PCB布線有絕招，老工程師這樣說

作者：時間：2017-02-03 來源：網(wǎng)絡(luò)

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　　PCB又被稱為印刷電路板(Printed Circuit Board)，它可以實(shí)現(xiàn)電子元器件間的線路連接和功能實(shí)現(xiàn)，也是電源電路設(shè)計(jì)中重要的組成部分。今天就將以本文來介紹PCB板布局布線的基本規(guī)則。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/201702/343468.htm

　　一、元件布局基本規(guī)則

　　1. 按電路模塊進(jìn)行布局，實(shí)現(xiàn)同一功能的相關(guān)電路稱為一個模塊，電路模塊中的元件應(yīng)采用就近集中原則，同時數(shù)字電路和模擬電路分開;

　　2.定位孔、標(biāo)準(zhǔn)孔等非安裝孔周圍1.27mm 內(nèi)不得貼裝元、器件，螺釘?shù)劝惭b孔周圍3.5mm(對于M2.5)、4mm(對于M3)內(nèi)不得貼裝元器件;

　　3. 臥裝電阻、電感(插件)、電解電容等元件的下方避免布過孔，以免波峰焊后過孔與元件殼體短路;

　　4. 元器件的外側(cè)距板邊的距離為5mm;

　　5. 貼裝元件焊盤的外側(cè)與相鄰插裝元件的外側(cè)距離大于2mm;

　　6. 金屬殼體元器件和金屬件(屏蔽盒等)不能與其它元器件相碰，不能緊貼印制線、焊盤，其間距應(yīng)大于2mm。定位孔、緊固件安裝孔、橢圓孔及板中其它方孔外側(cè)距板邊的尺寸大于3mm;

　　7. 發(fā)熱元件不能緊鄰導(dǎo)線和熱敏元件;高熱器件要均衡分布;

　　8. 電源插座要盡量布置在印制板的四周，電源插座與其相連的匯流條接線端應(yīng)布置在同側(cè)。特別應(yīng)注意不要把電源插座及其它焊接連接器布置在連接器之間，以利于這些插座、連接器的焊接及電源線纜設(shè)計(jì)和扎線。電源插座及焊接連接器的布置間距應(yīng)考慮方便電源插頭的插拔;

　　9. 其它元器件的布置：

　　所有IC元件單邊對齊，有極性元件極性標(biāo)示明確，同一印制板上極性標(biāo)示不得多于兩個方向，出現(xiàn)兩個方向時，兩個方向互相垂直;

　　10、板面布線應(yīng)疏密得當(dāng)，當(dāng)疏密差別太大時應(yīng)以網(wǎng)狀銅箔填充，網(wǎng)格大于8mil(或0.2mm);

　　11、貼片焊盤上不能有通孔，以免焊膏流失造成元件虛焊。重要信號線不準(zhǔn)從插座腳間穿過;

　　12、貼片單邊對齊，字符方向一致，封裝方向一致;

　　13、有極性的器件在以同一板上的極性標(biāo)示方向盡量保持一致。

　　二、元件布線規(guī)則

　　1、畫定布線區(qū)域距PCB板邊≤1mm的區(qū)域內(nèi)，以及安裝孔周圍1mm內(nèi)，禁止布線;

　　2、電源線盡可能的寬，不應(yīng)低于18mil;信號線寬不應(yīng)低于12mil;cpu入出線不應(yīng)低于10mil(或8mil);線間距不低于10mil;

　　3、正常過孔不低于30mil;

　　4、雙列直插：焊盤60mil，孔徑40mil;

　　1/4W電阻：51*55mil(0805表貼);直插時焊盤62mil，孔徑42mil;

　　無極電容：51*55mil(0805表貼);直插時焊盤50mil，孔徑28mil;

　　5、注意電源線與地線應(yīng)盡可能呈放射狀，以及信號線不能出現(xiàn)回環(huán)走線。

　　如何提高抗干擾能力和電磁兼容性?

　　在研制帶處理器的電子產(chǎn)品時，如何提高抗干擾能力和電磁兼容性?

　　1、下面的一些系統(tǒng)要特別注意抗電磁干擾：

　　(1) 微控制器時鐘頻率特別高，總線周期特別快的系統(tǒng)。

　　(2) 系統(tǒng)含有大功率，大電流驅(qū)動電路，如產(chǎn)生火花的繼電器，大電流開關(guān)等。

　　(3) 含微弱模擬信號電路以及高精度A/D變換電路的系統(tǒng)。

　　2、為增加系統(tǒng)的抗電磁干擾能力采取如下措施：

　　(1) 選用頻率低的微控制器：

　　選用外時鐘頻率低的微控制器可以有效降低噪聲和提高系統(tǒng)的抗干擾能力。同樣頻率的方波和正弦波，方波中的高頻成份比正弦波多得多。雖然方波的高頻成份的波的幅度，比基波小，但頻率越高越容易發(fā)射出成為噪聲源，微控制器產(chǎn)生的最有影響的高頻噪聲大約是時鐘頻率的3倍。

　　(2) 減小信號傳輸中的畸變

　　微控制器主要采用高速CMOS技術(shù)制造。信號輸入端靜態(tài)輸入電流在1mA左右，輸入電容10PF左右，輸入阻抗相當(dāng)高，高速CMOS電路的輸出端都有相當(dāng)?shù)膸лd能力，即相當(dāng)大的輸出值，將一個門的輸出端通過一段很長線引到輸入阻抗相當(dāng)高的輸入端，反射問題就很嚴(yán)重，它會引起信號畸變，增加系統(tǒng)噪聲。當(dāng)Tpd》Tr時，就成了一個傳輸線問題，必須考慮信號反射，阻抗匹配等問題。

　　信號在印制板上的延遲時間與引線的特性阻抗有關(guān)，即與印制線路板材料的介電常數(shù)有關(guān)?？梢源致缘卣J(rèn)為，信號在印制板引線的傳輸速度，約為光速的1/3到1/2之間。微控制器構(gòu)成的系統(tǒng)中常用邏輯電話元件的Tr(標(biāo)準(zhǔn)延遲時間)為3到18ns之間。

　　在印制線路板上，信號通過一個7W的電阻和一段25cm長的引線，線上延遲時間大致在4~20ns之間。也就是說，信號在印刷線路上的引線越短越好，最長不宜超過25cm。而且過孔數(shù)目也應(yīng)盡量少，最好不多于2個。

　　當(dāng)信號的上升時間快于信號延遲時間，就要按照快電子學(xué)處理。此時要考慮傳輸線的阻抗匹配，對于一塊印刷線路板上的集成塊之間的信號傳輸，要避免出現(xiàn)Td》Trd的情況，印刷線路板越大系統(tǒng)的速度就越不能太快。

　　用以下結(jié)論歸納印刷線路板設(shè)計(jì)的一個規(guī)則：

　　信號在印刷板上傳輸，其延遲時間不應(yīng)大于所用器件的標(biāo)稱延遲時間。

　　(3) 減小信號線間的交互干擾：

　　A點(diǎn)一個上升時間為Tr的階躍信號通過引線AB傳向B端。信號在AB線上的延遲時間是Td。在D點(diǎn)，由于A點(diǎn)信號的向前傳輸，到達(dá)B點(diǎn)后的信號反射和AB線的延遲，Td時間以后會感應(yīng)出一個寬度為Tr的頁脈沖信號。在C點(diǎn)，由于AB上信號的傳輸與反射，會感應(yīng)出一個寬度為信號在AB線上的延遲時間的兩倍，即2Td的正脈沖信號。這就是信號間的交互干擾。干擾信號的強(qiáng)度與C點(diǎn)信號的di/at有關(guān)，與線間距離有關(guān)。當(dāng)兩信號線不是很長時，AB上看到的實(shí)際是兩個脈沖的迭加。

　　CMOS工藝制造的微控制由輸入阻抗高，噪聲高，噪聲容限也很高，數(shù)字電路是迭加100~200mv噪聲并不影響其工作。若圖中AB線是一模擬信號，這種干擾就變?yōu)椴荒苋萑獭Ｈ缬∷⒕€路板為四層板，其中有一層是大面積的地，或雙面板，信號線的反面是大面積的地時，這種信號間的交*干擾就會變小。原因是，大面積的地減小了信號線的特性阻抗，信號在D端的反射大為減小。特性阻抗與信號線到地間的介質(zhì)的介電常數(shù)的平方成反比，與介質(zhì)厚度的自然對數(shù)成正比。若AB線為一模擬信號，要避免數(shù)字電路信號線CD對AB的干擾，AB線下方要有大面積的地，AB線到CD線的距離要大于AB線與地距離的2~3倍?？捎镁植科帘蔚?，在有引結(jié)的一面引線左右兩側(cè)布以地線。

　　(4) 減小來自電源的噪聲

　　電源在向系統(tǒng)提供能源的同時，也將其噪聲加到所供電的電源上。電路中微控制器的復(fù)位線，中斷線，以及其它一些控制線最容易受外界噪聲的干擾。電網(wǎng)上的強(qiáng)干擾通過電源進(jìn)入電路，即使電池供電的系統(tǒng)，電池本身也有高頻噪聲。模擬電路中的模擬信號更經(jīng)受不住來自電源的干擾。

　　(5) 注意印刷線板與元器件的高頻特性

　　在高頻情況下，印刷線路板上的引線，過孔，電阻、電容、接插件的分布電感與電容等不可忽略。電容的分布電感不可忽略，電感的分布電容不可忽略。電阻產(chǎn)生對高頻信號的反射，引線的分布電容會起作用，當(dāng)長度大于噪聲頻率相應(yīng)波長的1/20時，就產(chǎn)生天線效應(yīng)，噪聲通過引線向外發(fā)射。

　　印刷線路板的過孔大約引起0.6pf的電容。

　　一個集成電路本身的封裝材料引入2~6pf電容。

　　一個線路板上的接插件，有520nH的分布電感。一個雙列直扦的24引腳集成電路扦座，引入4~18nH的分布電感。

　　這些小的分布參數(shù)對于這行較低頻率下的微控制器系統(tǒng)中是可以忽略不計(jì)的;而對于高速系統(tǒng)必須予以特別注意。

　　(6) 元件布置要合理分區(qū)

　　元件在印刷線路板上排列的位置要充分考慮抗電磁干擾問題，原則之一是各部件之間的引線要盡量短。在布局上，要把模擬信號部分，高速數(shù)字電路部分，噪聲源部分(如繼電器，大電流開關(guān)等)這三部分合理地分開，使相互間的信號耦合為最小。

　　G 處理好接地線

　　印刷電路板上，電源線和地線最重要。克服電磁干擾，最主要的手段就是接地。

　　對于雙面板，地線布置特別講究，通過采用單點(diǎn)接地法，電源和地是從電源的兩端接到印刷線路板上來的，電源一個接點(diǎn)，地一個接點(diǎn)。印刷線路板上，要有多個返回地線，這些都會聚到回電源的那個接點(diǎn)上，就是所謂單點(diǎn)接地。所謂模擬地、數(shù)字地、大功率器件地開分，是指布線分開，而最后都匯集到這個接地點(diǎn)上來。與印刷線路板以外的信號相連時，通常采用屏蔽電纜。對于高頻和數(shù)字信號，屏蔽電纜兩端都接地。低頻模擬信號用的屏蔽電纜，一端接地為好。

　　對噪聲和干擾非常敏感的電路或高頻噪聲特別嚴(yán)重的電路應(yīng)該用金屬罩屏蔽起來。

　　(7) 用好去耦電容。

　　好的高頻去耦電容可以去除高到1GHZ的高頻成份。陶瓷片電容或多層陶瓷電容的高頻特性較好。設(shè)計(jì)印刷線路板時，每個集成電路的電源，地之間都要加一個去耦電容。去耦電容有兩個作用：一方面是本集成電路的蓄能電容，提供和吸收該集成電路開門關(guān)門瞬間的充放電能;另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。數(shù)字電路中典型的去耦電容為0.1uf的去耦電容有5nH分布電感，它的并行共振頻率大約在7MHz左右，也就是說對于10MHz以下的噪聲有較好的去耦作用，對40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。

　　1uf，10uf電容，并行共振頻率在20MHz以上，去除高頻率噪聲的效果要好一些。在電源進(jìn)入印刷板的地方和一個1uf或10uf的去高頻電容往往是有利的，即使是用電池供電的系統(tǒng)也需要這種電容。

　　每10片左右的集成電路要加一片充放電電容，或稱為蓄放電容，電容大小可選10uf。最好不用電解電容，電解電容是兩層溥膜卷起來的，這種卷起來的結(jié)構(gòu)在高頻時表現(xiàn)為電感，最好使用膽電容或聚碳酸醞電容。

　　去耦電容值的選取并不嚴(yán)格，可按C=1/f計(jì)算;即10MHz取0.1uf，對微控制器構(gòu)成的系統(tǒng)，取0.1~0.01uf之間都可以。

　　3、降低噪聲與電磁干擾的一些經(jīng)驗(yàn)。

　　(1) 能用低速芯片就不用高速的，高速芯片用在關(guān)鍵地方。

　　(2) 可用串一個電阻的辦法，降低控制電路上下沿跳變速率。

　　(3) 盡量為繼電器等提供某種形式的阻尼。

　　(4) 使用滿足系統(tǒng)要求的最低頻率時鐘。

　　(5) 時鐘產(chǎn)生器盡量*近到用該時鐘的器件。石英晶體振蕩器外殼要接地。

　　(6) 用地線將時鐘區(qū)圈起來，時鐘線盡量短。

　　(7) I/O驅(qū)動電路盡量*近印刷板邊，讓其盡快離開印刷板。對進(jìn)入印制板的信號要加濾波，從高噪聲區(qū)來的信號也要加濾波，同時用串終端電阻的辦法，減小信號反射。

　　(8) MCD無用端要接高，或接地，或定義成輸出端，集成電路上該接電源地的端都要接，不要懸空。