PCB LAYOUT设计规范.doc

PCB LAYOUT设计规范文件编号文件版本制定部门制定日期页 码第 9/9 页1、目的规范PCB layout 设计，使PCB layout设计标准化、专业化、系列化，避免重复以前发生的问题，以缩短产品的开发周期。2、范围：本作业规范主要概括描述了PCB设计的总体步骤及各步骤的设术要点与评审要求，适用于进行PCB设计时进行总体规划或总体方案设计。3、PCB设计分析规划3.1 分析电路板要求3.1.1 内容：工作温度、使用环境、成本要求、安装方式、有无金属机壳、预期寿命等。了解以上内容，以便选择合理的电路板层数，选用合适的器件，并能够粗略估计EMI设计的主要因素。 3.1.2 关注重点成本和有无金属机壳屏蔽。如有金属机壳，则尽量在机壳上做好屏蔽和良好搭接，降低PCB设计要求。3.2 接口分析3.2.1 接口是抑制EMI的关键点之一 通过接口分析能够明确该电路板在整机中的作用，相互间的连接关系。板内的骚扰以及外部的骚扰从接口经过的可能性很大，处理好接口电路对电磁兼容很重要，通过接口的分析能够初步估计能否通过PCB设计解决EMI。接口电路就好像海关，允许通过的人/货物，可以畅通无阻；禁止通行的人/货，将被阻挡在海关内外。I/O电路的设计与海关的作用很相像，因此设计中需要明确允许什么样的信号通过和不允许通过的信号频谱。对不允许通过的信号提供合适的泄放回路，准确地把好接口这道关。3.2.2 机械特性 连接器需方便插拔，合适的支撑能避免插拔过程中电路板过大的翘曲。3.2.3 接口类型包括整机对外接口和板间连接接口；对外接口需要考虑安全性、防雷、防浪涌、防静电、防电磁辐射等。3.2.4信号特性 需要关注连接线长度、连接线频率、上升沿。对于较长、较高频率或短上升沿的数字信修订次修订内容修订日期制定审核核准1初版发行2011-01-11徐兵号口线应结合原理图和传输的时序要求，采用源端RC电路降低信号线上升沿，避免过大的辐射；适当通过冗余的地线将强信号、弱信号信号以及模拟信号隔离和提供较小回路面积，不同信号也要避免共用地线回路。3.3 分析主要发热元件需要充分考虑发热元件的散热条件，散热方法。3.4 分析温度敏感元件对低温和高温敏感的元件应放置在合理的位置。3.5 规划地回路 地为信号提供了回流路径，同时也是供电的回路，PCB的地设计极重要。地线设计不合理，干扰会以共地阻抗耦合等形式耦合到各个电路模块中去，因此地线和电源及其滤波电路是PCB设计中最需要关注的内容。3.6 电源滤波 电路中电流的变化都会反映到电源中电流的变化，滤波电容能够及时补充和平滑电源上的电流波动。每个IC及单个IC多个电源引脚上的电源都应就近放置滤波电容，并按骚扰频率选取电容量。滤波电容的放置位置和走线情况对滤波的效果也有极大的影响。3.7 电路布局电路布局应在分析电路后进行，基本上分为满足结构要求布局、整体和模块的布局、模块内部布局三个阶段。3.7.1 按结构要求布局需要关注电路板板外框尺寸，定位孔位置、准确定位的电子原件如LED、按键、I/O口等；有区域限制的器件如高元件、要散热的元件、板内的复位按钮等。3.7.2 整体和模块布局3.7.2.1按流向布局：包括电流流向和信号流向，更广义的也可以用信息流动方向划分，布局应让信号沿着同一个方向走，不应出现交叉和重叠，元器件或模块按流向顺序分布；对以CPU为主的电路则可以以星形方式分布；3.7.2.2按模块布局：每个功能模块的元件应集中放置，模块间要有明确的界限，减小相互间的耦合，避免不同模块的元件交叉放置，按流向放置功能模块；3.7.2.3按速度分布布局：从高速、中低速、低速直到模拟电路，按速度分布布局，避免速度差距很大的电路距离过近，导致这些电路相互干扰；3.7.2.4模块间的布局要求分析相互的连接关系，应优先保证上述关键信号的布局。3.7.3 模块内部布局3.7.3.1分析需要关注的信号，排列优先级。模块内部最需要关注的部分，如模拟放大电路的前级，DC/DC电路中大电流回路，AC/DC电路中的高电压，PSTN前端模拟电路等，都是我们需要特殊处理的，应分析模块的特点，布局中应优先保证这些关键信号的各种要求；3.7.3.2按流向布局：模块内部同样需要关注信号的流向，并且应使模块对外的连接关系仅有输入/输出和电源。模块内的关键信号流向应清晰，其他的器件可以以较大密度集中放置；3.7.3.3按隔离要求布局：同一模块间具有隔离要求的电路，如AC/DC模块中的隔离变压器、光藕、Y电容，ISDN和PSTN通讯线路中的隔离变压器、光藕、继电器等均要求保证足够的安全隔离间距，且仅有这些器件可位于隔离带上，其他器件不允许放置于隔离带上。注：布局还应适当关注元件密度分布适当均匀。3.8 布线设计步骤3.8.1确定设计规则分析电路特性，对需要特殊处理的信号特别制定布线规则，其他普通布线可按一般的规则设计。3.8.2 关键信号布线首先应列出需要特殊关注的信号线，遵照相关的设计规则为关键信号线制定线宽、线间距等规则，这些信号也是优先级最高的，布线应首先保证这些线的最短、流畅、回路面积最小，往往对关键信号需进行手工布线才能达到较满意的布线效果。3.8.3 电源线、地线布线地线的设计应防止信号通过电源和地线相互干扰和耦合，并给信号提供回路。设计要点如下：3.8.3.1避免共地干扰；3.8.3.2提供信号回路，关键信号回路面积最小，其他信号回路面积尽量小；3.8.3.3控制电源和地的噪声，通过隔离和滤波等措施将快速变化信号限制在芯片附近的局部区域内，避免噪声通过电源耦合到其它模块；3.8.3.4 骚扰信号地回路：对外部骚扰信号应有低阻抗泄放回路。3.9 调整丝印要求丝印不能在焊盘上，丝印应能够准确识别相对应的元件,其它丝印标示,如板号等。3.10 生成输出文件原理图、PCB、Gerber文件、BOM清单等。3.11设计输出文件的检查3.11.1元件封装的正确性；3.11.2连通性、元件间距、每个网络均正确连接、没有未连接的线段，PCB走线没有未用的分支等；3.11.3可制造性检查；3.11.4丝印应清晰准确、不能压在焊盘上；3.11.5除了检查PCB外，也要检查Gerber文件，应能够与PCB相对应，避免输出文件出错。4.布局一般原则4.1机械结构方面的要求4.1.1 外部接插件安放位置应整齐。从三维角度考虑各接插件的安放位置，板内部接插件放置上应考虑设备内线束的美观；4.1.2 较重元器件应尽量分散放置，以防止浸焊时板子变形。对于重量超过15g的元器件，可考虑加以固定；4.1.3 热敏元件应远离发热元件，压敏电阻不应靠近发热或可燃元器件安装；4.1.4 电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件，若机内调节应放在板上便于调节的地方，若机外调节其位置要与在外壳上的位置相适应。4.2 功能模块分区的要求4.2.1按照电路信号的流程安排各个功能单元电路的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持方向一致；4.2.2按照功能、类型和连接关系区分电路，模拟和数字分开、高频和低频分开、大功率和小功率分开、高压和低压分开、大电流和小电流、交流和直流分开；4.2.3以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局；4.2.4时钟电路区域只布与其有关的器件，避免布设其它电路或与其它电路靠近。4.3 布线方面的要求4.3.1器件分布密度适当，元器件应均匀、整齐的排列在PCB上，太密集布线空间不够，太松散走线太长增加信号延时；4.3.2布线时弯折越少越好，拐角应为135角或走一段弧形，禁止拐直角和锐角，信号走线（特别是时钟线与总线）尽量保持粗细一致；4.3.3两相邻层的布线要尽量互相垂直，避免重叠或近距离平行；4.3.4走线过孔越少越好，禁止使用盲孔和埋孔；4.3.5元件腿或过孔的焊盘与大面积铜面连接时需做成十字花焊盘(也称为热焊盘Thermal)；4.3.6退耦电容分布应尽量靠近对应器件管脚，以减少电容引线的分布参数；4.3.7尽可能避免在细间距元器件焊盘之间穿越连结线。4.4电磁兼容方面的要求4.4.1尽可能缩短高频元件之间的连线，设法减少它们的分布参数和电磁干扰；4.4.2易受干扰的元器件不能相距太近，输入和输出元件应尽量远离；4.4.3布局上把模拟信号部分、高速数字电路部分、噪声源部分等合理分开，使互相间的信号耦合为最小；4.3.4减小干扰源的du/dt可通过在干扰源两端并联电容来实现；减小干扰源的di/dt可通过在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现；4.4.5 对继电器的处理，增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后，此时可选择增加稳压二极管；4.4.6 对电机的处理，给电机加滤波电路，注意电容、电感引线要尽量短；4.4.7 对可控硅的处理，可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的噪声；4.4.8 对于PCB上静电敏感器件，在布局时需要考虑将其布在远离干扰的地方，特别是离静电放电源越远越好。4.5 散热方面的要求4.5.1 元器件的布局要有利于电路板和芯片的散热；4.5.2 板上有发热较多的器件时应考虑加散热器甚至风扇；4.5.3 发热器件应与周围电解电容、晶振、锗管等怕热元件隔开一定的距离；4.5.4 竖放的板子应把发热元件放置在板子的最上面；4.5.5 双面放器件时不得在底层放置发热器件。4.6 可安装性和可焊接性方面的要求4.6.1 贴片IC器件的焊接工艺需要其周围1.5mm内不能出现任何元器件；4.6.2 若使用自动贴片机，需在电路板上放置定位焊盘和定位孔，定位孔1mm范围内不能有元件；4.6.3 注意器件的排列方向和波峰焊的方向；4.6.4 注意电路板焊接面元器件的高度，元器件的高度不超过4mm。通常只在焊接面放置贴片电容和电阻；4.6.5 安装孔中心位置5mm范围内不排布元器件或布线，以避免受到定位螺丝或定位柱的损伤，同时定位孔周围应避免排布高元器件，以方便安装。4.7 产品安全性设计参考GB4943-2001信息技术设备的安全。5.参考设计步骤 5.1 熟悉单板设计信息：5.1.1 器件信息：器件数量、大小、封装，有无较重或特殊封装的器件、接插件有哪些、有无固定元器件、大功率的器件、器件散热有什么特殊要求；5.1.2 电路功能：包含哪些单元电路、各单元电路的实现功能、整板电路功能；5.1.3 机械尺寸要求：PCB板的外框尺寸、安装孔、定位孔、是否为异形板、板厚要求、局部最大高度限制、整板最大高度限制；5.1.4 布局要求：位置受限器件布局区域、接插件和固定的器件摆放的位置和方向、可调或需更换的器件布局位置、整体布局的要求。5.2 设计PCB基本结构5.2.1 确定PCB板机械尺寸和板厚。5.2.1.1 根据单板的机械尺寸图，画出边框和定位孔位置，对受限区域做标志限制5.2.1.2 PCB板机械尺寸由结构设计人员直接给定，或是由结构设计人员和PCB设计人员共同商定。5.2.1.3 PCB板尺寸要适中。过大，则走线增长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本增加。过小，则布线密度高，易受临近线条干扰。5.2.1.4 PCB板大小形状要能方便加工及生产，PCB厂家在生产时原材料利用率最高。 PCB板最佳形状为矩形，长宽比为3：2或4：3。PCB板周围应预留边框以适应自动装配设备。5.2.1.5 板厚由PCB板在设备内部的安装情况确定，无特殊要求，做成1.6mm厚度。5.2.2 确定PCB层数根据电路本身复杂程度，确定PCB板层数。从经济角度出发，PCB板层数越少越好。从系统性能角度出发，PCB板层数越多越好。综合两者考虑，电源系统一般选用单层板或双面板。5.3 按功能模块划分PCB板相关电路区域5.3.1 对电路进行功能模块划分：根据各单元电路的实现功能，分析他们的电路类型：数字/模拟/混和、低速/高速、大电流/ 小电流、高压/低压、交流/直流、输入/输出、大功率/小功率、弱信号/强信号。5.3.2 给不同功能模块分配不同布局区域：根据模块电路功能不同，应相应的分配不同的布局区域。布局时，注意两种不同电路要分开一定距离，特别是数字和模拟电路要分开，低频和高频要分开、高压电路要和其它电路保持一定的安全距离等。5.4 进行元器件布局各功能模块电路的布局区域大致划分后，可进行元器件布局。5.4.1 布局顺序5.4.1.1 固定元器件。即在PCB板中位置固定或位置要求精确的元器件；5.4.1.2 有条件限制的元器件。如过高元件、散热大的元件等；5.4.1.3 关键元器件。如核心单元的CPU/SDRM/FLASH、弱小信号检测及处理元器件等；5.4.1.4 面积比较大和比较复杂的元器件。如管脚较多的或包含网络较多的元器件；5.4.1.5 零散元件。按其对应的单元电路区域放置。5.4.2 布局方式5.4.2.1 手工布局；5.4.2.2 交互式布局；手工按布局顺序摆放各元器件，在此过程中，可利用交互式布局进行细节调整，即根据走线情况对元器件引脚进行再分配，使其成为便于布线的最佳布局。若有调整，一定要返回原理图修改调整部分，以使原理和PCB图相对应。5.5 丝印符号布局5.5.1 PCB板上需放置板号，要求板号清晰醒目；5.5.2 PCB板上需放置各元器件的位号，位号尽量朝相同方向整齐排列，丝印符号要求：高度35mil，宽度 6mil。各元器件的位号必须明显的与相关的元器件相联系，即元器件与位号需明显的一一对应；5.5.3 丝印不得放置在焊盘或过孔上，不得放置在易被器件遮挡的地方。6. PCB设计的检查6.1 PCB设计检查的目的电路板从制版到装配、调试、验证的周期很长，因此在PCB下厂制版之前,对PCB设计进行初步的检查，及时发现设计缺陷，避免后期更多的投入，就非常必要。PCB设计检查的目的是为了确定PCB设计的合理性与有效性，及时发现设计中存在的隐患，加以改正。6.2 PCB设计检查的内容6.2.1 电路板机械尺寸，定位孔，连接器是否符合安装要求；6.2.2 接插件是否便于插拔；LED、按键等是否便于观察和操作；6.2.3 有无发热量高的元件、有无超过了器件额定功率的器件、有无低温敏感器件；是否充分考虑了热设计；6.2.4 关键信号的分析是否准确详尽，有无遗漏；6.2.5 布局和布线是否考虑了功能模块分割和信号流向；6.2.6 电源和地线设计是否考虑了减少骚扰、敏感信号的电源是否足够“干净”、对骚扰敏感程度差别较大的模块是否不共地；6.2.7 是