pcb设计规则

Posted 2023-03-15

1.布局首先，要考虑PCB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。在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则：(1)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)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，以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。(3)应留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。根据电路的功能单元.对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则：(1)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。(2)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。(3)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。(4)位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形。长宽比为3：2成4：3。电路板面尺寸大于200x150mm时.应考虑电路板所受的机械强度。2.布线布线的原则如下:(1)输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线，以免发生反馈藕合。(2)印制摄导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定。(3)印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外，尽量避免使用大面积铜箔，否则.长时间受热时，易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时，最好用栅格状.这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。3.焊盘焊盘中心孔(直插式器件)要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径D一般不小于(d+1.2)mm，其中d为引线孔径。对高密度的数字电路，焊盘最小直径可取(d+1.0)mm。PCB及电路抗干扰措施:印制电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系，这里仅就PCB抗干扰设计的几项常用措施做一些说明。1.电源线设计根据印制线路板电流的大小，尽量加租电源线宽度，减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。2.地段设计地线设计的原则是:(1)数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而租，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。(2)接地线应尽量加粗。若接地线用很纫的线条，则接地电位随电流的变化而变化，使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗，使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能，接地线应在2~3mm以上。(3)接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制板，其接地电路布成团环路大多能提高抗噪声能力。4.退藕电容配置PCB设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部位配置适当的退藕电容。退藕电容的一般配置原则是：(1)电源输入端跨接10~100uf的电解电容器。如有可能，接100uF以上的更好。(2)原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01uf~0.1uf的瓷片电容，如遇印制板空隙不够，可每4~8个芯片布置一个1~10pF的但电容。(3)对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件，如RAM、ROM存储器件，应在芯片的电源线和地线之间直接接入退藕电容。5.过孔设计在高速PCB 设计中，看似简单的过孔也往往会给电路的设计带来很大的负面效应，为了减小过孔的寄生效应带来的不利影响，在设计中可以尽量做到(1)从成本和信号质量两方面来考虑，选择合理尺寸的过孔大小。例如对 6- 10 层的内存模块PCB 设计来说，选用10/20mil(钻孔/焊盘)的过孔较好，对于一些高密度的小尺寸的板子，也可以尝试使用 8/18Mil 的过孔。在目前技术条件下，很难使用更小尺寸的过孔了(当孔的深度超过钻孔直径的 6 倍时，就无法保证孔壁能均匀镀铜);对于电源或地线的过孔则可以考虑使用较大尺寸，以减小阻抗.(2)PCB 板上的信号走线尽量不换层，即尽量不要使用不必要的过孔.(3)电源和地的管脚要就近打过孔，过孔和管脚之间的引线越短越好(4)在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔，以便为信号提供最近的回路。甚至可以在 PCB 板上大量放置一些多余的接地过孔.6.降低噪声与电磁干扰的一些经验(1)能用低速芯片就不用高速的，高速芯片用在关键地方(2)可用串一个电阻的方法，降低控制电路上下沿跳变速率。(3)尽量为继电器等提供某种形式的阻尼，如 RC 设置电流阻尼(4)使用满足系统要求的最低频率时钟。(5)时钟应尽量靠近到用该时钟的器件，石英晶体振荡器的外壳要接地,用地线将时钟区圈起来，时钟线尽量短,石英晶体下面以及对噪声敏感的器件下面不要走线。时钟、总线、片选信号要远离 I/O 线和接插件,时钟线垂直于 I/O 线比平行于 I/O 线干扰小.(6)闲置不用的门电路输入端不要悬空，闲置不用的运放正输入端接地，负输入端接输出端 参考技术A 1、3W规则
为了减少线间串扰，应保证线间距足够大，当线中心间距不少于3倍线宽时，则可保持70%的电场不互相干扰，称为3W规则，使用10W的间距时，可以达到98%的电场不互相干扰。
2、20H规则
由于电源层与地层之间的电场是变化的，在板的边缘会向外辐射电磁干扰，称为边沿效应。
解决的办法是将电源层内缩，使得电场只在接地层的范围内传导。以一个H(电源和地之间的介质厚度)为单位，若内缩20H则可以将70%的电场限制在接地层边沿内;内缩100H则可以将98%的电场限制在内。
3、五–五规则
印制板层数选择规则，即时钟频率到5MHz或脉冲上升时间小于5ns，则PCB板须采用多层板，这是一般的规则，有的时候出于成本等因素的考虑，采用双层板结构时，这种情况下，最好将印制板的一面做为一个完整的地平面层。
4、地线回路规则
环路最小规则，即信号线与其回路构成的环面积要尽可能小，环面积越小，对外的辐射越少，接收外界的干扰也越小;
在地平面分割时，要考虑到地平面与重要信号走线的分布，防止由于地平面开槽等带来的问题;
在双层板设计中，在为电源留下足够空间的情况下，应该将留下的部分用参考地填充，且增加一些必要的孔，将双面地信号有效连接起来，对一些关键信号尽量采用地线隔离;
对一些频率较高的设计，需特别考虑其地平面信号回路问题，建议采用多层板为宜。
5、串扰控制
串扰(Cross
Talk)是指PCB上不同网络之间因较长的平行布线引起的相互干扰，主要是由于平行线间的分布电容和分布电感的作用，克服串扰的主要措施是：
● 加大平行布线的间距，遵循3W规则;
● 在平行线间插入接地的隔离线;
● 减小布线层与地平面的距离;
6、屏蔽保护
对应地线回路规则，实际上也是为了尽量减小信号的回路面积，多见于一些比较重要的信号，如时钟信号，同步信号;对一些特别重要，频率特别高的信号，应该考虑采用铜轴电缆屏蔽结构设计，即将所布的线上下左右用地线隔离，而且还要考虑好如何有效的让屏蔽地与实际地平面有效结合。
7、走线方向控制
即相邻层的走线方向成正交结构，避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向，以减少不必要的层间窜扰;(相邻层信号不平行即可，实际情况不一定非要正交，受限于走线空间)
考虑到空间有限时，特别是信号速率较高时，插入地平面隔离各布线层，用地信号线隔离各信号线。
8、走线的开环检查规则
不容许出现浮空多余的走线，为了避免产生"天线效应"，减少不必要的干扰辐射。
9、阻抗匹配检查规则
同一网络的布线宽度应保持一致，线宽的变化会造成线路特性阻抗的不均匀，当传输的速度较高时会产生反射，在设计中应该尽量避免这种情况。
在某些条件下，如接插件引出线，BGA封装的引出线类似的结构时，可能无法避免线宽的变化，应该尽量减少中间不一致部分的有效长度。
10、走线匹配规则
在高速数字电路中，当PCB布线的延迟时间大于信号上升时间(或下降时间)的1/4时，该布线即可以看成传输线，为了保证信号的输入和输出阻抗与传输线的阻抗正确匹配，可以采用多种形式的匹配方法，所选择的匹配方法与网络的连接方式和布线的拓朴结构有关。
11、走线闭环检查规则
防止信号线在不同层间形成自环，在多层板设计中容易发生此类问题，自环将引起辐射干扰。
12、走线的分枝长度控制规则
尽量控制分枝的长度，一般的要求是Tdelay<=Trise/20。
13、走线的谐振规则
主要针对高频信号设计而言，即布线长度不得与其波长成整数倍关系，以免产生谐振现象。
14、走线长度控制规则
即短线规则，走线尽量短，特别是重要的信号线如时钟线。
15、倒角规则
走线避免出现直角和锐角。
16、器件去耦规则
添加必要的去耦电容，电源先经过电容滤波后再给器件使用，去耦电容遵从靠近原则。
17、器件布局分区/分层规则
不同频率的器件，一般高速放在接口处，关于地平面，考虑将两者的地分割，然后在接口处单点连接。
对混合电路，有的将数字和模拟分别放在PCB的两面，中间用地层隔离。
18、孤立铜区控制规则
孤立铜区的出现，将带来一些不可预知的问题，因此将孤立铜区与别的信号相接，有助于改善信号质量，通常是将孤立铜区接地或删除。
19、电源与地线层的完整性规则
对于导通孔密集的区域，要注意避免孔在电源和地层的挖空区域相互连接，形成对平面层的分割，从而破坏平面层的完整性，并进而导致信号线在地层的回路面积增大。
20、重叠电源与地线层规则
不同电源层在空间上要避免重叠。主要是为了减少不同电源之间的干扰，特别是一些电压相差很大的电源之间，电源平面的重叠问题一定要设法避免，难以避免时可考虑中间隔地层。

Altium AD20常用的基本PCB规则设计

PCB规则设计是PCB设计中至关重要的一项环节，它约束了电气要求、布线方式、器件摆放位置等信息，为后续的自动或手动布局、布线提供依据。完善的PCB规则设计，不仅可以减少设计中错误的产生，更能提高设计效率。

---

PCB设计规则管理器

---

• 打开AD，设计 - 规则，打开PCB设计规则管理器。
  
• 规则约束一共有10大类，分别是：
  电气规则：包含间距、短路、开路等。
  信号线规则：线宽、过孔、差分线、扇孔等。
  贴片规则
阻焊规则
铺铜规则
测试点规则
生产部分规则
高速部分的规则
放置器件的规则
信号完整性分析的规则
  
  
  

---

常用规则

---

1、安全间距（最小线间距）（6mil）

安全间距在 Electrical - Clearece 中设置。

一般最小间距为3.5~6mil，具体要看生产商的工艺参数。6mil算是最基本的工艺能力。

如需更改线与线、线与铜、孔与线这些间距时，请到下方表格修改。

2、线宽（6mil）

线宽在 Routing - Width 中设置。

一般最小线宽为3.5~6mil，具体要看生产商的工艺参数。6mil算是最基本的工艺能力。

3、过孔（12 24mil）

线宽在 Routing - Routing Via Style 中设置。

一般最小的过孔尺寸为 内径0.2mm 外径0.4mm，具体要看生产商的工艺参数。内径0.3mm 外径0.6mm（12mil 24mil）算是最基本的工艺能力。

4、过孔盖油

这项不关乎PCB规则设计，但Altium的3D支持盖油显示，不正确设置会导致3D的显示与实际有出入。

• 阻焊层过孔盖油设置：Mask - Solder Mask Expansion，点击红框按钮后，将两个盖油勾上。
  
• 这样再去用3d观察过孔。
  

5、内电层焊盘样式

5.1、平面层连接样式

平面层连接样式 在 Plane - Power Plane Connect Style 中设置。

AD默认为 热焊盘 Relief Connect 的焊盘样式，无特殊情况下，请更改为 直接连接 Direct Connect。（这里说的平面层不是表层和底层，而是中间层，默认为负片显示）

如果使用热焊盘，在网络相同的内电层的过孔样式如下：

热焊盘只是为了减小焊接时向周围热量的传导、方便手动焊接。而正常生产都是回流焊，不必考虑手动焊接的便捷性，直接实铜连接最为可靠。

5.2、反焊盘间距

反焊盘间距 在 Plane - Power Plane Clearance 中设置。

间距起码要大于等于PCB板商的最小线距。

反焊盘：指的是负片中铜皮与焊盘的距离。（仅限于中间层，顶层与底层中这样的不算）

下图片一个网络为GND的过孔，在电源层的反焊盘。因为是负片，所以深红色的地方无铜。

5.3、焊盘与覆铜连接类型

焊盘与覆铜连接类型 在 Plane - Polygon Connect Style 中设置。

AD默认为 热焊盘 Relief Connect 的焊盘样式，无特殊情况下，请更改为 直接连接 Direct Connect。（这里说的是表层和底层，正片显示）

6、丝印与焊盘的最小间距

丝印与焊盘的最小间距 在 Manufacturing - Silk To Solder Mask Sliver 中设置。

7、普通过孔的大小

这项不关乎PCB规则设计，但布线操作、及后期铺整板GND过孔时会用到它，就放一起处理了。

如果从快捷工具栏使用过孔时，是没有网络的。大小也是默认值需要人为更改，这里可以先设置好，以便以后使用。

• 点击AD右上角的小齿轮图标（或者右键 - 优先选项，快捷键 T P）
• 选择 PCB Editor - Defaults - Via，将右侧的孔尺寸更改。
• 盖油：如果在前面第4步操作时就已经设置了盖油，那么此项的盖油应该是默认勾选的，不用人为更改。
• 设置好后确定，再拖出的过孔，就是刚刚设置好的尺寸。
  

电源网络的线宽规则，因每人PCB不同而不同，添加时留意各规则的优先级。