《高速PCB设计》PPT课件.ppt

1、1,Signal Integrity 、EMC & High Speed PCB Design,Part2 PCB设计基础,课程内容,第二部分 PCB设计基础 PCB设计概述 PCB 的历史和类型 PCB的基础知识 PCB 的设计流程 印刷电路板设计的基本原则 PCB基本设计方法和原则要求 高质量的PCB设计 PCB传输线 线条拓扑结构 传输线效应与阻抗 有损传输线、上升边退化和材料特性 其它常用传输线,PCB发展简史,1903年，Albert Hanson提出线路的概念，应用于电话交换系统-PCB的雏形 1936年，Paul Eisner博士真正发明了PCB制作技术-加成法 1947年，美国

2、航空局和美国标准局发起了印制电路首次技术讨论会 五十年代初期, 实现了覆铜层压板大规模工业化生产 铜箔蚀刻法,成为印制板制造技术的主流,一直发展至今. 六十年代,孔金属化双面印制和多层印制板实现了大规模生产 七十年代，多层PCB、高密度化；THT-SMT 八十年代表面安装技术和九十年代多芯片组装技术的迅速发展推动了印制板生产技术的继续进步，向高密度,细导线,多层,高可靠性、低成本和自动化连续生产的方向发展.,PCB设计基础知识,印刷电路板(Printed circuit board，PCB)也可称为（ Printed Wiring Board，PWB） 主要功能是提供安装在板上的各元器件的相互

3、电气连接。 随着电子设备越来越复杂，需要的元器件越来越多，PCB上的线路与元器件也越来越密集。 PCB的基板是由绝缘隔热、不易弯曲的材质所制成。表面有铜箔材料制成的细小线路。,PCB的类型,单面板（Single-Sided Boards） 最基本的PCB，零件集中在其中一面，导线则集中在另一面上。单面板在设计线路上有许多严格的限制（因为只有一面，布线间不能交叉而必须绕独自的路径）。 双面板（Double-Sided Boards） 电路板的两面都有布线。使两面布线连通的叫做导孔（via）。是电路间的桥梁。双层PCB的正反面被称为元件面（Component Side）与焊接面（Solder Si

4、de） 多层板（Multi-Layer Boards） 为了增加可以布线的面积，多层板用上了更多单或双面的布线板。印制板的层数取决于要求的功能、噪声指标、电源平面、信号分类、网线数量（线条数）等要求。,PCB的类型,板材与板厚 常用的覆铜箔层压板板材：酚醛纸质、环氧纸质、环氧玻璃布、聚四氟乙烯玻璃布等。 超高频印制线路最优良的材料是覆铜箔聚四氟乙烯玻璃布层压板。 在有阻燃要求的电子设备上，还要使用阻燃性覆铜箔层压板。 印制线路板的厚度应根据印制板的功能及所装元件的重量、印制板插座规格、印制板的外形尺寸和所承受的机械负荷来决定。 多层印制板总厚度及各层间厚度的分配应根据电气和结构性能的需要以及覆

5、箔板的标准规格来选取。 常见的印制线路板厚度有0.5mm、1mm、1.5mm、2mm等。,PCB设计基础知识,PCB上的绿色或棕色，是阻焊漆（solder mask），是绝缘的防护层 可以保护铜线，也可以防止零件被焊到不正确的地方。 阻焊层上印刷着一层丝网印刷面（silk screen），上面会印上文字与符号以标示出各零件在板子上的位置。 丝网印刷面也被称作图标面（legend）。,PCB设计基础知识,多层PCB的工作层面 信号层(Signal Layer): 顶层、底层、中间层 内部电源/接地层（Internal Power/Ground Plane Layer) 机械层(Mechanica

6、l Layer） 防护层(Mask Layer) 锡膏层（Paste）和阻焊层（Solder） 丝印层(Silkscreen Layer) 其它工作层面(Other Layer) 禁止布线层(Keep-out Layer) 钻孔导引层(Drill Guide Layer) 钻孔图层(Drill Drawing Layer) 复合层(Multi-Layer),PCB设计基础知识,PCB的元器件封装 指实际的电子元器件或集成电路的外观尺寸，如引脚的分布、间距、直径等。是一个空间的概念，功能是使元器件引脚和PCB上的焊盘保持一致。 分为插入式和表贴式封装，不同的元器件可以使用相同的封装，同种的元器件

7、也可以使用不同的封装。 插入式封装技术（Through Hole Technology） 将零件安置在板子的一面，并将接脚焊在另一面上，这种技术称为插入式（Through Hole Technology，THT）封装。 表面粘贴式封装技术（Surface Mounted Technology） SMT封的零件，接脚是焊在与零件同一面。这种技术不用为每个接脚的焊接，在PCB上钻洞。甚至还能在两面都焊上。,PCB设计基础知识,PCB的铜膜导线 适当采用带状线和微带线结构不但可以抑制PCB中的射频，而且可以达到保证信号完整性的目的。 导线的宽度和间距是两个重要指标。 PCB的焊盘和过孔 非过孔焊盘和

8、孔焊盘 非过孔焊盘的孔径尺寸稍大于元器件的引脚即可，焊盘尺寸应该在保证焊接质量和电器性能的基础上尽可能地小 过孔焊盘的焊盘尺寸一般是孔径尺寸的两倍。 过孔孔径和过孔外径：内径/外径=60%。 过孔孔径要比实际元器件孔的孔径小，过孔不易过多，过孔孔径不易过大，其孔径与载流量成正比。 埋孔（Buried vias）和盲孔（Blind vias）技术,PCB设计基础知识,PCB的叠层 在多层板PCB中，整层都直接连接上地线与电源。所以我们将各层分类为 信号层（Signal） 电源层（Power） 地线层（Ground） 如果PCB上的零件需要不同的电源供应，通常这类PCB会有两层以上的电源与地线层,

9、Layer Stackup,4 Layer,1.S 2.G 3.P 4.S,1.S : Best layer for flux cancellation 23S：ground/ Power Impedance plane. Poor flux cancellation,6 Layer,1.S 2.G 3.S 4.S 5.P 6.S,1.S : Only safe routing layer,1.S 2.S 3.G 4.P 5.S 6.S,2.S : Good flux cancellation,1.S 2.G 3.S 4.P 5.G 6.S,1S, 3S : Excellent routing

10、 layer 6.S : Good flux cancellation,S(2), G(1), P(1),S(4), G(1), P(1),S(4), G(1), P(1),S(3), G(2), P(1),Layer Stackup,8 Layer,10 Layer,1.S 2.S 3.G 4.S 5.S 6.P 7.S 8.S,2.S, 4S : Excellent routing Layer,1.S 2.G 3.S 4.G 5.P 6.S 7.G 8.S,1.S, 3S, 6S, 8S : Excellent routing Layer,1.S 2.G 3.S 4.S 5.G 6.P 7

11、.S 8.S 9.G 10.S,1.S, 3S, 4S, 8S, 10S : Excellent routing Layer 7S : Poor flux cancellation,S(4), G(3), P(1),S(6), G(1), P(1),S(6), G(3), P(1),PCB系统设计流程,PCB系统设计的总体流程大致可分为如下几个阶段：系统规格 规划出该电子设备的各项系统规格。包含了系统功能，成本限制，大小，运作情形等等。 系统功能区块图 制作出系统的功能方块图。标示方块间的关系。 系统分割 将系统分割为数个PCB，可以缩小尺寸，同时系统具有升级与交换零件的能力。 系统功能方块图

12、提供分割的依据。,PCB系统设计流程,决定封装方法和各PCB的大小 选择封装技术和电路技术 决定板子大小。 注意考虑线路图的品质与速度。 绘电路原理图 电路原理图要表示出各零件间的相互连接细节。 大多采用CAD（计算机辅助设计，Computer Aided Design）的方式。 初步设计的仿真 为了确保设计出来的电路图可以正常运作，必须先用计算机软件仿真。 布局 将零件放置在PCB上。零件放置的方式，是根据它们之间如何相连来决定的。必须以最有效率的方式与路径相连接。,PCB系统设计流程,预布线 测试布线可能性与高速下的正确运作情况 布线 导出PCB上线路 。在原理图中的连接，将会实地作成布线

13、。这项步骤通常都是全自动的，但一般来说还是需要手动更改某些部份的导线。 后测试 为了确定线路在布线后能够正常运作，必须要通过最后检测。这项检测也可以检查是否有不正确的连接，并且所有联机都照着概图走。 建立制作档案 目前有许多设计PCB的CAD工具，制造厂商必须有符合标准的档案，才能制造电路板。标准规格有好几种，最常用的是Gerber files规格。,PCB板设计的一般流程,结构设计 根据已确定的电路板尺寸和各项机械定位，在PCB环境下绘制PCB板面，并按有关定位要求放置接插件、按键/开关、螺丝孔、装配孔等，并充分考虑和确定布线区域和非布线区域（如充分考虑螺丝孔外多大范围为非布线区域） PCB

14、布局布线 PCB布局布线是整个PCB设计中最重要的关键环节，它们直接影响着PCB板性能的好坏。,印刷电路板布局的基本原则,安装指在具体的应用场合下，为了将电路板顺利安装进机箱、外壳、插槽，不致发生空间干涉、短路等事故，并使指定接插件处于机箱或外壳上的指定位置而提出的一系列基本要求。 受力电路板应能承受安装和工作中所受的各种外力和震动。为此电路板应具有合理的形状，板上的各种孔（螺钉孔、异型孔）的位置要合理安排。一般孔与板边距离至少要大于孔的直径。同时还要注意异型孔造成的板的最薄弱截面也应具有足够的抗弯强度。板上直接“伸”出设备外壳的接插件尤其要合理固定，保证长期使用的可靠性。,印刷电路板布局的基

15、本原则,受热对于大功率的、发热严重的器件，除保证散热条件外，还要注意放置在适当的位置。尤其在精密的模拟系统中，要格外注意这些器件产生的温度场对脆弱的前级放大电路的不利影响。一般功率非常大的部分应单独做成一个模块，并与信号处理电路间采取一定的热隔离措施。 信号信号的干扰是PCB设计中所要考虑的最重要的因素。包括：弱信号电路与强信号电路分开甚至隔离；交流部分与直流部分分开；高频部分与低频部分分开；注意信号线的走向；地线的布置；适当的屏蔽、滤波等措施。 美观不仅要考虑元件放置的整齐有序，更要考虑走线的优美流畅。为了产品的形象，在性能要求不苛刻时要优先考虑前者。但是，在高性能的场合，如果不得不采用双面

16、板，而且电路板也封装在里面，平时看不见，就应该优先强调走线的美观。,PCB布局一般原则,将PCB按电气性能合理分区 数字电路区、模拟电路区、功率驱动区 完成同一功能的电路尽量靠近放置，功能块之间的连接最简洁 对于质量大的元器件应考虑安装位置和安装强度 发热元件应和温度敏感元件分开放置，必要时还应考虑热对流措施 时钟产生器应尽量靠近要用到时钟的器件 将主接地面安排在表层之下的第二层，并尽可能将RF线走在表层。 将RF路径上的过孔尺寸减到最小 可以减少主接地面上的虚焊点，并可减少RF能量泄漏到层叠板内其它区域的机会。 恰当有效地使用芯片电源去耦 许多集成了线性电路的RF芯片对电源噪声非常敏感，通常

17、每个芯片都需要采用耦合电容来滤除电源噪声,PCB布局一般原则,PCB的元器件布局原则 合理的布局是PCB设计成功的重要基石 布局分为：自动布局和手动布局 选择合适的PCB尺寸大小。过大则连线长，阻抗大，抗干扰能力下降；过小则布局拥挤，干扰发生机率增加，相邻走线易干扰。 确定特殊元器件和重要元器件的位置 根据功能单元对全部元器件进行布局 模拟电路、数字电路和电源电路的元器件布局的特点不同，产生干扰和抑制干扰的办法也不同，应将其分开布局；同样，高频电路和低频电路也有同上的特点，布局时也要进行分离。 相互有关的元器件应尽量靠近些，各元器件之间的印象要尽量短。 时钟、晶振和cpu的时钟输入端要相互靠近

18、些 已产生噪声的元器件、大电流电路、小电流电路等要尽量远离逻辑电路,PCB布局一般原则,PCB的元器件布局原则 特殊元器件的布局规则 尽量缩短高频元器件之间的连线，同时设法减少分布参数和相互之间的电磁干扰。易受干扰的元器件之间不能离得太近，输入输出器件应尽量远离。 某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，避免放电时引起意外短路。带高压的器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。 重量超过15g的元器件应当用支架加以固定，然后焊接。又大又重的器件不应放在pcb上，应装在整机的机箱底板上，并考虑散热问题。热敏元器件应远离发热元器件。 可调元器件的布局应考虑整机的结构要求。如是机

19、内调节，应放在pcb方便调节的地方；如是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。 考虑留出pcb定位孔和固定支架所占用的位置,PCB布局一般原则,PCB的元器件布局原则 按照功能单元进行的布局规则 按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，应该使相应的布局便于信号的传输，同时应使信号尽可能保持一致的方向。 布局应以每个功能电路的核心芯片为中心，围绕它进行布局。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线。 高频电路应考虑元器件的分布参数，一般电路应尽可能使元器件平行排列，美观、易焊接。 对于位于pcb边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm

20、；电路板的地最佳形状是矩形；长宽比为3：2或4：3。电路板尺寸大于200*150mm时，布局应考虑电路板所受的机械强度。,PCB布局一般原则,PCB的元器件布局原则 元器件的通用布局规则 低电平信号通道不能靠近高电平信号通道和无滤波的电源线，包括能产生瞬态过程的电路。 要将低电平的模拟电路和数字电路分开，避免模拟电路、数字电路和电源公共回路产生公共阻抗耦合。 高、中、低速逻辑电路在pcb上要采用不同的区域。 EMI滤波器应尽量靠近EMI源，并放在同一块板上。 DC/DC变化器、开关元器件和整流器应靠近变压去放置，以使导线长度最短。 Pcb按频率特性和电路开关特性分区，噪声元器件和非噪声元器件要

21、距离远一些。 保证PCB中的相邻板之间，同一板的相邻层之间，同一层相邻布线之间不能有过长的平行信号线。 对噪声敏感的元器件不应与大电流的高速开关线平行。,印刷电路板布线的基本原则,布线“美学” 转弯时要避免直角，尽量用斜线或圆弧过渡。 走线要整齐有序，分门别类集中排列，既避免了不同性质信号的相互干扰，也便于检查和修改。 大面积铺地时，地线（其实应该是地“面”）与信号线间尽量保持合理的相等距离，在防止短路、漏电的前提下尽量靠近。 对于弱电系统，地线与电源线要尽量靠近。 使用表贴元件的系统，信号线尽量全走正面。 地线布置 必须不遗余力地贯彻“大面积铺地”的原则。 铺地时，一般必须是网格状地，除非那

22、些被其它线路分割出来的零星地盘。网格状地的受热性能和高频导电性能都要大大优于整块的地线。,印刷电路板布线的基本原则,地线布置的技巧 大量使用表面贴装元件 充分利用正面空间 正面与反面的配合 地电流的路径要合理，大电流与微弱的信号电流决不能并肩前进。 其它布线原则 印制导线的布设应尽可能的短，在高频回路中更应如此； 当两面板布线时，两面的导线宜相互垂直、斜交、或弯曲走线，避免相互平行，以减小寄生耦合； 作为电路的输入及输出用的印制导线应尽量避免相邻平行，以免发生回馈，在这些导线之间最好加接地线。,PCB布线一般原则,pcb的基本特性 Pcb中的布线是有阻抗、电容和电感特性的 Pcb中的过孔有电容

23、特性 集成电路的封装有电容特性 接插件有电感特性 通用设计规则 尽量增大走线的间距，以减少电容耦合的串扰 尽量将电源层和地层平行地布置在相邻层中，以使pcb电容达到最大 尽量将敏感走线和高频走线布在远离高频噪声电源线的地方 尽量加宽电源线和地线，以减少电源线和地线的阻抗,PCB布线一般原则,布线技术 过孔：产生1-4nH的电感和0.5pF电容。故应尽量减少过孔。对高速并行线如果叠层改变不可避免，应使每根信号线的过孔数一样。 45的路径：尽量采用直线，拐弯不可避免时，应采用45 的路径 高频和敏感信号的路径上要避免使用短截线，会产生发射现象并产生辐射天线的作用。 避免使用星形和辐射形排列高速和敏

24、感信号线 固定路径宽度 避免洞和过孔密集 避免电源层和底层上的缝隙（长洞和宽通道） 应最小化环路面积 Pcb中大面积接地面填充区应连接到地，否则会充当辐射天线，产生电磁干扰,PCB布线一般原则,Pcb布线的通用规则 尽量选用多层板形式，以减小辐射骚扰；内层做电源和地层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，以加大信号线和接地层的分布电容，抑制其向空间辐射的能力。 电源线、地线、pcb走线对高频信号应保持低阻抗，各种走线要短而粗，同时线条要均匀。 对A/D转换类器件来说，数字部分与模拟部分的地线宁可共地也不要交叉。 弱信号电路和低频电路周围尽量不要形成电流环路。 I/O驱

25、动电路应尽量靠近pcb边缘的接插件，并使其尽量离开pcb 应采用地线将时钟区圈起来，时钟线应尽量短。,PCB布线一般原则,Pcb的通用布线规则 石英晶振的外壳一般应接地，在石英晶振和对噪声特别敏感的元器件下面不要走线 关键信号线要尽量粗，并在两边加保护地；高速线要短而直。 时钟线垂直于I/O线比平行时干扰小，时钟器件引脚要远离I/O电缆。 任何信号都不要形成环路或让环路尽可能小。 单层板和双层板用单点接地和单点接电源；电源线和地线要尽量粗 元器件引进要尽量短，去耦电容引脚尽量短，最好用贴片电容 尽量使用45度折线而不采用90度折线 时钟、总线、片选信号要远离I/O线和接插件 时钟发生器尽量靠近

26、使用该时钟的器件 模拟电压输入线、参考电压端一定要远离数字信号线特别是时钟,PCB布线一般原则,Pcb的其它布线规则 对于具有同一电流而方向相反得信号，布线时应尽可能利用平行布局的方式来消除相应的磁场干扰。 有瞬变电流的走线其干扰与电感密切相关，因此应尽量采用短而粗的走线，如时钟，总线驱动器等。 发热元器件周围或大电流通过的引线应尽量避免使用大面积铜箔，否则长时间受热易发生铜箔膨胀而脱落现象。采用大面积铜箔时最好使用栅格状，这样有利于铜箔与基板之间粘合剂受热产生挥发性气体的排出。 焊盘中心孔的直径要略大于元器件引脚的直径，焊盘外径根据板的密度一般在（d+1.2）mm到（d+1.0）mm之间。

27、总线驱动器应尽量靠近驱动的总线。对于那些离开pcb的引线，驱动器应尽量靠近连接器。,PCB布线一般原则,PCB的其它布线规则 减少pcb走线的不连续性，禁止环状走线。 时钟走线应靠近地线回路。 电源线和地线最好采用井字形网状布线结构，具体做法是：pcb的一面横向布线，另一面纵向布线，然后在交叉孔处用金属化孔连接。 尽量避免长距离平行走线（虽然减少了导线自感，但互感增加，串扰也加大），同时拉开线与线的距离，信号线与地线和电源线尽可能不交叉。 对干扰敏感的信号线在它们中间设置一个接地线，可以有效地抑制串扰。,单面板设计,通常只用于不包含周期信号（时钟）的产品或用于模拟信号的仪器和控制系统中。 一般

28、只用于几百KHz工作的情形，故不考虑终端匹配和信号完整性设计。 最简单的设计方法是从设计电源和接地线条开始；然后设计高风险信号，使其靠近接地线条，并且越近越好；最后进行其余线条的设计 非对称地放置不同封装尺寸的元件，采用同一电源要求的元件-单面板设计的标准做法 电源和地线采用径向路由布线-所有的线条都是从一个起始点辐射出去的，接地线和电源线紧邻（平行）布线，并使线条的全长最短。,双层板设计,结构一（低速、不常用） 将电源和地布成网格状，使组成的全部回路面积不超过1.5平方英寸（3.8cm2）。电源网格和地网格要分别闭合 使电源线与电路线条相互成90角，电源线条和接地线条各置于不同层上，两者相互

29、垂直。 电源和接地线的交叉点要穿越并置放去耦电容，IC芯片处也应放置去耦电容。 按垂直/水平方式布置信号线。 双面板空余的部分应使用接地线填充，并使尽可能多的位置与零伏参考电位相连接。 结构二 布线方法与第一种几乎相同，唯一的区别是电源和地线线条布在顶层和底层两层上。这样布线较容易且回路面积可减小。 进行双层板设计时，最好的方法是把它看成是两个单层板来设计。顶层和底层都采用单层板的设计规则和技术。任何时候都要保证接地环路控制，同时，要为RF回路电流提供一个实际存在的线条。,双层板的地线网格,高质量的PCB设计（双面）,印刷电路板的设计，从确定板的尺寸大小开始 印刷电路板的尺寸因受机箱外壳大小限

30、制，以能恰好安放入外壳内为宜 考虑印刷电路板与外接元器件（主要是电位器、插口或另外印刷电路板）的连接方式。 印刷电路板与外接元件一般是通过塑料导线或金属隔离线进行连接。但有时也设计成插座形式。 对于安装在印刷电路板上的较大的元件，要加金属附件固定，以提高耐振、耐冲击性能。 布线图设计的基本方法 全面了解所选用元件器及各种插座的规格、尺寸、面积等； 合理的、仔细的考虑各部件的位置安排； 按照电路图连接有关引脚，完成各部件的连线； 完成的方法有多种，印刷线路图的设计有计算机辅助设计与手工设计方法两种。,高质量的PCB设计（双面）,印刷线路元件布局结构设计 优良“结构”没有一个严格的“定义”和“模式

31、” 每一种仪器的结构必须根据具体要求（电气性能、整机结构安装及面板布局等要求），采取相应的结构设计方案，并对几种可行设计方案进行比较和反复修改。 印刷板电源、地总线的布线结构选择-系统结构 模拟电路和数字电路在元件布局图的设计和布线方法上有许多相同和不同之处。 模拟电路中，由于放大器的存在，由布线产生的极小噪声电压，都会引起输出信号的严重失真。 数字电路中，TTL噪声容限为0.4V0.6V,CMOS噪声容限为Vcc的0.30.45倍,故数字电路具有较强的抗干扰的能力。 良好的电源和地总线方式的合理选择是仪器可靠工作的重要保证，相当多的干扰源是通过电源和地总线产生的，其中地线引起的噪声干扰最大。

32、,高质量的PCB设计（双面）,布线图设计的基本方法 印刷电路中不允许有交叉电路，对于可能交叉的线条，可以用“钻”、“绕”两种办法解决。 在特殊情况下如果电路很复杂，为简化设计也允许用导线跨接，解决交叉电路问题。 电阻、二极管、管状电容器等元件有“立式”，“卧式”两种安装方式。 这两种不同的安装元件，印刷电路板上的元件孔距是不一样的。 同一级电路的接地点应尽量靠近，并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上。 特别是同级晶体管基极、发射极的接地点不能离得太远，否则因两个接地点间的铜箔太长会引起干扰与自激。,高质量的PCB设计（双面）,布线图设计的基本方法 总地线必须严格按高频-中频-低频一级

33、级地按弱电到强电的顺序排列原则，切不可随便翻来复去乱接，级与级间宁肯可接线长点，也要遵守这一规定。 强电流引线（公共地线，功放电源引线等）应尽可能宽些，以降低布线电阻及其电压降，可减小寄生耦合而产生的自激。 阻抗高的走线尽量短，阻抗低的走线可长一些，因为阻抗高的走线容易发射和吸收信号，引起电路不稳定。 电源线、地线、无反馈元件的基极走线、发射极引线等均属低阻抗走线 射极跟随器的基极走线、收录机两个声道的地线必须分开，各自成一路，一直到功放末端再合起来。,高质量的PCB设计（双面）,印刷板图设计中应注意的问题 布线方向：从焊接面看，元件的排列方位尽可能保持与原理图相一致，布线方向最好与电路图走线

34、方向相一致。 各元件排列，分布要合理和均匀，力求整齐，美观，结构严谨的工艺要求。 IC座：设计印刷板图在使用IC座时，一定要特别注意IC座上定位槽放置的方位是否正确，并注意各个IC脚位是否正确，如第1脚只能位于IC座的右下角线或者左上角，而且紧靠定位槽（从焊接面看）。 电位器：电位器安放位置应当满足整机结构安装及面板布局的要求，因此应尽可能放置在板的边缘，旋转柄朝外。在稳压器中用来调节输出电压，故设计电位器应满足顺时针调节时输出电压升高，反时针调节器节时输出电压降低。,高质量的PCB设计（双面）,印刷板图设计中应注意的问题 进出接线端布置 相关联的两引线端不要距离太大，一般为23/10英寸左右

35、较合适。 进出线端尽可能集中在1至2个侧面，不要太过离散。 设计布线图时要注意管脚排列顺序，元件脚间距要合理。 布线条宽窄和线条间距要适中，电容器两焊盘间距应尽可能与电容引线脚的间距相符。 设计应按一定顺序方向进行，例如可以由左往右和由上而下的顺序进行。 在保证电路性能要求的前提下，应力求走线合理，少用外接跨线，并按一定顺序要求走线，力求直观，便于安装和检修。 走线尽量少拐弯，力求线条简单明了。,高质量的PCB设计（双面）,其它布线原则 导线宽度应以能满足电气性能要求而又便于生产为宜，它的最小值以承受的电流大小而定，但最小不宜小于0.2mm，在高密度、高精度的印制线路中，导线宽度和间距一般可取

36、0.3mm； 导线宽度在大电流情况下还要考虑其温升，单面板实验表明，当铜箔厚度为50m、导线宽度11.5mm、通过电流2A时，温升很小，因此，一般选用11.5mm宽度导线就可能满足设计要求而不致引起温升； 印制导线的公共地线应尽可能地粗 在DIP封装的IC脚间走线，可应用1010与1212原则，即当两脚间通过2根线时，焊盘直径可设为50mil、线宽与线距都为10mil，当两脚间只通过1根线时，焊盘直径可设为64mil、线宽与线距都为12mil。 印制导线的间距：相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距应尽量宽些。,高质量的PCB设计（双面）,其它布线原则 印制导线的屏蔽

37、与接地：印制导线的公共地线，应尽量布置在印制线路板的边缘部分。在印制线路板上应尽可能多地保留铜箔做地线，这样得到的屏蔽效果，比一长条地线要好，传输线特性和屏蔽作用将得到改善，另外起到了减小分布电容的作用。 印制导线的公共地线最好形成环路或网状，这是因为当在同一块板上有许多集成电路，特别是有耗电多的元件时，由于图形上的限制产生了接地电位差，从而引起噪声容限的降低，当做成回路时，接地电位差减小。 接地和电源的图形尽可能要与数据的流动方向平行，这是抑制噪声能力增强的秘诀； 多层印制线路板可采取其中若干层作屏蔽层，电源层、地线层均可视为屏蔽层。 一般地线层和电源层设计在多层印制线路板的内层，信号线设计

38、在内层和外层。,高质量的PCB设计（双面）,电源线布置与电源滤波 电源线并非越粗越好，只有在大功率的场合，才必须保证足够的电源线宽度。 电源的质量主要不在于其绝对值，而在于电源的波动和叠加的干扰。而解决电源干扰的关键在于滤波电容。使用滤波电容时要注意以下几条： 整个电路的电源输入端应该有“总”的滤波措施，而且各种类型的电容要互相搭配，“一样都不能少”，至少不会坏事。 对于数字系统至少要有100uF电解10uF片钽0.1uF贴片1nF贴片。 较高频（100kHz）交流模拟系统： 100uF电解10uF片钽0.47uF贴片0.1uF贴片。 对于直流及低频模拟系统：1000uF电解10uF片钽1uF

39、贴片0.1uF贴片。 每个重要芯片身边都应该有“一套”滤波电容。电容应尽可能接近芯片的电源管脚并尽可能直接连接，越小的应越靠近。,高质量的PCB设计（双面）,焊盘 焊盘的直径和内孔尺寸：焊盘的内孔一般不小于0.6mm，因为小于0.6mm的孔开模冲孔时不易加工，通常情况下以金属引脚直径值加上0.2mm作为焊盘内孔直径，如电阻的金属引脚直径为0.5mm时，其焊盘内孔直径对应为0.7mm，焊盘直径取决于内孔直径，如下表： 孔直径(mm) 0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.6 2.0 焊盘直径(mm) 1.5 1.52 2.5 3.0 3.54 当焊盘直径为1.5mm时，为了增加焊盘

40、抗剥强度，可采用长不小于1.5mm，宽为1.5mm的长圆形焊盘，此种焊盘在集成电路引脚焊盘中最常见。 对于超出上表范围的焊盘直径可用下列公式选取： 直径小于0.4mm的孔：Dd0.53 直径大于2mm的孔：Dd1.52 式中：（D焊盘直径，d内孔直径）,高质量的PCB设计（双面）,有关焊盘的其它问题 焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm ，这样可以避免加工时导致焊盘缺损。 焊盘补泪滴：当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状，这样的好处是焊盘不容易起皮，而是走线与焊盘不易断开。 相邻的焊盘要避免成锐角或大面积的铜箔，成锐角会造成波峰焊困难，而且有桥接的危险，大面积铜箔

41、因散热过快会导致不易焊接。,PCB传输线,线条拓扑结构 微带线 带状线 传输线效应与阻抗 有损传输线、上升边退化和材料特性 其它常用传输线 铜轴电缆 双绞线,传输线的线条拓扑结构,传输线是由两条有一定长度的导线组成的 传输线用于将信号从一端传输到另一端，把一条称为信号路径，另一条称为返回路径。 重要特征： 特性阻抗 时延,传输线的线条拓扑结构,均匀传输线 均匀传输线也称为可控阻抗传输线，其反射小，信号质量高，故高速互连线都必须设计成均匀传输线 几何结构的两个基本特征，即导线沿线横截面的均匀程度和两导线的相似程度完全决定了传输线的电气特性。 平衡传输线：双绞线、共面线 非平衡传输线：铜轴线、微带

42、线 绝大多数传输线，不管是平衡还是非平衡，对信号的质量和串扰效应都没有影响。但返回路径的具体结构将严重影响地弹和EMI,传输线的阻抗,传输线的阻抗 由驱动器测量进入传输线前端的信号而得到，它随时间而变化。对于相同的传输线，根据末端的连接情况、传输线的长度和测量方法的不同，可以是短路、开路及其间的任意值。 如果测量时间小于往返时间，欧姆表测到的阻抗就是传输线的特性阻抗。 当上升时间比传输线的往返时间短时，驱动器就把传输线看成电阻，其阻值等于传输线的特性阻抗。 信号跳变期间，传输线前端的性能也会像一个电阻,传输线的阻抗,传输线的驱动 对所有的高速驱动器来说，当驱动一条传输线时，在往返时间内，它们受

43、到的输入阻抗等效为一个纯电阻，其大小等于传输线的特性阻抗 驱动器可以模型化为一个高速切换的电源和一个源电阻 电压源的具体电压与晶体管的拓扑结构有关，对cmos器件，电压可在1.5v-5v之间变化 源电阻的大小取决于器件工艺，通常在5-60 根据戴维南定理，为了使初始加到传输线上的电压更接近于源电压，驱动器的输出源电阻就必须很小。,传输线的物理基础,传输线上的信号速度 空气中的速度：v=12in/ns 电路板上的速度：v=6in/ns 传输线的时延：TD=Len/v 传输线的瞬态阻抗 把信号传输过程中每时刻受到的阻抗称为瞬态阻抗，它取决于信号的速度（材料特性）和单位长度的电容。 均匀传输线中信号

44、受到的瞬态阻抗是恒定的，称为传输线的特性阻抗 信号与传输线相互作用的重要特征就是当信号遇到瞬态阻抗变化时，一部分信号被反射，一部分更失真，信号完整性受到破坏。,传输线的物理基础,FR4上的微带线，若线宽是介质厚度的2倍，则特性阻抗约为50 导线间的介质厚度增加，单位长度电容会减小，则相应的特性阻抗会增加； 若导线的线宽增加，单位长度电容会增加，则相应的特性阻抗会下降。 著名的特性阻抗： 自由空间：377 ,Characteristic Impedance,Microstrip Line,ZO = ln,Strip Line,B,h,W,T,h,W,T,87 er + 1.414,5.98h 0

45、.8W + T,60 er,ZO = ln,1.9B 0.8W + T,传输线的特性阻抗,特性阻抗的近似计算 设计一个特定的特性阻抗，实际上就是不断调整线宽、介质厚度和介电常数的过程 不同类型的横截面，它的几何特征和特性阻抗的关系式也不同 FR4板上50微带线的线宽等于介质厚度的两倍。 FR4板上50带状线其两平面间的总介质厚度等于线宽的两倍,传输线的特性阻抗,特性阻抗的近似计算 铜轴型 平行的双园杆型 园杆平面型,传输线效应,返回路径 所有的电流，都必须构成回路，无一例外 电流总是在回路中流动。如果一些电流流向别处，那么它一定会返回到源端 传输线的零阶模型 任何影响信号电流路径或返回电流路径

46、的因素都会影响信号受到的阻抗，无论是PCB板、插头、还是IC封装，返回路径都必须向信号路径一样设计,传输线效应,返回路径 在多层板的平面型互连中，返回路径通常设计成平面 当返回路径是一个平面时 由于趋肤效应，信号电流只分布在导体的表面 返回路径中的电流分布集中在信号路径的下面，而且，正弦波频率越高，电流分布越集中。 当频率增加时，返回路径上的电流选择阻抗最低的路径。这转化到回路电感最低的路径，即返回电流必将尽量靠近信号电流。频率越高，这种趋势越明显。 任何妨碍返回电流靠近信号电流的因素，例如返回路径上有一道裂缝，都会增加回路电感，并增加信号受到的瞬态阻抗，这将引起信号失真。 电缆专门设计成返回路径靠近信号路径：铜轴线、双绞线,传输线效应,返回路径中参考平面的切换 对于多层板中的传输线，驱动器受到的阻抗主要由信号路径和与之最近的平面构成的阻抗决定，而与实际连接在驱动器返回端的平面无关。 相对于信号路径与相邻平面间的阻抗