你知道什么是PCB嗎？那你知道什么是PCB布局布線規(guī)則嗎？一,、元器件布局的10條規(guī)則：遵照“先大后小,，先難后易”的布置原則，即重要的單元電路、核心元器件應(yīng)當(dāng)優(yōu)先布局。布局中應(yīng)參考原理框圖，根據(jù)單板的主信號(hào)流向規(guī)律安排主要元器件,。元器件的排列要便于調(diào)試和維修，亦即小元件周圍不能放置大元件,、需調(diào)試的元,、器件周圍要有足夠的空間。
相同結(jié)構(gòu)電路部分,，盡可能采用“對(duì)稱式”標(biāo)準(zhǔn)布局,，按照均勻分布、重心平衡、版面美觀的標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化布局,。同類型插裝元器件在X或Y方向上應(yīng)朝一個(gè)方向放置,。同一種類型的有極性 分立元件也要力爭(zhēng)在X或Y方向上保持一致，便于生產(chǎn)和檢驗(yàn),。
發(fā)熱元件要一般應(yīng)均勻分布,，以利于單板和整機(jī)的散熱，除溫度檢測(cè)元件以外的溫度敏感器件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱量大的元器件,。布局應(yīng)盡量滿足以下要求：總的連線盡可能短,，關(guān)鍵信號(hào)線最短;高電壓、大電流信號(hào)與小電流,，低電壓的弱信號(hào)完全分開;模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)分開;高頻信號(hào)與低頻信號(hào)分開;高頻元器件的間隔要充分,。
去偶電容的布局要盡量靠近IC的電源管腳，并使之與電源和地之間形成的回路最短,。元件布局時(shí),，應(yīng)適當(dāng)考慮使用同一種電源的器件盡量放在一起， 以便于將來(lái)的電源分隔,。
二,、布線
1、布線優(yōu)先次序
鍵信號(hào)線優(yōu)先：摸擬小信號(hào),、高速信號(hào),、時(shí)鐘信號(hào)和同步信號(hào)等關(guān)鍵信號(hào)優(yōu)先布線。密度優(yōu)先原則：從單板上連接關(guān)系最復(fù)雜的器件著手布線,。從單板上連線 最密集的區(qū)域開始布線,。
注意點(diǎn)：
盡量為時(shí)鐘信號(hào)、高頻信號(hào),、敏感信號(hào)等關(guān)鍵信號(hào)提供專門的布線層,，并保證其最小的回路面積,。必要時(shí)應(yīng)采取手工優(yōu)先布線,、屏蔽和加大安全間距等方法。保證信號(hào)質(zhì)量,。電源層和地層之間的EMC環(huán)境較差,，應(yīng)避免布置對(duì)干擾敏感的信號(hào)。有阻抗控制要求的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)盡量按線長(zhǎng)線寬要求布線,。
2,、四種具體走線方式
1 )時(shí)鐘的布線：
時(shí)鐘線是對(duì)EMC 影響最大的因素之一。在時(shí)鐘線上應(yīng)少打過(guò)孔,，盡量避免和其它信號(hào)線并行走線,，且應(yīng)遠(yuǎn)離一般信號(hào)線，避免對(duì)信號(hào)線的干擾。同時(shí)應(yīng)避開板上的電源部分,，以防止電源和時(shí)鐘互相干擾,。如果板上有專門的時(shí)鐘發(fā)生芯片，其下方不可走線,，應(yīng)在其下方鋪銅,，必要時(shí)還可以對(duì)其專門割地。對(duì)于很多芯片都有參考的晶體振蕩器,，這些晶振下方也不應(yīng)走線,，要鋪銅隔離。
2)直角走線：
直角走線一般是PCB布線中要求盡量避免的情況,，也幾乎成為衡量布線好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一,，那么直角走線究竟會(huì)對(duì)信號(hào)傳輸產(chǎn)生多大的影響呢?從原理上說(shuō)，直角走線會(huì)使傳輸線的線寬發(fā)生變化,，造成阻抗的不連續(xù),。其實(shí)不光是直角走線，頓角,，銳角走線都可能會(huì)造成阻抗變化的情況,。
直角走線的對(duì)信號(hào)的影響就是主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：拐角可以等效為傳輸線上的容性負(fù)載，減緩上升時(shí)間;阻抗不連續(xù)會(huì)造成信號(hào)的反射;直角尖端產(chǎn)生的EMI,。
3)差分走線：
差分信號(hào)(Differential Signal)在高速電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,，電路中最關(guān)鍵的信號(hào)往往都要采用差分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。定義：通俗地說(shuō),，就是驅(qū)動(dòng)端發(fā)送兩個(gè)等值,、反相的信號(hào)，接收端通過(guò)比較這兩個(gè)電壓的差值來(lái)判斷邏輯狀態(tài)“0”還是“1”,。而承載差分信號(hào)的那一對(duì)走線就稱為差分走線,。
差分信號(hào)和普通的單端信號(hào)走線相比，最明顯的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：抗干擾能力強(qiáng),，因?yàn)閮筛罘肿呔€之間的耦合很好,，當(dāng)外界存在噪聲干擾時(shí)，幾乎是同時(shí)被耦合到兩條線上,，而接收端關(guān)心的只是兩信號(hào)的差值,，所以外界的共模噪聲可以被完全抵消。能有效抑制EMI,，同樣的道理,，由于兩根信號(hào)的極性相反，他們對(duì)外輻射的電磁場(chǎng)可以相互抵消,，耦合的越緊密,，泄放到外界的電磁能量越少,。
時(shí)序定位精確，由于差分信號(hào)的開關(guān)變化是位于兩個(gè)信號(hào)的交點(diǎn),，而不像普通單端信號(hào)依靠高低兩個(gè)閾值電壓判斷,，因而受工藝，溫度的影響小,，能降低時(shí)序上的誤差,，同時(shí)也更適合于低幅度信號(hào)的電路。目前流行的LVDS(low voltage differential signaling)就是指這種小振幅差分信號(hào)技術(shù),。
對(duì)于PCB工程師來(lái)說(shuō),，最關(guān)注的還是如何確保在實(shí)際走線中能完全發(fā)揮差分走線的這些優(yōu)勢(shì)。也許只要是接觸過(guò)Layout的人都會(huì)了解差分走線的一般要求,，那就是“等長(zhǎng),、等距”。等長(zhǎng)是為了保證兩個(gè)差分信號(hào)時(shí)刻保持相反極性,，減少共模分量;等距則主要是為了保證兩者差分阻抗一致,，減少反射?！氨M量靠近原則”有時(shí)候也是差分走線的要求之一,。
4)蛇形線：
蛇形線是Layout中經(jīng)常使用的一類走線方式。其主要目的就是為了調(diào)節(jié)延時(shí),，滿足系統(tǒng)時(shí)序設(shè)計(jì)要求,。設(shè)計(jì)者首先要有這樣的認(rèn)識(shí)：蛇形線會(huì)破壞信號(hào)質(zhì)量，改變傳輸延時(shí),，布線時(shí)要盡量避免使用,。但實(shí)際設(shè)計(jì)中，為了保證信號(hào)有足夠的保持時(shí)間,，或者減小同組信號(hào)之間的時(shí)間偏移,，往往不得不故意進(jìn)行繞線。
注意點(diǎn)：
成對(duì)出現(xiàn)的差分信號(hào)線,，一般平行走線,，盡量少打過(guò)孔，必須打孔時(shí),，應(yīng)兩線一同打孔,，以做到阻抗匹配,。相同屬性的一組總線,，應(yīng)盡量并排走線，做到盡量等長(zhǎng),。從貼片焊盤引出的過(guò)孔盡量離焊盤遠(yuǎn)些,。
3,、布線常用規(guī)則
1)走線的方向控制規(guī)則：
即相鄰層的走線方向成正交結(jié)構(gòu)。避免將不同的信號(hào)線在相鄰層走成同一方向,，以減少不必要的層間竄擾;當(dāng)由于板結(jié)構(gòu)限制(如某些背板)難以避免出現(xiàn)該情況,，特別是信號(hào)速率較高時(shí)，應(yīng)考慮用地平面隔離各布線層,，用地信號(hào)線隔離各信號(hào)線,。
2)走線的開環(huán)檢查規(guī)則：
一般不允許出現(xiàn)一端浮空的布線(Dangling Line)， 主要是為了避免產(chǎn)生"天線效應(yīng)",，減少不必要的干擾輻射和接受,，否則可能帶來(lái)不可預(yù)知的結(jié)果。
3)阻抗匹配檢查規(guī)則：
同一網(wǎng)絡(luò)的布線寬度應(yīng)保持一致,，線寬的變化會(huì)造成線路特性阻抗的不均勻,，當(dāng)傳輸?shù)乃俣容^高時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡量避免這種情況,。在某些條件下,，如接插件引出線，BGA封裝的引出線類似的結(jié)構(gòu)時(shí),，可能無(wú)法避免線寬的變化,，應(yīng)該盡量減少中間不一致部分的有效長(zhǎng)度。
4)走線長(zhǎng)度控制規(guī)則：
即短線規(guī)則,，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡量讓布線長(zhǎng)度盡量短,，以減少由于走線過(guò)長(zhǎng)帶來(lái)的干擾問(wèn)題，特別是一些重要信號(hào)線,，如時(shí)鐘線,，務(wù)必將其振蕩器放在離器件很近的地方。對(duì)驅(qū)動(dòng)多個(gè)器件的情況,，應(yīng)根據(jù)具體情況決定采用何種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),。
5)倒角規(guī)則：
PCB設(shè)計(jì)中應(yīng)避免產(chǎn)生銳角和直角， 產(chǎn)生不必要的輻射,，同時(shí)工藝性能也不好,。
6)器件去耦規(guī)則：
在印制版上增加必要的去耦電容，濾除電源上的干擾信號(hào),，使電源信號(hào)穩(wěn)定,。在多層板中，對(duì)去耦電容的位置一般要求不太高,，但對(duì)雙層板,，去藕電容的布局及電源的布線方式將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有時(shí)甚至關(guān)系到設(shè)計(jì)的成敗,。在雙層板設(shè)計(jì)中,，一般應(yīng)該使電流先經(jīng)過(guò)濾波電容濾波再供器件使用,。在高速電路設(shè)計(jì)中，能否正確地使用去耦電容,，關(guān)系到整個(gè)板的穩(wěn)定性,。
7)器件布局分區(qū)/分層規(guī)則：
主要是為了防止不同工作頻率的模塊之間的互相干擾，同時(shí)盡量縮短高頻部分的布線長(zhǎng)度,。對(duì)混合電路,，也有將模擬與數(shù)字電路分別布置在印制板的兩面，分別使用不同的層布線,，中間用地層隔離的方式,。
8)地線回路規(guī)則：
環(huán)路最小規(guī)則，即信號(hào)線與其回路構(gòu)成的環(huán)面積要盡可能小,，環(huán)面積越小,，對(duì)外的輻射越少，接收外界的干擾也越小,。
9)電源與地線層的完整性規(guī)則：
對(duì)于導(dǎo)通孔密集的區(qū)域,，要注意避免孔在電源和地層的挖空區(qū)域相互連接，形成對(duì)平面層的分割,，從而破壞平面層的完整性,，并進(jìn)而導(dǎo)致信號(hào)線在地層的回路面積增大。
10)3W規(guī)則：
為了減少線間串?dāng)_,，應(yīng)保證線間距足夠大,，當(dāng)線中心間距不少于3倍線寬時(shí)，則可保持70%的電場(chǎng)不互相干擾,，稱為3W規(guī)則,。如要達(dá)到98%的電場(chǎng)不互相干擾，可使用10W的間距,。
11)屏蔽保護(hù)
對(duì)應(yīng)地線回路規(guī)則,，實(shí)際上也是為了盡量減小信號(hào)的回路面積，多見于一些比較重要的信號(hào),，如時(shí)鐘信號(hào),，同步信號(hào)。對(duì)一些特別重要,，頻率特別高的信號(hào),，應(yīng)該考慮采用銅軸電纜屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即將所布的線上下左右用地線隔離,，而且還要考慮好如何有效的讓屏蔽地與實(shí)際地平面有效結(jié)合,。
12)走線終結(jié)網(wǎng)絡(luò)規(guī)則：
在高速數(shù)字電路中， 當(dāng)PCB布線的延遲時(shí)間大于信號(hào)上升時(shí)間(或下降時(shí)間) 的1/4時(shí),，該布線即可以看成傳輸線,，為了保證信號(hào)的輸入和輸出阻抗與傳輸線的阻抗正確匹配，可以采用多種形式的匹配方法,， 所選擇的匹配方法與網(wǎng)絡(luò)的連接方式和布線的拓樸結(jié)構(gòu)有關(guān),。
對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(一個(gè)輸出對(duì)應(yīng)一個(gè)輸入) 連接， 可以選擇始端串聯(lián)匹配或終端并聯(lián)匹配,。前者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，成本低，但延遲較大,。后者匹配效果好,，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高,。對(duì)于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)(一個(gè)輸出對(duì)應(yīng)多個(gè)輸出) 連接,， 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)為菊花鏈時(shí)，應(yīng)選擇終端并聯(lián)匹配,。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)為星型結(jié)構(gòu)時(shí),，可以參考點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。
星形和菊花鏈為兩種基本的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),， 其他結(jié)構(gòu)可看成基本結(jié)構(gòu)的變形,， 可采取一些靈活措施進(jìn)行匹配。在實(shí)際操作中要兼顧成本,、 功耗和性能等因素,， 一般不追求完全匹配，只要將失配引起的反射等干擾限制在可接受的范圍即可,。
13)走線閉環(huán)檢查規(guī)則：
防止信號(hào)線在不同層間形成自環(huán),。在多層板設(shè)計(jì)中容易發(fā)生此類問(wèn)題， 自環(huán)將引起輻射干擾,。
14)走線的分枝長(zhǎng)度控制規(guī)則：
盡量控制分枝的長(zhǎng)度,，一般的要求是Tdelay<=Trise/20。
15)走線的諧振規(guī)則：
主要針對(duì)高頻信號(hào)設(shè)計(jì)而言,， 即布線長(zhǎng)度不得與其波長(zhǎng)成整數(shù)倍關(guān)系,， 以免產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。
16)孤立銅區(qū)控制規(guī)則：
孤立銅區(qū)的出現(xiàn),， 將帶來(lái)一些不可預(yù)知的問(wèn)題,， 因此將孤立銅區(qū)與別的信號(hào)相接， 有助于改善信號(hào)質(zhì)量,，通常是將孤立銅區(qū)接地或刪除,。在實(shí)際的制作中， PCB廠家將一些板的空置部分增加了一些銅箔,，這主要是為了方便印制板加工,，同時(shí)對(duì)防止印制板翹曲也有一定的作用,。
17)重疊電源與地線層規(guī)則：
不同電源層在空間上要避免重疊。主要是為了減少不同電源之間的干擾,， 特別是一些電壓相差很大的電源之間,， 電源平面的重疊問(wèn)題一定要設(shè)法避免， 難以避免時(shí)可考慮中間隔地層,。
18)20H規(guī)則：
由于電源層與地層之間的電場(chǎng)是變化的,， 在板的邊緣會(huì)向外輻射電磁干擾。稱為邊沿效應(yīng),。解決的辦法是將電源層內(nèi)縮,， 使得電場(chǎng)只在接地層的范圍內(nèi)傳導(dǎo)。以一個(gè)H(電源和地之間的介質(zhì)厚度)為單位,，若內(nèi)縮20H則可以將70%的電場(chǎng)限制在接地層邊沿內(nèi);內(nèi)縮100H則可以將98%的電場(chǎng)限制在內(nèi),。
4、其他
對(duì)于單雙層板電源線應(yīng)盡量粗而短,。電源線和地線的寬度要求可以根據(jù)1mm的線寬最大對(duì)應(yīng)1A 的電流來(lái)計(jì)算,，電源和地構(gòu)成的環(huán)路盡量小。為了防止電源線較長(zhǎng)時(shí),，電源線上的耦合雜訊直接進(jìn)入負(fù)載器件,，應(yīng)在進(jìn)入每個(gè)器件之前，先對(duì)電源去藕,。且為了防止它們彼此間的相互干擾,，對(duì)每個(gè)負(fù)載的電源獨(dú)立去藕，并做到先濾波再進(jìn)入負(fù)載,。這些就是PCB的布局布線的規(guī)則,，需要大家在設(shè)計(jì)的時(shí)候更加規(guī)范。