，如图 2-6 所示。图 2-6 短路设置 （3）【Un-Routed Net】【Un-Routed Net】（未布线网络）是找出未完成布线的网络。单击【Electrical】5【Un-Routed Net】选项，打开未布线网络对话框，如图 2-7 所示。图 2-7 未布线设置 （4）【Un-Connected Pin】【Un-Connected Pin】（未连接引脚）是找出未连接的引脚。单击【Electrical】【Un-Connected Net】选项，如图 2-8 所示。图 2-8 未连接引脚设置 6 2布

7、线规则【Routing】（布线类）设计规则包括：【Width】（宽度）、【Routing Topology】（布线拓扑）、【Routing Priority】（布线优先级）、【Routing Layers】（布线层）、【Routing Corner】（布线拐角）、【Routing Via Style】（布线的过孔样式）、【Fanout Control】（扇出控制）七项内容。如图 2-9 所示。图 2-9 布线类设置(1)【Width】【Width】(宽度)设定布线时的宽度。单击【Routing】【Width】选项，打开不写宽度对话框，如图 2-10 所示。图 2-10 宽度设置(2)【Rout

8、ing Topology】【Routing Topology】（布线拓扑）设定布线时的布线模式。单击【Routing】【Routing Topology】选项，打开布线模式对话框，如图 2-11 所示。7 图 2-11 布线拓扑设置(3)【Routing Priority】【Routing Priority】（布线优先级）是设定布线时的优先等级，0 是最低，100为最高。单击【Routing】【Routing Priority】选项，打开布线优先等级对话框，如图 2-12 所示。图 2-12 布线优先级设置 (4)【Routing Layers】【Routing Layers】（布线层）设定布

9、线层，也就是在什么层上布线。单击【Routing】【Routing Layers】选项，打开布线层对话框，如图 2-13 所示。8 图 2-13 布线层设置(5)【Routing Corners】【Routing Corners】（布线拐角）设定布线样式，也就是在自动布线时将采用的转角样式。单击【Routing】【Routing Corner】选项，打开布线样式对话框，如图 2-14 所示。图 2-14 布线拐角设置(6)【Routing Via Style】【Routing Via Style】（布线的过孔样式）设定布线时的过孔样式。单击【Routing】【Routing Via Style

10、】选项，打开过孔样式对话框，如图 2-15 所示。9 图 2-15 布线过孔设置(7)【Fanout Control】【Fanout Control】（扇出控制）针对 SMD 组件的引脚连接方式的控制，也就是扇出式的引接。单击【Routing】【Fanout Control】选项，打开扇出控制对话框，如图 2-16 所示。图 2-16 扇出控制设置 3SMT 规则【SMT】表面粘贴设计规则包括：【SMD To Corner】（SMD 到弯角）、【SMD To Plane】（SMD 到平面）、【SMD To Neck-Down】（SMD 到瓶颈）。（1）【SMD To Corner】10【SMD

11、 To Corner】（SMD 到弯角）设定从 SMD 焊盘引接出来，经过多远的距离后，该引接线才可以转弯。单击【SMT】【SMD To Corner】选项，打开 SMD 到弯角的对话框，如图 2-17 所示。图 2-17 SMD 到拐角设置（2）【SMD To Plane】【SMD To Plane】（SMD 到平面）设定从 SMD 焊盘连接到焊盘的距离不得大于此距离。单击【SMT】【SMD To Plane】，打开 SMD 到平面对话框，如图2-18 所示。图 2-18 （3)【SMD To Neck-Down】【SMD To Neck-Down】（SMD 到瓶颈）设定连接 SMD 焊盘的

12、布线宽度与焊盘宽度之比。单击【SMT】【SMD To Neck-Down】，打开 SMD 到瓶颈对话框，如图 2-19 所示。11 图 2-19 SMD 到瓶颈设置 4掩膜规则 掩膜（Mask）包括：【Solder Mask Expansion】（助焊膜扩张量）、【Paste MaskExpansion】（阻焊膜扩张量）。（1）【Solder Mask Expansion】【Solder Mask Expansion】（助焊膜扩张量）设定防焊层的延伸量，也就是绿漆与焊盘的间距。单击【Mask】【Solder Mask Expansion】，打开助焊膜扩张量对话框，如图 2-20 所示。图 2-

13、21 助焊膜扩张量设置 （2）【Paste MaskExpansion】【Paste MaskExpansion】（阻焊膜扩张量）设定锡膏层的延伸量，也就是锡膏内缩于 SMD 焊盘的间距。单击【Mask】【Paste Mask Expansion】，打开阻焊12 膜扩张量对话框，如图 2-22 所示。图 2-22 阻焊膜扩张量设置 5平面规则【plane】（平面）包括：【Power Plane Connect Style】（电源层连接模式）、【Power Plane Clearance】（电源层间隙）和【Polygon Connect Style】（多边形覆铜连接样式）。(1)【Power P

14、lane Connect Style】【Power Plane Connect Style】（电源层连接模式）设定电源层与焊盘的连接样式，单击【Plane】【Power Plane Connect Style】，打开电源层连接模式对话框，如图 2-23 所示。图 2-23 电源层连接设置(2)【Power Plane Clearance】【Power Plane Clearance】（电源层间隙）设定电源层与焊盘的安全间距。单击【Plane】【Power Plane Clearance】，打开电源层安全间距对话框，如图 2-2413 所示。图 2-24 电源层间隙设置(3)【Polygon C

15、onnect Style】【Polygon Connect Style】（多边形覆铜连接样式）设定铺路与焊盘的连接样式。单击【Plane】【Polygon Connect Style】，打开覆铜连接样式对话框，如图2-25 所示。图 2-25 多边形覆铜连接设置 6测试点规则【Testpoint】（测试点）包括：【Testpoint Style】(测试点样式)和【Testpoint Usage】（测试点用法）两项。(1)【Testpoint Style】【Testpoint Style】(测试点样式)设定电路板上的测试点大小和测试点的钻孔14 直径。单击【Testpoint】【Testpoin

16、t Style】，打开测试点样式对话框，如图 2-26所示。图 2-26 测试点设置 (2)【Testpoint Usage】【Testpoint Usage】（测试点用法）设定测试点的用法。单击【Testpoint】【Testpoint Style】，打开测试点用法对话框，如图 2-27 所示。图 2-27 测试点用法设置 7.制造规则【Manufacturing】（制造）包括：【Minimum Annular Ring】（最小环孔）、【Acute Angle】（锐角）、【Hole Size】（孔径）以及【Layer Pairs】（层配对）四项。15（1）【Minimum Annular R

17、ing】【Minimum Annular Ring】（最小环孔）设定在电路板上焊盘的最小环宽限制。单击【Manufacturing】【Minimum Annular Ring】，打开最小环孔对话框，如图 2-28 所示。图 2-28 最小环孔设置（2）【Acute Angle】【Acute Angle】（锐角）设定布线转弯的最小角度约束。单击【Manufacturing】【Acute Angle】，打开锐角对话框，如图 2-29 所示。图 2-29 锐角设置（3）【Hole Size】16【Hole Size】（孔径）设定钻孔尺寸的大小。单击【Manufacturing】【Hole Size】

18、，打开钻孔直径设置对话框，如图 2-30 所示。（4）【Layer Pairs】【Layer Pairs】（层配对）设定层对约束，层对的设定将影响到多层板的制造。单击【Manufacturing】【Layer Pairs】，打开层配对对话框，如图 2-31 所示。图 2-30 孔径设置 图 2-31 层配对设置 8 高速规则【High Speed】（高速）包括：【Parallel Segment】（平行线段）、【Length】（长度）、【Matched Net Lengths】（匹配网络长度）、【Daisy Chain Stub Length】（菊花链支线长度）、【Vias Under SMD

19、】（SMD 下的过孔）以及【Maximum Via Count】（最大过孔数）6 项。如图 2-32 所示。图 2-32 高速设置（1）【Parallel Segment】【Parallel Segment】（平行线段）设定在平行布线的间距约束。单击【High Speed】【Parallel Segment】，打开平行线段对话框，如图 2-33 所示。17 图 2-33 平行线段设置（2）【Length】【Length】（长度）设定在平行布线的长度约束。单击【High Speed】【Length】，打开长度对话框，左边指定布线最长长度限制，右边指定布线最短长度约束，如图 2-33 所示。图 2

20、-34 长度设置（3）【Matched Net Lengths】【Matched Net Lengths】（匹配网络长度）设定在等长布线的样式。单击【High Speed】【Matched Net Lengths】，打开等长布线样式对话框，如图 2-35 所示。18 图 2-35 网路长度匹配 （4）【Daisy Chain Stub Length】【Daisy Chain Stub Length】（菊花链支线长度）设定从菊状走线分叉出来的布线长度约束。单击【High Speed】【Daisy Chain Stub Length】，打开菊花链支线长度对话框，如图 2-36 所示。图 2-36

21、菊花链支线长度设置（5）【Vias Under SMD】【Vias Under SMD】（SMD 下的过孔）设定在 SMD 焊盘下的过孔约束。单19 击【High Speed】【Vias Under SMD】,打开 SMD 下的过孔对话框，如图 2-37所示。【Allow Vias under SMD Pads】选中则 SMD 焊盘下可以设置过孔，否则不允许设置过孔。图 2-37 过孔设置（6）【Maximum Via Count】【Maximum Via Count】（最大过孔数）设定在布线时过孔数量约束。单击【High Speed】【Maximum Via Count】，打开最大过孔数对话

22、框，如图 2-38 所示。图 2-38 过孔数量设置 9布置规则 20【Placement】（布置）包括：【Room Definition】（定义布局空间）、【Commonent Clearance】（元件间隔）、【Component Orientation】（元件方向）、【Permitted Layers】（允许的层）、【Net To Ignore】（忽略的层）、【Height】（高度）六项，如图 2-39所示。图 2-39 布置设置（1）【Room Definition】【Room Definition】（定义布局空间）设定元件布局空间。单击【Placement】【Room Definit

23、ion】，打开布局空间对话框，如图 2-40 所示。图 2-40 布局空间设置（2）【Commonent Clearance】【Commonent Clearance】（元件间隔）设定元件间隔距离。单击【Placement】【Room Definition】，打开元件间隔对话框，如图 2-41 所示。21 图 2-41 元件间隔设置（3）【Component Orientation】【Component Orientation】（元件方向）设定元件的方向。单击【Placement】【Component Orientation】，打开元件方向对话框，如图 2-42 所示。图 2-42 元件方向设

24、置（4）【Permitted Layers】【Permitted Layers】（允许的层）设定元件放置的板层。单击【Placement】【Permitted Layers】，打开允许的层对话框，如图 2-43 所示。22 图 2-43 允许层设置（5）【Net To Ignore】【Net To Ignore】（忽略的层）设定可忽略的网络。单击【Placement】【Permitted Layers】，打开忽略的层对话框，如图 2-44 所示。图 2-44 忽略层设置（6）【Height】【Height】（高度）设定元件的高度。单击【Placement】【Height】，打开高度对话框，如图

25、 2-45 所示。23 图 2-45 高度设置 10信号完整性【Signal Integrity】（信号完整性）包括：【Signal Stimulus】（信号激励）、【Overshoot-Falling Edge】（过冲-下降沿）、【Overshoot-Rising Edge】（过冲-上升沿）、【Undershoot-Falling Edge】（反冲-下降沿）、【Undershoot-Falling Edge】（反冲-上升沿）、【Impedance】（阻抗）、【Signal Top Value】（信号峰值）、【Signal Base Value】（信号基值）、【Flignt Time-Risi

26、ng Edge】（延迟时间-上升沿）、【Flight Time-Falling Edge】（延迟时间-下降沿）、【Slope Time-Rising Edge】（斜率-上升沿）、【Slope Time-Falling Edge】（斜率-下降沿）、【Supply Nets】（电源网络）13 项设计规则。如图 2-46 所示。图 2-46 信号完整性设置（1）【Signal Stimulus】24【Signal Stimulus】（信号激励）设定激励信号，供电路板信号完整性分析。单击【Signal Integrity】【Signal Stimulus】，打开信号激励对话框，如图 2-47所示。图

27、2-47 信号激励设置 （2）【Overshoot-Falling Edge】【Overshoot-Falling Edge】（过冲-下降沿）设定下降沿过冲电压的限制。单击【Signal Integrity】【Overshoot-Falling Edge】，打开过冲下降沿对话框，如图2-48 所示。图 2-48 过冲下降沿设置 25（3）【Overshoot-Rising Edge】【Overshoot-Rising Edge】（过冲-上升沿）设定上升沿边缘过冲电压的限制。单击【Signal Integrity】【Overshoot-Rising Edge】，打开过冲上升沿对话框，如图 2-4

28、9 所示。图 2-49 过冲上升沿设置(4)【Undershoot-Falling Edge】【Undershoot-Falling Edge】（反冲-下降沿）设定下降沿边缘回弹电压的限制。单击【Signal Integrity】【Undershoot-Falling Edge】，打开反冲下降沿对话框，如图 2-50 所示。图 2-50 反冲下降沿设置 26(5)【Undershoot-Rising Edge】【Undershoot-Rising Edge】（反冲-上升沿）设定上升沿边缘回弹电压的限制。单击【Signal Integrity】【Overshoot-Rising Edge】，打开

29、反冲上升沿对话框，如图 2-51 所示。图 2-51 反冲上升沿设置 (6)【Impedance】【Impedance】（阻抗）设定阻抗的限制。单击【Signal Integrity】【Impedance】，打开阻抗对话框，如图 2-52 所示。27 图 2-52 阻抗设置(7)【Signal Top Value】【Signal Top Value】（信号峰值）设定最低的高电平电压限制。单击【Signal Integrity】【Signal Top Value】，打开信号峰值对话框，如图 2-53 所示。图 2-53 信号峰值设置(8)【Signal Base Value】【Signal Ba

30、se Value】（信号基值）设定最高的低电平电压限制。单击【Signal Integrity】【Signal Base Value】，打开信号基值对话框，如图 2-54 所示。图 2-54 信号基值设置 28(9)【Flignt Time-Rising Edge】【Flignt Time-Rising Edge】（延迟时间-上升沿）设定上升沿边缘传输延迟时间的限制。单击【Signal Integrity】【Flignt Time-Rising Edge】，打开延迟时间上升沿对话框，如图 2-55 所示。图 2-55 延迟时间上升沿设置(10)【Flight Time-Falling Edge

31、】【Flight Time-Falling Edge】（延迟时间-下降沿）设定下降沿边缘传输延迟时间的限制。单击【Signal Integrity】【Flignt Time-Falling Edge】，打开延迟时间下降沿对话框，如图 2-56 设置。图 2-56 延迟时间下降沿设置(11)【Slope Time-Rising Edge】29【Slope Time-Rising Edge】（斜率-上升沿）设定上升沿边缘反应时间的限制。单击【Signal Integrity】【Slope Time-Rising Edge】，打开斜率上升沿对话框，如图 2-57 所示。图 2-57 斜率上升沿设置(

32、12)【Slope Time-Falling Edge】【Slope Time-Falling Edge】（斜率-下降沿）设定下降沿边缘反应时间的限制。单击【Signal Integrity】【Slope Time-Falling Edge】，打开斜率下降沿对话框，如图 2-58 所示。图 2-58 斜率下降沿设置(13)【Supply Nets】30【Supply Nets】（电源网络）设定电源电压。单击【Signal Integrity】【Supply Nets】，打开电源网络对话框，如图 2-59 所示。图 2-59 电源网络设置 2.1.3 布局 在电路板设计环境下，元件加载到电路板上

33、，依次排列在电路板框旁边，如图 2-60 所示。图 2-60 加载元件 布局有自动布局和手动布局两种。在自动布局下，启动菜单命令【Tool】【Component Placement】【Arrange Within Room】，程序将在布局空间内进行布局。如图 2-61 所示。31 图 2-61 布局设置 2.1.4 布线 布线的方式也有两种，手工布线和自动布线。PCB 提供的布线功能十分强大，包括智能布线器、差分对布线器和总线走线的多重布线器。通常这两种方法配合使用，常用的步骤是手工自动手工。在进行自动布线前，先进行布线规则的设置，执行菜单命令【Auto Route】（自动布线）【Setup】

34、，打开自动布线设置对话框，如图 2-62 所示。图 2-62 布线设置 包括两个区域，分别是【Routing Setup Report】(布线设置报告)和【Routing 32 Strategy】（布线策略）。1.布线设置报告【Routing Setup Report】(布线设置报告)功能是展示以及设计与自动布线有关的设计规则。第一标题【Errors and Warnings】列出错误以及警告的信息，若还没有进行布线，将不会出现此标题。第二标题【Report Contents】列出所有相关设计规则的内容。2.布线策略【Routing Strategy】（布线策略）可进行布线策略的管理，其中【A

35、vailable Routing Strategies】区域，根据不同的布线需求，列出了六种程序提供的布线策略。设置完毕进行自动布线的应用，自动布线的命令在【Auto Route】菜单里，执行不同的命令便可以进行自动布线。如图 2-63 所示。图 2-63 自动布线设置 2.1.5 检查 检查的项目有电气关系、布线、SMT、测试点、制造、高速规则（High Speed）和电源层（Plane），如果设置了高速规则，必须检查，否则可以跳过这一项。检查出错误，必须修改布局和布线。执行菜单命令【Tools】【Design Rule Check】，打开如下对话框。如图 2-64 所示。点【Run Des

36、ign Rule Check】按钮，执行规则的检查。33 图 2-64 检查设置 2.1.6 报表输出 报表命令都在【Repots】命令下，如图 2-65 所示。图 2-65 报表输出 2.2 PCB 布局 首先，要考虑 PCB 的尺寸大小。PCB 尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。在确定 PCB 尺寸后再确定特殊元件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。2.2.1 特殊元件布局原则 特殊元件的布局主要遵循以下七个原则：1.非安装孔和安装孔 定位孔、标准孔等非安装孔周围 1.27mm 内不得贴装元器件，螺

37、钉。安装孔周围 3.5mm（对于 M2.5）、4mm（对于 M3）内不得贴装元器件。34 2.元件和过孔 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。3.元器件和电路板板框 元器件的外侧距板边的距离为 5mm，贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于 2mm。定位孔、紧固件安装孔、椭圆孔及板中其他方孔外侧距板边的尺寸大于 3mm。4.金属外壳元器件和发热器件 金属壳体元器件和金属件（屏蔽盒等）不能与其他元器件相碰，不能紧贴印制线、焊盘，其间距应大于 2mm。发热元件不能紧邻导线和热敏元件；高热器件要均衡分布。5.电源插座 电源插座要尽量布置在印

38、制板的四周，电源插座与其相连的汇流条接线端应布置在同侧。特别应注意不要把电源插座及其他焊接连接器布置在连接器之间，以利于这些插座、连接器的焊接及电源线缆设计和扎线。电源插座及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插拔。6.IC 元件 所有 IC 元件单边对齐，有极性元件极性标示明确，同一印制板上极性标示不得多于两个方向，出现两个方向时，两个方向互相垂直。7.走线 尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。2.2.2 电路的功能单元布局原则 按照电路的功能模块来进行布局，主要遵循下列 4 个原则：1.就

39、近原则 按电路模块进行布局，实现同一功能的相关电路称为一个模块，电路模块中的元件应采用就近集中原则，同时数字电路和模拟电路分开。2.便于信号流通原则 按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。3.核心器件原则 以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在 PCB 上尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。4.平行排列原则 35 在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样，不但美观而且装焊容易易于批量生产。2.2.3 布局的检查 元器件布局完成后，对布局的效果进行检

40、查，主要考虑以下要求：如表 2-1所示。表 2-1 布局检查内容 序号 内容 1 元件布局是否疏密有序，排列整齐？是否全部布完？2 元件在二维、三维空间上有无冲突？3 印制板尺寸是否与加工图纸尺寸相符？能否符合PCB制造工艺要 求？有无定位标记？4 热敏元件与发热元件之间是否有适当的距离？在需要散热的地方，装了散热器没有？空气流通是否通畅？5 需经常更换的元件能否方便的更换？插件板插入设备是否方便？调整可调元件是否方便？6 信号流程是否顺畅且互连最短？7 插头、插座等与机械设计是否矛盾？8 线路的干扰问题是否有所考虑？23 PCB 走线 在整个 PCB 中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细，

41、工作量最大。PCB布线有单面布线、双面布线及多层布线。布线的方式也有两种：自动布线及交互式布线，在自动布线之前，可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行，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，平行容易产生寄生耦合。自动布线的布通率，依赖于良好的布局，布线规则可以预先设定，包括走线的弯曲次数、导通孔的数目、步进的数目等。一般先进行探索式布线，快速地把短线连通，然后进行迷宫式布线，先把要布的连线进行全局的布线路径优化，它可以根据需要断开已布的线。并试着重新再布线，以改进总体效果。对目前高密度的 PCB 设计已感觉到贯通孔不太适应了，它

42、浪费了许多宝贵的布线通道，为解决这一矛盾，出现了盲孔和埋孔技术，它不仅完成了导通孔的作用，还省出许多布线通道使布线过程完成得更加方便，更加流畅，更为完善。PCB 板的设计过程是一个复杂而又简单的过程，要想很好地掌握它，还需广大电子工程设计人员去自已体会，才能得到其中的真谛。2.3.1 一般规则 在 PCB 设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而做的，布线的一般规则如下：1.选用多层板 从减小辐射骚扰的角度出发，应尽量选用多层板，内层分别作电源层、地线层，用以降低供电线路阻抗，抑制公共阻抗噪声，对信号线形成均匀的接地面，加大信号线和接地面间的分布电容，抑制其向空间辐

43、射的能力。36 2.走线要短而粗 电源线、地线、印制板走线对高频信号应保持低阻抗。在频率很高的情况下，电源线、地线、或印制板走线都会成为接收与发射骚扰的小天线。降低这种骚扰的方法除了加滤波电容外，更值得重视的是减小电源线、地线及其他印制板走线本身的高频阻抗。因此，各种印制板走线要短而粗，线条要均匀。电源线、地线及印制导线在印制板上的排列要恰当，尽量做到短而直，以减小信号线与回线之间所形成的环路面积。3.时钟走线 时钟发生器尽量靠近到用该时钟的器件，石英晶体振荡器外壳要接地，石英晶体下面以及对噪声敏感的器件下面不要走线；用地线将时钟区圈起来，时钟线尽量短。时钟线垂直于 I/O 线比平行 I/O

44、线干扰小，时钟元件引脚需远离 I/O 电缆。4.其他走线原则 其他走线原则，如表 2-2 所示。表 2-2 其他走线原则 名称 要求 弱信号电路 低频电路周围不要形成电流环路。任何信号都不要形成环路，如不可避免，让环路区尽量小 走线角度 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 接地或电源方式 单面板和双面板用单点接电源和单点接地 驱动电路 I/O 驱动电路尽量靠近印刷板边的接插件，让其尽快离开印刷板 关键走线 关键的线要尽量粗，并在两边加上保护地。高速线要短而直 元件引脚 元件引脚尽量短，去耦电容引脚尽量短，去耦电容最好使用无引线的贴片电容 统一地 对 A/

45、D 类器件，数字部分与模拟部分地线宁可统一也不要分割 模拟信号 模拟电压输入线、参考电压端要尽量远离数字电路信号线 2.3.2 电源、地线的处理 即使在整个 PCB 板中的布线完成得都很好，但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。所以对电源、地线的布线要认真对待，把电源、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量。1.去耦 在电源、地线之间加上去耦电容。经常可以见到电源线上并联一大(10uF-220 uF)一小(0.1uF)两个电容或者并联两个一样大的大电容，这种电容用于直流电源去耦。大电容用于去除低频干扰，小电容用于去除高频干扰。2.

46、加宽导线 37 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,最经细宽度可达 0.050.07mm,电源线为 1.22.5 mm，对数字电路的 PCB 可用宽的地导线组成一个回路,即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用)。如图 2-66 所示。图 2-66 加宽导线 3.大面积地线 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。如图 2-67 所示。图 2-67 大面积覆铜 2.4 高速电路设计 通常认为如果数字逻辑电路的频率达到或者超过 45MHZ50MH

47、Z，而且工作在这个频率之上的电路已经占到了整个电子系统一定的份量（比如说），就称为高速电路。实际上，信号边沿的谐波频率比信号本身的频率高，是信号快速变化的上升沿与下降沿（或称信号的跳变）引发了信号传输的非预期结果。因此，通常约定如果线传播延时大于 1/2 数字信号驱动端的上升时间，则认为此类信号是高速信号并产生传输线效应。信号的传递发生在信号状态改变的瞬间，如上升或下降时间。信号从驱动端到接收端经过一段固定的时间，如果传输时间小于 1/2 的上升或下降时间，那38 么来自接收端的反射信号将在信号改变状态之前到达驱动端。反之，反射信号将在信号改变状态之后到达驱动端。如果反射信号很强，叠加的波形就

48、有可能会改变逻辑状态。2.4.1 高速信号的确定 一般地，信号上升时间的典型值可通过器件手册给出，而信号的传播时间在 PCB 设计中由实际布线长度决定。PCB 板上每单位英寸的延时为 0.167ns.。但是，如果过孔多，器件管脚多，网线上设置的约束多，延时将增大。通常高速逻辑器件的信号上升时间大约为 0.2ns。如果板上有 GaAs（砷化镓）芯片，则最大布线长度为 7.62mm。设 Tr 为信号上升时间，Tpd 为信号线传播延时。如果 TrTpd，信号落在安全区域。如果 2TpdTr4Tpd，信号落在不确定区域。如果 Tr2Tpd，信号落在问题区域。对于落在不确定区域及问题区域的信号，应该使用

49、高速布线方法。2.4.2 边沿速率问题 由于芯片工艺的飞速发展，信号的边沿速率也是越来越快，目前信号的上升沿都在 1ns 左右。这样就会导致系统和板级 SI、EMC 问题更加突出。快速的信号切换时间(边沿速率)将导致回流、串扰、阻尼振荡(振铃)及反射等问题的增加。信号的边沿速率与信号的工作频率是两个不同的概念，高的边沿速率不一定是高的频率。例如在实际的应用中，可能系统的工作频率并不高。但如果信号的上升速率过快的话，将会产生较大振铃现象，同样会带来信号完整性的问题。当振铃信号达到器件所能容忍的极限值时会使器件内部的半导体特性发生变化(电子迁移)、器件发热及功耗加大等现象，造成系统的可靠性降低，并

50、且较快的边沿速率其功耗也越大。信号的边沿速率与器件的输出强度(输出驱动电流)有直接的关系，过强的输出驱动电流除了能够提高信号的边沿速率之外，还会对周围的器件及传输线造成干扰，主要表现在：边沿速率与信号路径传播时延之比决定了对模拟行为建模的复杂度。当边沿速度超过信号路径延时的46倍时，简单的集中参数模型不再适用。这就是说,当边沿速率小于 46ns 时，6 英寸或更长的 PC 板铜线变成了传输线,即使在低时钟速率，也容易产生大量的信号质量问题。当兼有快速的边沿与快速的时钟速率(缩短的总线周期)时，即使边沿不产生其他问题，由于信号的稳定时间变短,也会引起附加的问题。较快的边沿速度通常反映了较大的输出