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PCB设计的布线规则

在PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而做的，在整个PCB中，以布线的设计过程限定高，技巧细、工作量大。

PCB布线有单面布线、双面布线及多层布线。布线的方式也有两种：自动布线及交互式布线，在自动布线之前，可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行，以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。

自动布线的布通率，依赖于良好的布局，布线规则可以预先设定， 包括走线的弯曲次数、导通孔的数目、步进的数目等。一般行探索式布经线，快速地把短线连通，然后进行迷宫式布线，先把要布的连线进行全局的布线路径优化，它可以根据需要断开已布的线。并试着重新再布线，以改进总体效果。

对目前高密度的PCB设计已感觉到贯通孔不太适应了，它浪费了许多宝贵的布线通道，为解决这一矛盾，出现了盲孔和埋孔技术，它不仅完成了导通孔的作用，还省出许多布线通道使布线过程完成得更加方便，更加流畅，更为完善，PCB板的设计过程是一个复杂而又简单的过程，要想很好地掌握它，还需广大电子工程设计人员去自已体会，才能得到其中的真谛。



1. 电源、地线的处理

既使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。所以对电、地线的布线要认真对待，把电、地线所产生的噪音干扰降到低限度，以产品的质量。

对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因， 现只对降低式抑制噪音作以表述：

（1）众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。
（2）尽量加宽电源、地线宽度，好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线＞电源线＞信号线，通常信号线宽为：0.2～0.3mm,经细宽度可达0.05～0.07mm,电源线为1.2～2.5mm对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用)

（3）用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板，电源，地线各占用一层。


2. 数字电路与模拟电路的共地处理

现在有许多PCB不再是单一功能电路（数字或模拟电路），而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题，特别是地线上的噪音干扰。

数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强，对信号线来说，高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件，对地线来说，整人PCB对外界只有一个结点，所以在PCB内部进行处理数、模共地的问题，而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连，只是在PCB与外界连接的接口处（如插头等）。数字地与模拟地有一点短接，请注意，只有一个连接点。也有在PCB上不共地的，这由系统设计来决定。



3. 信号线布在电（地）层上

在多层印制板布线时，由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多，再多加层数就会造成浪费也会给生产增加一定的工作量，成本也相应增加了，为解决这个矛盾，可以考虑在电（地）层上进行布线。应考虑用电源层，其次才是地层。因为好是保留地层的完整性。


4. 大面积导体中连接腿的处理

在大面积的接地（电）中，常用元器件的腿与其连接，对连接腿的处理需要进行综合的考虑，就电气性能而言，元件腿的焊盘与铜面满接为好，但对元件的焊接装配就存在一些不良隐患如：①焊接需要大功率加热器。②容易造成虚焊点。

所以兼顾电气性能与工艺需要，做成十字花焊盘，称之为热隔离（heat shield）俗称热焊盘（Thermal），这样，可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。多层板的接电（地）层腿的处理相同。



5. 布线中网络系统的作用

在许多CAD系统中，布线是依据网络系统决定的。网格过密，通路虽然有所增加，但步进太小，图场的数据量过大，这必然对设备的存贮空间有更高的要求，同时也对象计算机类电子产品的运算速度有的影响。而有些通路是无效的，如被元件腿的焊盘占用的或被安装孔、定们孔所占用的等。网格过疏，通路太少对布通率的影响。所以要有一个疏密合理的网格系统来支持布线的进行。

标准元器件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm),所以网格系统的基础一般就定为0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍数，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。



6. 设计规则检查（DRC）

布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求，一般检查有如下几个方面：

（1）线与线，线与元件焊盘，线与贯通孔，元件焊盘与贯通孔，贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理，是否满足生产要求。
（2）电源线和地线的宽度是否合适，电源与地线之间是否紧耦合（低的波阻抗）在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。
（3）对于关键的信号线是否采取了佳措施，如长度短，加保护线，输入线及输出线被明显地分开。
（4）模拟电路和数字电路部分，是否有各自立的地线。
（5）后加在PCB中的图形（如图标、注标）是否会造成信号短路。
（6）对一些不理想的线形进行修改。
（7）在PCB上是否加有工艺线？阻焊是否符合生产工艺的要求，阻焊尺寸是否合适，字符标志是否压在器件焊盘上，以免影响电装质量。
（8）多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小，如电源地层的铜箔露出板外容易造成短路。



7. 检查是否有锐角、阻抗不连续点等

（1）对于高频电流来说，当导线的拐弯处呈现直角甚至锐角时，在靠近弯角的部位，磁通密度及电场强度都比较高，会辐射较强的电磁波，而且此处的电感量会比较大，感抗便也比钝角或圆角要大一些。

（2）对于数字电路的总线布线来说，布线拐弯呈现钝角或圆角，布线所占的面积比较小。在相同的线间距条件下，总的线间距所占的宽度要比直角拐弯的少0.3倍。

8. 检查3W、3H原则

（1）时钟、复位、100M以上信号以及一些关键的总线信号等与其他信号线布线满足3W原则，同层和相邻层无较长平行走线，且链路上过孔尽量少。

（2）高速信号的过孔数量问题，有些器件指导书上一般对高速信号的过孔数量要求比较严格，咨询互连的原则的是除了的管脚fanout过孔外，严禁在内层打多余的过孔，他们布过8G的PCIE 3.0的走线，也打过4个过孔，没有问题。

（3）同层时钟及高速信号中心距需严格满足3H（H为走线层到回流平面间距）；相邻层的信号严禁重叠，建议也满足3H的原则，关于上述的串扰问题，有工具可以检查的。


深圳市赛孚电路科技有限公司成立于2011年，公司由多名电路板行业的级人士创建，是国内的PCB/FPC快件服务商之一。公司成立以来，一直专注样品，中小批量领域。快速的交付以及过硬的产品品质赢得了国内外客户的信任。公司是广东电路板行业协会会员企业，是深圳高新技术认证企业。拥有完善的质量管理体系，先后通过了ISO9001、ISO14000、TS16949、UL、RoHS认证。公司目前拥有员工300余人，厂房面积9000平米，月出货品种6000种以上，年生产能力为150000平方米。为了满足客户多样化需求，2017年公司成立了PCBA事业部，自有SMT生产线，为客户提供PCB+SMT一站式服务。 公司一直致力于“打造中国的PCB制造企业”。注重人才培养，倡导全员“自我经营”理念，拥有一支朝气蓬勃、敬业、经验丰富的技术、生产及管理队伍；专注于PCB的工艺技术的研究与开发，努力提升公司在PCB领域内的技术水平和制造能力.

      公司产品广泛应用于通信、工业控制、计算机应用、航空航天、、医疗、测试仪器、电源等各个领域。我们的产品包括：高多层PCB、HDI PCB、PCB高频板、软硬结合板、FPC等特种高难度电路板，专注于多品种，中小批量领域。我们的客户分布各地，目前外销订单占比70%以上。

光模块是啥呢，其实就是信号转换器，就是在发送的时候先把电信号变成光信号，中间是光纤传送，在接收的时候再把电信号转成光信号，那个转换器就是光模块。

在光模块的产业链中，从上下游梳理，主要是光芯片、光器件、光模块和设备，所以你看，光模块属于产业链的靠下的位置，再往后就是通信设备商了。

而目前呢，咱们的瓶颈主要是在光芯片上。光模块的核心呢就是芯片，也就是咱们的瓶颈端。芯片呢又分光芯片和电芯片，尤其是光芯片，核心技术就是在光芯片。在光模块中，成本占比高的就是光芯片，基本在50%左右，电芯片的成本在20%左右。


光模块的逻辑是什么呢？



因为我们在跟踪一个行业或者公司的时候，在业绩弹性方面，通常会从两个方向考虑。就是价格会不会涨，第二就是需求会不会提高。如果价格也涨，销量也涨，那业绩的确定性就高，你看，今年大火的PCB不就是这个逻辑？



那我们先来看量。大家都知道，5G呢，基站的数量是要远远大于4G的，因为要传输速度快，信号好，所以波长就短频率就高，但是频率高就容易被挡，传输距离就进，所以需要的基站数量就要多，基本是4G的2倍。

这还不算那些小基站和微基站，都包括进来那用的更多，因为小基站的需求是宏基站的两倍，那就更多了。所以在5G的建设期，这个需求是持续放量的。

而进入5G时代之后，云计算、边缘计算的兴起带动超大规模数据中心与小型数据中心的建设也会兴起，所以数据中心方面的需求也快速放大，基本是4G时代的40倍以上。

那价格方面呢，因为5G时代对于性能的要求提高了，所以价格也会大幅提升，也就是说利润空间会大幅提升。

说到这，我又想起咱们前段时间说消费电子的逻辑，为什么放到射频和天线上，为什么不是摄像头和手机屏幕？根据量价提升的逻辑，大家琢磨下，就明白了。

除此之外，第二个逻辑是国产替代，比如现在主流的光模块用的是25G的，这种光芯片，咱们的国产化率不到5%，所以发力空间很大。


深圳市赛孚电路科技有限公司成立于2011年，公司由多名电路板行业的级人士创建，是国内的PCB/FPC快件服务商之一。快速的交付以及过硬的产品品质赢得了国内外客户的信任。公司是广东电路板行业协会会员企业，是深圳高新技术认证企业。拥有完善的质量管理体系，先后通过了ISO9001、ISO14000、TS16949、UL、RoHS认证。公司目前拥有员工300余人，厂房面积9000平米，月出货品种6000种以上，年生产能力为150000平方米。公司主要产品有：光模块PCB，PCB四层板，PCB六层板，PCB八层板，10层PCB板，12层PCB板，HDI，软硬结合板等产品类型

如果数字逻辑电路的频率达到或者超过45MHZ~50MHZ,而且工作在这个频率之上的电路已经占到了整个电子系统一定的份量(比如说1/3),通常就称为高频电路。高频电路设计是一个非常复杂的设计过程,其布线对整个设计至关重要!



【招】多层板布线



高频电路往往集成度较高,布线密度大,采用多层板既是布线所,也是降低干扰的有效手段。在PCB Layout阶段,合理的选择一定层数的印制板尺寸,能充分利用中间层来设置屏蔽,更好地实现就近接地,并有效地降低寄生电感和缩短信号的传输长度,同时还能大幅度地降低信号的交叉干扰等,所有这些方法都对高频电路的可靠性有利。



有资料显示,同种材料时,四层板要比双面板的噪声低20dB。但是,同时也存在一个问题,PCB半层数越高,制造工艺越复杂,单位成本也就越高,这就要求我们在进行PCB Layout时,除了选择合适的层数的PCB板,还需要进行合理的元器件布局规划,并采用正确的布线规则来完成设计。


【第二招】高速电子器件管脚间的引线弯折越少越好

高频电路布线的引线好采用全直线,需要转折,可用45度折线或者圆弧转折,这种要求在低频电路中仅仅用于提高铜箔的固着强度,而在高频电路中,满足这一要求却可以减少高频信号对外的发射和相互间的耦合。


【第三招】高频电路器件管脚间的引线越短越好

信号的辐射强度是和信号线的走线长度成正比的,高频的信号引线越长,它就越容易耦合到靠近它的元器件上去,所以对于诸如信号的时钟、晶振、DDR的数据、LVDS线、USB线、HDMI线等高频信号线都是要求尽可能的走线越短越好。


【第四招】高频电路器件管脚间的引线层间交替越少越好

所谓“引线的层间交替越少越好”是指元件连接过程中所用的过孔(Via)越少越好。据侧,一个过孔可带来约0.5pF的分布电容,减少过孔数能显著提高速度和减少数据出错的可能性。


【第五招】注意信号线近距离平行走线引入的“串扰”

高频电路布线要注意信号线近距离平行走线所引入的“串扰”,串扰是指没有直接连接的信号线之间的耦合现象。由于高频信号沿着传输线是以电磁波的形式传输的,信号线会起到天线的作用,电磁场的能量会在传输线的周围发射,信号之间由于电磁场的相互耦合而产生的不期望的噪声信号称为串扰(Crosstalk)。



PCB板层的参数、信号线的间距、驱动端和接收端的电气特性以及信号线端接方式对串扰都有一定的影响。所以为了减少高频信号的串扰,在布线的时候要求尽可能的做到以下几点：


在布线空间允许的条件下,在串扰较严重的两条线之间插入一条地线或地平面,可以起到隔离的作用而减少串扰。


当信号线周围的空间本身就存在时变的电磁场时,若无法避免平行分布,可在平行信号线的反面布置大面积“地”来大幅减少干扰。


在布线空间许可的前提下,加大相邻信号线间的间距,减小信号线的平行长度,时钟线尽量与关键信号线垂直而不要平行。


如果同一层内的平行走线几乎无法避免,在相邻两个层,走线的方向务必却为相互垂直。


在数字电路中,通常的时钟信号都是边沿变化快的信号,对外串扰大。所以在设计中,时钟线宜用地线包围起来并多打地线孔来减少分布电容,从而减少串扰。


对高频信号时钟尽量使用低电压差分时钟信号并包地方式,需要注意包地打孔的完整性。


闲置不用的输入端不要悬空,而是将其接地或接电源(电源在高频信号回路中也是地),因为悬空的线有可能等效于发射天线,接地就能抑制发射。实践证明,用这种办法消除串扰有时能立即见效。


【第六招】集成电路块的电源引脚增加高频退藕电容

每个集成电路块的电源引脚就近增一个高频退藕电容。增加电源引脚的高频退藕电容,可以有效地抑制电源引脚上的高频谐波形成干扰。


【第七招】高频数字信号的地线和模拟信号地线做隔离

模拟地线、数字地线等接往公共地线时要用高频扼流磁珠连接或者直接隔离并选择合适的地方单点互联。高频数字信号的地线的地电位一般是不一致的,两者直接常常存在一定的电压差,而且,高频数字信号的地线还常常带有非常丰富的高频信号的谐波分量,当直接连接数字信号地线和模拟信号地线时,高频信号的谐波就会通过地线耦合的方式对模拟信号进行干扰。



所以通常情况下,对高频数字信号的地线和模拟信号的地线是要做隔离的,可以采用在合适位置单点互联的方式,或者采用高频扼流磁珠互联的方式。


【第八招】避免走线形成的环路

各类高频信号走线尽量不要形成环路,若无法避免则应使环路面积尽量小。


【第九招】良好的信号阻抗匹配

信号在传输的过程中,当阻抗不匹配的时候,信号就会在传输通道中发生信号的反射,反射会使合成信号形成过冲,导致信号在逻辑门限附近波动。


消除反射的根本办法是使传输信号的阻抗良好匹配,由于负载阻抗与传输线的特性阻抗相差越大反射也越大,所以应尽可能使信号传输线的特性阻抗与负载阻抗相等。同时还要注意PCB上的传输线不能出现突变或拐角,尽量保持传输线各点阻抗连续,否则在传输线各段之间也将会出现反射。这就要求在进行高速PCB布线时,要遵守以下布线规则：


USB布线规则：要求USB信号差分走线,线宽10mil,线距6mil,地线和信号线距6mil。


HDMI布线规则：要求HDMI信号差分走线,线宽10mil,线距6mil,每两组HDMI差分信号对的间距超过20mil。


LVDS布线规则要求LVDS信号差分走线,线宽7mil,线距6mil,目的是控制HDMI的差分信号对阻抗为100+-15%欧姆DDR布线规则。DDR1走线要求信号尽量不走过孔,信号线等宽,线与线等距,走线满足2W原则,以减少信号间的串扰,对DDR2及以上的高速器件,还要求高频数据走线等长,以信号的阻抗匹配。


【第十招】保持信号传输的完整性

保持信号传输的完整性,防止由于地线分割引起的“地弹现象”。


   深圳市赛孚电路科技有限公司成立于2011年，公司由多名电路板行业的级人士创建，是国内的PCB/FPC快件服务商之一。公司成立以来，一直专注样品，中小批量领域。快速的交付以及过硬的产品品质赢得了国内外客户的信任。公司是广东电路板行业协会会员企业，是深圳高新技术认证企业。拥有完善的质量管理体系，先后通过了ISO9001、ISO14000、TS16949、UL、RoHS认证。公司目前拥有员工300余人，厂房面积9000平米，月出货品种6000种以上，年生产能力为150000平方米。