第5讲 PCB走线

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,PCB走线要点,青岛感知信息科技有限公司,万娜,本章要点,PCB,布线层的设置,PCB,布线的线宽与间距,PCB,布线与焊盘连接,PCB,布线的一般原则,PCB,布线层的设置,在高速数字电路设计中，电源与地层应尽量靠在一起，中间不安排布线。所有布线层都尽量靠近一平面层，优选地平面为走线隔离层。,为了减少层间信号的电磁干扰，相邻布线层的信号线走向应取垂直方向。,可以根据需要设计,1-2,个阻抗控制层，如果需要更多的阻抗控制层需要与,PCB,产家协商。阻抗控制层要按要求标注清楚。将单板上有阻抗控制要求的网络布线分布在阻抗控制层上。,PCB,布线的线宽与间距,线宽和线间距的设置线宽和线间距的设置要考虑的因素,A.,单板的密度。板的密度越高，倾向于使用更细的线宽和更窄的间隙。,B.,信号的电流强度。当信号的平均电流较大时，应考虑布线宽度所能承载的的电流，线宽可参考以下数据：,铜皮厚度,35um,铜皮,t=10,铜皮厚度,50,um,铜皮,t=10,铜皮厚度,70,um,铜皮,t=10,PCB,布线的线宽与间距,在,PCB,设计加工中，常用,OZ,（盎司）作为铜皮厚度的单位，,1 OZ,铜厚的定义为,1,平方英尺面积内铜箔的重量为一盎，对应的物理厚度为,35um,；,2OZ,铜厚为,70um,据,PCB,供应商介绍，一般,PCB,不做特殊说明通常采用半盎司即,0.5oz(,约,18m),用铜皮作导线通过大电流时，铜箔宽度的载流量应参考表中的数值降额,50%,去选择考虑。,PCB,布线的线宽,尽量加宽电源、地线宽度，最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,最经细宽度可达,0.05,0.07mm,电源线为,1.2,2.5 mm,PCB,布线的线宽与间距,可靠性要求高时，倾向于使用较宽的布线和较大的间距。,并行总线接口信号走线线宽,10mil(,一般为,12-15mil),，如,/HCS,、,/HRD,、,/HWT,、,/RESET,。,模拟信号走线线宽,10mil(,一般为,12-15mil),，如,MICM,、,MICV,、,SPKV,、,VC,、,VREF,、,TXA1,、,TXA2,、,RXA,、,TELIN,、,TELOUT,。,所有其它信号走线尽量宽，线宽,5mil(,一般为,10mil),，元器件间走线尽量短,(,放置器件时应预先考虑,),。,旁路电容到相应,IC,的走线线宽,25mil,，并尽量避免使用过孔。,常用布线密度设计参考表,mm,（,mil,）,PCB,走线距板边距离,V-CUT,边大于,0.75mm,，铣槽边大于,0.3mm,。,为了保证,PCB,加工时不出现露铜的缺陷，要求所有的走线及铜箔距离板边：,VCUT,边大于,0.75mm,，铣槽边大于,0.3mm,（铜箔离板边的距离还应满足安装要求）。,考虑到,PCB,加工时钻孔的误差，所有走线距非安装孔都有最小距离要求。,1,）孔径,80mil(2mm),，走线距孔边缘,8mil,；,2,）,80mil(2mm),孔径,120mil(3mm),，,走线距孔边缘,12mil,；,3,）孔径,120mil(3mm),，走线距孔边缘,16mil,PCB,布线一般原则,金属外壳器件下不可有过孔和表层走线；,满足各类螺丝孔的禁布区要求；,PCB,布线一般原则,布线优先次序,关键信号线优先：电源、摸拟小信号、高速信号、时钟信号和同步信号等关键信号优先布线,密度优先原则：从单板上连接关系最复杂的器件着手布线。从单板上连线最密集的区域开始布线。,PCB,布线与焊盘连接,表面线路与,Chip,元器件的连接,SMT,焊盘引出的走线，,线路与,Chip,元件连接时，原则上可以在任意点连接。,尽量垂直引出，避免斜向拉线,对于两个焊盘安装的元件，如电阻、电容，与其焊盘连接的印制线最好从焊盘中心位置,等线宽,出线。对线宽,12 mil,的引出线可以不考虑此条规定，线宽宽度最大不超过焊盘边长较小值。,合理,不合理,与较宽印制线连接的焊盘,中间最好通过一段窄的印制线过渡，这一段窄的印制线通常被称为,“,隔热路径,”,，否则，对,2125(,英制即,0805),及其以下,CHIP,类,SMD,，焊接时极易出现,“,立片,”,缺陷。,PCB,布线与焊盘连接,0.5mm,PCB,布线与焊盘连接,表面线路与,SOIC,、,PLCC,、,QFP,、,SOT,等器件的焊盘连接,线路与,SOIC,、,PLCC,、,QFP,、,SOT,等器件的焊盘连接时，一般建议从焊盘两端,或中心位置,引出,；,不正确连接,正确连接,当从引脚宽度比走线细的,SMT,焊盘引线时，走线不能从焊盘上覆盖，应从焊盘末端引线，线宽宽度最大不超过焊盘边长较小值；,当密间距的,SMT,焊盘引线需要互连时，应在焊盘外部进行连接，不允许在焊盘中间直接连接。,PCB,布线与焊盘连接,对于插件式的元器件,，为避免焊接时出现铜箔断裂现象，,单面板的连接处应用铜箔完全包覆；,双面板最小要求应补泪滴,，,如图：,元器件出线必须从焊盘端面中心位置引出。,合理,不合理,PCB,焊盘与大面积覆铜连接,大面积电源区和接地区的元件连接焊盘，应设计成,十字花焊盘,，称之为热隔离（,heatshield,）俗称热焊盘（,Thermal,），,，以免大面积铜箔传热过快，影响元件的焊接质量，或造成虚焊；对于有电流要求的特殊情况允许使用阻焊膜限定的焊盘。,PCB,布线一般原则,走线角度,走线不可以出现任意角度线,我们以,45,和,135,为标准,同一网络的两根线交叉时,不要交叉成直角和锐角,可以用,45,或,135,线过渡,当一个线和直线交叉,切忌也不要走锐角,可以走直角,走线长度控制规则,即,短线规则,，在设计时应该尽量让布线长度尽量短，以减少由于走线过长带来的干扰问题，特别是一些重要信号线，如时钟线，务必将其振荡器放在离器件很近的地方。对驱动多个器件的情况，应根据具体情况决定采用何种网络拓扑结构。,倒角规则,PCB,设计中应避免产生锐角和直角，产生不必要的辐射，同时工艺性能也不好。,走线的开环检查规则,一般不允许出现一端浮空的布线（,Dangling Line),主要是为了避免产生,天线效应,，减少不必要的干扰辐射和接受，否则可能带来不可预知的结果。,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。,针对这一规则，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。,窜扰控制,串扰（,CrossTalk),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。,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。如要达到,98%,的电场不互相干扰，可使用,10W,的间距。,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。,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。在实际的制作中，,PCB,厂家将一些板的空置部分增加了一些铜箔，这主要是为了方便印制板加工，同时对防止印制板翘曲也有一定的作用。,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,。,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。,器件去藕规则,A.,在印制版上增加必要的去藕电容，滤除电源上的干扰信号，使电源信号稳定。在多层板中，对去藕电容的位置一般要求不太高，但对双层板，去藕电容的布局及电源的布线方式将直接影响到整个系统的稳定性，有时甚至关系到设计的成败。,B.,在双层板设计中，一般应该使电流先经过滤波电容滤波再供器件使用，同时还要充分考虑到由于器件产生的电源噪声对下游的器件的影响，一般来说，采用总线结构设计比较好，在设计时，还要考虑到由于传输距离过长而带来的电压跌落给器件造成的影响，必要时增加一些电源滤波环路，避免产生电位差。,C.,在高速电路设计中，能否正确地使用去藕电容，关系到整个板的稳定性。,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。,走线的方向控制规则,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；当由于板结构限制（如某些背板）难以避免出现该情况，特别是信号速率较高时，应考虑用地平面隔离各布线层，用地信号线隔离各信号线。,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。,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。,