PCB板得设计流程

1、布局设计

在设计中如何放置特殊元器件时首先考虑PCB尺寸大小。快易购指出pcb尺寸过大时，印刷线条长，阻抗增加，抗燥能力下降，成本也增加；过小时，散热不好，且临近线条容易受干扰。在确定PCB的尺寸后，在确定特殊元件的摆方位置。最后，根据功能单元，对电路的全部元器件进行布局。

2、放置顺序

放置与结构有紧密配合的元器件，如电源插座、指示灯、开关、连接器等。放置特殊元器件，如大的元器件、重的元器件、发热元器件、变压器、IC等。放置小的元器件。

3、布局检查

电路板尺寸和图纸要求加工尺寸是否相符合。元器件的布局是否均衡、排列整齐、是否已经全部布完。各个层面有无冲突。如元器件、外框、需要私印的层面是否合理。常用到的元器件是否方便使用。如开关、插件板插入设备、须经常更换的元器件等。热敏元器件与发热元器件距离是否合理。散热性是否良好。线路的干扰问题是否需要考虑。

扩展资料

PCB在电子设备中具有如下功能。

1、提供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支承，实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘，提供所要求的电气特性。

2、为自动焊接提供阻焊图形，为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。

3、电子设备采用印制板后，由于同类印制板的一致性，避免了人工接线的差错，并可实现电子元器件自动插装或贴装、自动焊锡、自动检测，保证了电子产品的质量，提高了劳动生产率、降低了成本，并便于维修。

4、在高速或高频电路中为电路提供所需的电气特性、特性阻抗和电磁兼容特性。

5、内部嵌入无源元器件的印制板，提供了一定的电气功能，简化了电子安装程序，提高了产品的可靠性。 

6、在大规模和超大规模的电子封装元器件中，为电子元器件小型化的芯片封装提供了有效的芯片载体。

-PCB

-PCB设计

什么是PCB电路板的工艺要求？

EDA技术pcb板设计中布线规则

　在EDA技术PCB板设计中，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。那么PCB板的布线规则是什么呢有什么特点呢一起来看看吧!

　在整个PCB板设计中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细、工作量最大。PCB板布线分单面布线、 双面布线及多层布线。PCB板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，可以用交互式预先进行要求比较严格的布线。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。

　PCB板自动布线的布通率，依赖于良好的PCB板布局，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。一般先进行探索式布经线，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板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，为解决这个问题，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流畅，更加完善。PCB板设计过程是一个复杂而又简单的过程，要想很好地掌握它，还需电子工程设计人员去自已体会，总结经验。

　1、电源、地线的处理

　在整个PCB板设计中，即使布线完成得都很好，但因为电源、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。所以对电源、地线的布线要认真对待，把电源、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量。

　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。众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。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：02～03mm，最经细宽度可达005～007mm，电源线为12～25 mm，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) 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板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PCB板设计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件，对地线来说，整个PCB板对外界只有一个结点，所以必须在PCB板内部进行处理数、模共地的问题。而在PCB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板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板上不共地的，这由系统设计来决定。

　3、信号线布在电(地)层上

　在多层PCB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。

　首先应考虑用电源层，其次才是地层。因为最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PCB板的接电(地)层腿的处理相同。

　5、PCB板布线中网络系统的作用

　在许多CAD系统中，PCB板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极大的影响。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极大。所以要有一个疏密合理的网格系统来支持布线的进行。

　标准元器件两脚之间的距离为01英寸(254mm)，所以网格系统的基础一般就定为01英寸(254 mm)或小于01英寸的整倍数如005英寸、0025英寸、002英寸等。

　6、设计规则检查(DRC)

　PCB板布线设计完成后，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PCB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板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最佳措施，如长度最短，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，是否有各自独立的地线。

　(5)后加在PCB板中的图形(如图标、注标)是否会造成信号短路。 对一些不理想的线形进行修改。

　(6)在PCB板上是否加有工艺线，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。

　(7)多层PCB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。

　拓展阅读：

　办公室的网络布线设计规划方案介绍

　一、办公室布线网络设计原则

　1、综合性

　办公室布线需要满足各种不同模拟或数字信号的传输需求，将所有的语言、数据、图象、 监控设备的布线组合在一套标准的布线系统上， 设备与信息出口之间只需一根标准的连接线通过标准的接口把它们接通即可。

　2、可靠性

　办公室布线系统使用的产品必须要通过国际组织认证，布线系统的设计、安装、测试以ANSI EIA/TIA 568A及GB/T50311-200为布线标准、遵循国内的布线规范和测试规范。

　3、灵活性

　每个办公地点到底使用多少个信息点，办公室布线不仅满足用户当前需求，也要符合用户对未来信息系统统的期望;而且数据、语音双绞线布线应具有可换性，构成一套完整的布线系统。

　4、合理性

　办公室强弱电的布线走向要合理搭配，互不干扰，而且要外形美观;用户同时使用计算机的电源、电话、网线要方便操作、便于以后的运行维护。

　5、有线和无线的互补性

　根据大楼的具体建筑环境和办公要求，长期还是临时使用网络等情况下，决定采用有线的布线还是无线;一般来说，是将有线和无线结合起来，发挥各自的特长，来达到我们上网办公的目的。

　二、办公室网络布线网络的实施

　1、办公室布线的需求

　办公室布线的信息插座作为布线系统的水平子系统一部分，不管企业的办公应用如何变化，办公室综合布线需要满足我们以下要求。

　对电话的要求：利用电话交换机，将企业与外界有效地联系起来，同时方便内部通话。

　对电脑网络的要求：综合布线采用星形结构，能支持现在及今后的网络应用 10Mb以太网、 100Mb快速以太网、1000Mb千兆位以太网。

　对图像传输方面的需求：模拟图像、数字图像、会议电视等。

　现代化的办公环境，通讯时刻要保证稳定可靠。在出现下面情况的时候，我们都要谨慎考虑布线系统：在新大楼修建前，在新大楼修建中，在旧楼改造时，在企业需迁新址时;在公司电话、电脑应用增加，而尚未采用综合布线时;在企业以往的布线系统不能满足需求时。

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pcb 国家标准

1、PCB尺寸

背景说明PCB的尺寸受限于电子加工生产线设备的能力，因此，在产品系统方案设计时应考虑合适的PCB尺寸。

(1)SMT设备可贴装的最大PCB尺寸源于PCB板料的标准尺寸，大多数为20″×24″，即508mm×610mm(导轨宽度)

(2)推荐尺寸是SMT生产线各设备比较匹配的尺寸，有利于发挥各设备的生产效率，消除设备瓶颈。

(3)对于小尺寸的PCB应该设计成拼版，以提高整条生产线的生产效率。

设计要求

(1)一般情况下，PCB的最大尺寸应限制在460mm×610mm范围内。

(2)推荐尺寸范围为(200~250)mm×(250~350)mm，长宽比应《2。

(3)对于尺寸《125mm×125mm的PCB，应拼版为合适的尺寸。

2、PCB外形

背景说明SMT生产设备是用导轨传送PCB的，不能传送不规则外形的PCB，特别是角部有缺口的PCB。

设计要求

(1)PCB外形应为规则的方形且四角倒圆。

(2)为保证传送过程中的平稳性，对不规则形状的PCB应考虑用拼版的方式将其转换为规范的方形，特别是角部缺口最好要补齐，以免波峰焊接夹爪传送过程中卡板。

(3)纯SMT板，允许有缺口，但缺口尺寸应小于所在边长度的三分之一，对于超过此要求的，应将设计工艺边补齐。

(4)金手指的倒边设计除了插入边要求设计倒角外，插板两侧边也应该设计(1~15)×45°的倒角，以利于插入。

3、传送边

背景说明传送边的尺寸取决于设备的传送导轨要求，印刷机、贴片机和再流焊接炉，一般要求传送边在35mm以上。

设计要求

(1)为减少焊接时PCB的变形，对非拼版PCB一般将其长边方向作为传送方向;对于拼版也应将其长边方向作为传送方向。

(2)一般将PCB或拼版传送方向的两条边作为传送边，传送边的最小宽度为50mm，传送边正反面内，不能有任何元器件或焊点。

(3)非传送边，SMT设备方面没有限制，最好预留25mm的元件禁布区。

4、定位孔

背景说明拼版加工、组装、测试等很多工序需要PCB准确定位，因此，一般都要求设计定位孔。

设计要求

(1)每块PCB，至少应设计两个定位孔，一个设计为圆形，另一个设计为长槽形，前者用于定位，后者用于导向。

定位孔径没有特别要求，根据自己工厂的规范设计即可，推荐直径为24mm、30mm。

定位孔应为非金属化孔。如果PCB为冲裁PCB，则定位孔应设计孔盘，以加强刚度。

导向孔长一般取直径的2倍即可。

定位孔中心应离传送边50mm以上，两个定位孔尽可能离的远些，建议布局在PCB的对角处。

(2)对于混装PCB(安装有插件的PCBA，定位孔的位置最好正反一致，这样，工装的设计可以做到正反面公用，如装螺钉底托也可用于插件的托盘。

5、定位符号

背景说明现代贴片机、印刷机、光学检测设备(AOI)、焊膏检测设备(SPI)等都采用了光学定位系统。因此，PCB上必须设计光学定位符号。

设计要求

(1)定位符号分为整体定位符号(Global Fiducial)与局部定位符号(Local

Fiducial)。前者用于整板定位，后者用于拼版子板或精细间距元器件的定位。

(2)光学定位符号可以设计成正方形、菱形圆形、十字形、井字形等，高度为20mm。一般推荐设计成Ø10m的圆形铜定义图形，考虑到材料颜色与环境的反差，留出比光学定位符号大1mm的无阻焊区，其内不允许有任何字符，同一板面上的三个符号下内层有无铜箔应一致。

(3)在有贴片元器件的PCB面上，建议在板的角部布设三个整板光学定位符号，以便对PCB进行立体定位(三点决定一个平面，可以检测焊膏的厚度)。

(4)对于拼版，除了要有三个整板光学定位符号外，每块单元板上对角处最好也设计两个或三个拼版光学定位符号。

(5)对引线中心距≤05mm的QFP以及中心距≤08mm的BGA等器件，应在其对角设置局部光学定位符号，以便对其精确定位。

(6)如果是双面都有贴装元器件，则每一面都应该有光学定位符号。

(7)如果PCB上没有定位孔，光学定位符号的中心应距离PCB传送边65mm以上，如果PCB上有定位孔，光学定位符号的中心应设计在定位孔靠PCB中心侧。

印制线路板设计注意事项

PCB是国内外标准化程度较高的产品之一。从PCB设计、使用的基材到PCB产品和验收方法都有国际统一的系列标准和不同国家的国家/行业标准。

国外主要标准

国际上和PCB有关的标准主要有：国际电工委员会(IEC)249和326系列标准;美国IPC-4001系列标准、IPC 6010系列标准、IPC TM

650标准及军标MIL系列标准;日本JPCA 5010系列标准;英国的BS 9760系列标准等。

国内主要标准

我国有关印制板的标准分为国标、国家军用标准和行业标准三个系列。

国标主要有：GB 4721～4725等系列的材料标准;GB 4588系列的产品和设计有关标准;GB 4677系列的试验方法标准。

《GB/T 45883-2002 印制板的设计和使用》目录

国家军用标准主要有：GJB 362A(总规范)和GJB 2424(基材)系列标准。

行业标准主要有：SJ系列标准(电子行业)和QJ系列标准(航天行业)等。

我国PCB主要引用标准如下表所示：

▲我国PCB主要引用标准

备注：

① 国标GB 4588系列标准中规定了印制板各项性能和要求，但是没有质量保证要求。

② IPC标准系列配套性好，适用性强。我国的PCB标准制订工作正在向这方面努力。

③

在IPC的印制板验收标准中，IPC-A-600F以验收要求的图解说明为主，图文并茂，技术要求直观，主要说明了能直接观察到的或通过放大和显微剖切能观察到的印制板内部和外部质量状况，但是没有通过其他方法测量的技术要求和质量保证条款。

④ IPC-6011系列标准对印制板的各项技术要求全面，也有质量保证条款。

一般电子产品的结构设计的思路和规范有哪些

印制线路板的设计是指在EDA软件上已经绘制好电路图、制作好元器件的封装后，下一步将要把元器件放到合适的空间位置，并连接好这些元器件，生成可制造的计算机文件的过程，PCB设计完成后才能交付厂家生成制造，它是电路板制造中非常关键的一环，是将计算机上的电路图纸文件转换成承载元器件、具备电气连接关系的实物板的中间纽带。

1印制线路板的元件布局考虑

在PCB设计过程中，按照设计要求，把元器件放置到板上的过程叫做布局。这在概念上和走线是有区别的，通常是对元器件有一个整体的布局规划，然后可以边布局边走线（适用于PCB板布局空间较充分的场合），也可以在元件布局完成后再走线，走线的过程中随时进行局部位置的调整。元器件布局操作的基本原则主要有以下几个方面。

①遵照“先大后小，先难后易”的布置原则，即重要的单元电路、核心元器件应当优先布局。

②元器件布局中应参考原理框图，根据主信号流向规律安排主要元器件。

③元器件布局应该尽量考虑下一步的布线要求：总的连线尽可能短，关键信号线最短；高电压、大电流信号与低电压、小电流的弱信号完全分开，模拟信号与数字信号分开；高频信号与低频信号分开；高频元器件的间隔要充分。

④相同结构电路部分，尽可能采用“对称式”标准进行元器件布局

⑤按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准优化。

⑥器件布局栅格的设置，一般IC器件布局时，栅格应为50~100mil，小型表面安装器件，如表面贴装元件布局时栅格设置应不少于25mil。

⑦如有特殊要求，应在交付制作时作出说明。

⑧同类型插装元器件在X或Y方向上应朝同一个方向放置；同一类型的有极性分立元件也要力争在X或Y方向上保持一致，便于生产和检验。

⑨发热元件一般应均匀分布，以利于单板和整机的散热，除温度检测元件以外的温度敏感器件应远离发热量大的元器件。

⑩元器件的排列要便于调试和维修，亦即小元件周围不能放置大元件、需调试的元器件周围要有足够的空间。

(11)需用波峰焊工艺生产的单板，其紧固件安装孔和定位孔都应为非金属化孔。当安装孔需要接地时，应采用分布接地小孔的方式与地平面连接。

(12)焊接面的贴装元件采用波峰焊接工艺时，阻、容件轴向要与波峰焊传送方向垂直，阻排及SOP（引脚间距大于等于127mm）元器件轴向与传送方向平行；引脚间距小于127mm（50mil）的IC、SOJ、PLCC、QFP等有源元件避免波峰焊焊接。

(13)BGA与相邻元器件的距离＞5mm，其他贴面元件相互间的距离＞07mm；贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm；有压接件的PCB、压接的接插件周围5mm内不能有插装元器件，在焊接面其周围的5mm内也不能有贴装元器件。

(14)IC去耦电容的布局要尽量靠近IC的电源管脚，并使之与电源和地之间形成的回路最短。

(15)元件布局时，应适当考虑使用同一种电源的器件尽量放在一起，以便于将来的电源分离。

(16)用于阻抗匹配目的的阻容器件的布局，要根据其属性合理布局。串联匹配电阻的布局要靠近该信号的驱动端，距离一般不超过500mil，匹配电阻、电容的布局一定要分清信号的源端与终端，对于多负载的终端匹配一定要在信号的最远端匹配。

(17)布局完成后打印出装配图供原理图设计者检查器件封装的正确性，并且确认单板、背板和接插件的信号对应关系，经确认无误后方可开始布线。

2印制线路板的布局规范

①铜箔最小线宽：单面板03mm，双面板02mm，边缘铜箔最小要05mm

②铜箔最小间隙：单面板035mm，双面板025mm

③铜箔与板边的最小距离为05mm，元件与板边最小距离为1mm，焊盘与板边最小距离为1mm。

④一般通孔安装元件的焊盘大小（直径）为孔径的两倍，双面板最小为15mm，单面板最小为20mm（建议25mm）。如果不能用圆形焊盘，可用腰圆形焊盘。

⑤电解电容不可触及发热元件，如大功率电阻，热敏电阻，变压器，散热器等，电解电容与散热器的间隔最小为10mm，其他元件到散热器的间隔最小为20mm。

⑥大型元器件（如变压器、直径150mm以上的电解电容、大电流的插座等）加大铜箔及上锡面积如图所示，阴影部分面积最小要与焊盘面积相等。

⑧上锡位不能有丝印油。

⑨焊盘中心距小于25mm的，该相邻的焊盘周围要有丝印油包裹，丝印油宽度为02mm（建议05mm）。

⑩跳线不要放在IC下面或马达，电位器以及其他大体积金属外壳的元件下。

(11)在大面积PCB设计中（大约超过500cm²以上），为防止过锡炉时PCB板弯曲，应在PCB板中间留一条5~10mm宽的空隙不放元器件（可走线），以用来在过锡炉时加上防止PCB弯曲的压条，如下图所示：

(12)建议有极性和不好区分引脚的元件在丝印上标出，如三极管在丝印上标出e,b,c脚。

(13)需要过锡炉后才焊的元件，焊盘要开走锡位，方向与过锡方向相反，宽度视孔的大小为05~10mm，如图所示：

(14)设计双面板时要注意，金属外壳的元件，插件时外壳与印制板接触的，顶层的焊盘不可开窗，一定要用绿油或丝印油盖住（例如两脚的晶振）。

(15)为减少焊点短路，所有的双面印制板，过孔都不开绿油窗。

(16)每一块PCB上都必须用实心箭头标出过锡炉的方向，如下图所示：

(17)孔洞箭距离最小为125mm（对双面板无效）如下图所示：

(18)布局时，DIP封装的IC摆放的方向必须与过锡炉的方向成垂直，不可平行，如图所示；如果布局上有困难，可允许水平放置IC（SOP封装的IC摆放方向与DIP相反）。

(19)布线方向为水平或垂直，由垂直转入水平走45°进入。

(20)元件的安放为水平或者垂直，尽量不要斜放。

(21)丝印字符为水平或右转90°摆放。

(22)若铜箔圆焊盘的宽度较圆焊盘的直径小时，需要补加泪滴，如图所示：

(23)如果印制板上大面积地线和电源线区（面积超过500mm²），应局部开窗口，如下图所示：

(24)横插元件（电阻，二极管等）脚间中心，相距必须是75mm，100mm及125mm（如必要，6,0mm亦可利用，但适用于1N4148型二极管或1/16W电阻上，1/4W电阻由10mm开始）。跳线的脚间中心距必须是5mm，75mm，125mm，15mm，175mm，20mm，225mm，25mm。

(25)印制板的阻焊丝印油如图所示：

(26)横插元件阻焊油方向

(27)直插元件阻焊油方向

(28)PCB板上的散热孔，直径不可大于35mm。

(29)PCB上如果有φ12mm或方形12mm以上的孔，必须做一个防止焊锡流出的孔盖，如下图所示：

(30)印制板横插元件（电阻、二极管）间最小距离X如下表所示：

(31)直插元件只适用于外围尺寸或直径不大于105mm的元件。

(32)直插元件孔的中心距位25mm或50mm

(33)直插元件间最小间隙要符合一下图表所示：

(34)测试焊盘：测试焊盘以φ20mm为标准，最小不低于φ15mm

(35)在用贴片元件的PCB板上，为了提高贴片元件的贴装准确性，PCB板上必须设有校正标记（MARKS），且每一块板最少要两个标记，分别设于PCB的一组对角上，如下图所示：

(36)一般标记的形状有：正方形、三角形、圆形、菱形等，如图所示：

(37)最常用的标记为正方形和圆形，标记部的铜箔或焊锡从标记中心方形的5mm范围内无焊迹或图案；标记部的铜箔或焊锡从标记中心圆形的4mm范围内应无焊迹或图案。如下图所示：

(38)对于表面贴装IC（QFN等封装），当引脚间距小于08mm时，要求在零件的单位对角加两个标记，作为该零件的校正标记，如下图所示：

(39)在一块板上有相同的多块板时，只要指定一个电路的标记或零件的标准标记后，其他电路也可以自动地移动识别标记，但是其他的电路由180°角度（调头配置）时标记只限用圆形（实心或空心）。

(40)贴片元件的间距如图所示：

(41)贴片元件与直插元件之间的距离，如图所示：

(42)交流220V电源部分的火线与中线在铜箔安全距离不小于30mm，交流220v线中任一PCB线或可触及点距离低压零件及壳体之间距应大于6mm，并且要加上警告符号，符号下面要有“高压危险”字符，强电与弱电间应用粗的丝印线分开，以警告维修人员该处为高压部分，要小心操作。

(43)当无维护文件时，PCB板上的保险管、保险电阻、交流220V的滤波电容、变压器等元件位置附近，丝印面上应该有警告符号及该元件的标称值。

(44)PCB铜箔L-N-地间距≥3mm

(45)外壳间隙至带电体（铜箔）≥3mm，爬电距离≥6mm

(46)L-L间距≥1mm（250VAC以内），250VAC以上则需要大于等于3mm

(47)同时使用两种电压时，不同电压间距≥6mm

12双层电路板设计要点上下层信号走线如何处理数字信号与模拟信

1、模具知识

2、加工知识

3、材料知识

4、工艺知识

5、软件知识

6、成本知识

你先了解上面的几，基本你就知道为什么那样做了。

还不懂的可以在线HI我。1，机械制图，3d建模

2，材料学，力学

3，材料热处理，表面处理工艺

4，塑料、五金、压铸模具知识

5，设计理论：热设计，电磁兼容设计，防震防水防磁隔音等设计，人机理论

6，电子电路知识，印制电路板制作及工艺，常用电子元器件及其性能参数

7，安规及相关国家或行业标准你好！

1 简介

要想了解在使用分辨率等于或高于 12 位 ADC 时可能发生的问题,需要确定 ADC 能够处理多小的电压值。电压范围为 2 V 的 8 位 ADC 能够检测最小电压值为 2 V/256 = 0008 V,即 8 mV 左右。尽管 8 mV 看上去比较小,让我们把这个值和更高分辨率的 ADC 进行比较,表 1 显示了对具有输入范围为±1 V 和分辨率为 8 到 20 位的各 ADC 进行的比较。

表 1 ADC 分辨率

当分辨率为 20 位时,ADC 能够处理最小为 2 μV 的电压。稍微提高增益,您可以处理低于 1 μV 的电压。另外,包含窄输入范围(高 ADC 增益)的低分辨率 ADC 系统也可以处理微伏范围的电压值。

使用低分辨率ADC时,1 mV以下的偏移和噪声源是无意义的。但使用12位到20位ADC时,该值将起着重要作用。 未习惯于敏感模拟电路的设计师会容易忽略这些偏差。目前的电子产品越来越小,因此单是较小的电路板几何形状就能引起许多问题。

2 走线电阻确实很重要

当 PCB 缩小时,走线宽度会更窄,距离更加接近。目前的电子产品中走线宽度和走线之间的间隙一般不超过 6 密耳(0006 英寸)。即使您指定了大小为 6 密耳的走线,仍可以通过过度蚀刻轻松地使该值降至 4 或 5 密耳。 那么,为什么我们需要留意走线变小的现象当走线变窄时,走线电阻会增加。公式 1 提供了计算走线电阻的标准公式:

公式1

PCB 上走线的厚度为 1 盎司铜,长度为 1 英寸,宽度为 8 密耳,其电阻将为 0062 欧姆。表 2 显示的是针对若干走线长度和宽度计算得出的阻抗值。

表2 走线电阻

如表 2 中所示,所有的阻抗都大大低于 1 欧姆。这看上去对电路影响并没有那么大,但具体情况取决于该走线在电路 板上的位置。如果是高阻抗放大器输入的走线,就没问题,但在其他情况下,就会产生影响。再次使用该表并为每个走 线组合通过 5 mA 的电流。虽然 5 mA 的电流不大,并且走线电阻不到 1 Ω,但在使用高分辨率的 ADC 时,组合偏移 会变得十分显著,如表 3 所示。

表 3 走线电压偏移

在该表里,如果流入走线(其宽度为 6 密耳,长度为 2 英寸)的电流为 5 mA,则电压将为 820 μV,即 082 mV 左 右。在表 1 中,请注意,在系统采用的 ADC 分辨率低于 12 位时,该电压并不显著。绿色显示的单元是至少影响到 16 位 ADC 半个最低有效位的条件。**显示的单元表示在使用 12 位或更高 ADC 时导致相同偏差的条件。这时,假设 12 位和 16 位 ADC 的输入范围为 2 伏特(+/- 1 伏特)。

一个示例应用(其中该偏移大小引起显著偏差)是使用热电偶来测量温度。如果使用 K 型热电偶,输出电压将为 40 μV/°C左右。那么,410 μV偏移相当于超过10°C的偏差。如果相同走线被过度蚀刻,使其宽度降至4密耳,偏差 将增加 50%。通过该示例,可以看到评估信号路径中的每个 PCB 走线的重要性。虽然 12 位 ADC 不是最坏情况,但如 果 ADC 前面增加 16 倍的增益,相应的电压分辨率等价于 16 位 ADC。

3 共享返回路径

设计带有混合信号或高精度 ADC 的电路板时, 需要识别电流在 PCB 中的具体位置。走线上几毫 安(mA)的电流就能造成严重的问题。

当数字器件或高电流模拟器件共享敏感模拟信号的 返回路径时,走线电阻就会对电路产生影响。此情 况下,高电流的单位不再是安培(A),而是毫安 (mA)。在前一示例中,热电偶与 5 mA 负载共 享一个返回路径。即使将该负载降至 05 mA,偏 差仍然为 1 °C。因此,几百 μA 的电流影响也比较大。

图 1 显示的是一个示例,其中模拟接地和数字接 地共享一个返回电流路径,传感器和 LED 共享另 一个返回电流路径。这两个共享路径可能会导致系 统偏移或增益偏差问题。

图 1 信号返回路径的阻抗

当本示例中的 ADC 测量传感器的输出电压时,它 也会测量走线电阻上的电压。共同接地处与传感器 电流和 LED 电流合并的位置之间的走线长度越 大,可能发生的电压偏移越严重。该偏差的严重性 取决于系统所需的准确度、传感器的电压增益以及 偏移偏差电压的大小。图 2 显示的是 PCB 布局的 一个示例。

图 2 共享返回路径的示例布局

模拟地(VSSA)和您正在测量的所有信号一样, 起着重要作用。PSoC 的 VSSA 引脚与系统地处之 间的走线长度及其阻抗必须尽可能小。即使几百 微安(μA)的电流分量共享该路径,当测量几个 毫伏的信号时,也会导致许多问题。使用单端测量 时,这里的偏移可以被视为测量偏移。在图 3 中,LED 的电流与供电电流共享一个路径,但传 感器使用它自己的路径。内部带隙参考电路也被连 接到 VSSA。因与 LED 共享返回路径而消耗的任何 电压都会使 ADC 参考电压产生波动,电压下降的 大小为 IR。参考电压和 VSSA 之间的偏移会导致 ADC 增益偏差。

图 3 模拟接地路径的电流

为数字接地(VSSD)、模拟接地(VSSA)、传感 器和 LED 提供单独的接地路径后,将没有共享返 回路径(参考图 4)。该传感器、ADC 和参考电 路都被连接到同一个模拟接地,因此 LED 中的电 流变化几乎不会对传感器的输出产生任何影响。另 外还要注意,在该图中,传感器和 VSSA 在同一个 位置上与模拟接地相连。该接地连接的地理位置可 以是一个点,或者是极低的阻抗层。

图 4 良好的接地连接

通过将差分 ADC 连接到传感器,可以消除传感器 返回和高电流共享一个路径时导致的共模电压偏 移;请参看图 1。普通电压是指传感器 Vss 和传感 器输出的普通偏移。然而,该传感器的差分连接不 能降低 VSSA 共享接地路径时产生的偏差 (图 3)。请参看图 5。

图 5 差分 ADC 和单独返回路径

图 6 显示的是一个改进路由的示例,包括单独的 返回路径、单独的模拟和数字电源,以及传感器的 差分连接。

图 6 单独返回路径的示例布局

31 要谨慎考虑潜在的问题

当传感器共享返回路径或调制负载(如 PWM 驱动 的 LED)共享 VSSA 引脚时,可能不会立即发现偏 差。如果调试负载与 ADC 完全同步,生成的偏差可 能大,也可能小。如果同步化过程中没有产生任何 可测量的偏差,那么,开始开发和测试时,不会发 现任何问题。但如果在这种情况下修改了 ADC 采样 率或 PWM 频率,偏差或噪声将发生明显的变化。 这样的变化难以测试,因为在许多应用程序中,负 载调制会根据不同的环境或软件而有所变化。因 此,一个电路板设计有时候能够正常运行,有时候 则无法工作。因此,即使设计能够正常工作,仍然 需要遵循良好的设计规则。

4 模拟和数字信号的布线

理想情况下,模拟和数字信号将位于电路板的对立 侧上,但这种情况一般不会发生。许多设计都要求 模拟和数字信号位于同一个区域内。遗憾的是,在 一个区域内同时运行较高阻抗的模拟信号和数字信 号可能引起意外串扰,该串扰给模拟信号带来过大 噪声。

串扰是什么

串扰指的是没有直接相连时,一个信号对另一个信 号产生影响的现象。具有快速上升和下降时间的数 字信号对高阻抗的模拟信号路径产生影响是最常见 的串扰现象。数字信号同样受串扰的影响。高速数 字信号容易影响到其他数字信号。各信号之间的串 扰类型为:传导、容性或者感性。在所有情况下, 通过加大各信号之间的距离并缩短它们之间并行的 长度,可以减少信号串扰。

传导串扰的影响一般不大。只有各信号的阻抗过高 (超过 10 MΩ)时,这种串扰才会造成问题。当 PCB 上出现泥土、油、盐或其他液体异物,增大了 各走线之间的 PCB 材料的导电性时,通常会发生高 传导串扰情况。阻抗下降所导致的串扰会对电路操 作产生不利影响。在某些情况下, 焊接掩模可以保 护 PCB。但始终会有裸露区,如 PCB 上器件焊接 的位置。如果在使用产品的环境中发现这些材料, 必须采用各种措施使 PCB 与这些材料隔离。如果不能使 PCB 与异物隔离,可以在 PCB 上使用外部涂料,但该方法会增加费用。

当一个走线位于其他层中另一个走线的正上方时, 将发生容性耦合。铜线之间形成一个电容。这些铜 线重叠部分越多,它们耦合形成的电容越高。通过 减少各信号之间的重叠区降低该电容,从而减少耦 合。在某些情况下,特别是在双层电路板上,几乎 不能消除敏感模拟信号与快速数字信号交叉的情 况。这时,这些信号需要以 90 o 的角度交叉,以尽 量减少它们之间形成的电容。

如果使用两层以上的多层电路板,请保证两个相交信号之间存在电源层,以尽可能减少耦合。请注 意,图 7 中的电容在两个走线之间形成,它与重叠区成正比。

图 7 并行走线的容性耦合

如果使用多层电路板,请确保模拟和数字走线以 90° 的角度相交。这样可大大减少重叠区,从而降低各 信号之间的容性耦合。图 8 显示的是一个示例。

图 8 垂直走线的容性耦合

图 9 显示的是 PCB 布局的一个示例,其中模拟走线 (红色)必须与数字走线(蓝色)交叉。请注意, 模拟和数字走线之间为 90°。

图 9 数字走线以 90o 与模拟走线交叉

在同一层或相邻层上运行的各条走线可能被磁耦 合。该情况被称为感性耦合。

感性耦合由三个机械 特性引起。这些特性为:各走线之间的分离、两个 并行走线之间的距离、走线和其最接近电源层的距 离。各信号之间的距离以及各信号和接地层之间的 距离都是影响最大的因素,如公式 2 和图 10 所示。

公式2

图 10 感性耦合的空间

正如您能够发现,走线和接地层之间的距离(即为 高度)是一个重要因素。通过缩短该距离,可能以 高度平方的数值降低串扰。如果需要运行相邻的数 字和模拟走线,那么,使它们接近于接地层会是降 低串扰的最好方法。

42 3W原则

3 W 规则规定了各逻辑走线(中心到中心)之间的 距离必须为走线宽度的三倍。例如,如果 PCB 上走 线的宽度为 0008 英寸,则两个相邻走线中心之间 的距离将为 0024 英寸(0008 英寸 x 3),其边缘 的距离为 0016 英寸(0008 英寸 x 2)。这样可使 每个走线处在另一个走线的 70%磁通量边界范围 外。为了能够位于 98%磁通量边界的范围外,两个 相邻走线之间的距离必须为走线宽度的 10 倍。这些 条件都取决于各走线的阻抗以及各信号的上升时 间。请参看图 11。

图 11 3 W 规则的示例

减少(在电路板同一侧上运行的相邻)信号之间的 耦合的另一个方法是在这些信号之间放置一个防护 线,并将之接地。这样可以减少各信号之间的容性 耦合。请参看图 12。

图 12 使用防护线

在多层电路板中,各层之间的距离不一样。例如, 在厚度为 0062 英寸的 4 层电路板中,与第二层和 第三层之间的距离相比,第一层和第二层之间的距 离更小。因此,在同一个区域内走模拟和数字信号 时,请将各走线分布到非相邻层上,可以尽可能扩 大它们之间的距离。

多电源域

在敏感模拟系统中,需要将模拟电源和数字电源分开。一般建议使用独立的外部模拟和数字电压调节器。如果额外电压调节器的成本过高,并且您的设计中数字部分不包括高速或 高电流切换功能,可以使用单个电压调节器。就如您拥有独立的调节器时,要注意要在设计上始终隔离模拟和数字的电源电 路。分别为模拟电源(VDDA、VSSA)和数字电源(VDDD、VSSD)提供独立的电源和接地信号。请尽可能缩短这两个电源 (模拟和数字电源)与电路板电源之间连接的距离。电路板电源的输出阻抗一般较低,所以通过上述连接,数字电源几乎不 会对模拟电源产生影响。

接地层

接地层在混合信号设计中始终有用,但对于某个已给的设计,额外层成本较高。即使在双层电路板中,也可以在敏感模

拟部分添加部分层。无论您是否使用接地层,都需要确保返回路径与电源之间的连接最短。请注意,如果接地层电源电

路的阻抗不够低,或者过度分散该层,则不能利用该层改善您的设计。在双层电路板上,不要仅仅依靠最后的地平面填

充,因为这样可能带来高阻抗的接地路径。如不仔细检查,很难发现这样的缺陷。比较好的设计习惯是,先通过走线布

局好接地路径,然后进行地平面填充。

如果在您的设计中能够使用单独的模拟和数字接地层,那么几乎在所有情况下,它们需要在一个单点上相连。该单点需 要位于电源和 SoC 器件之间。

当仅用一个单电压调节器时,只在模拟和数字组件相互隔离的情况下,对地平面可以不做分割。

5 旁路电容

51 电容选择

表 4 旁路电容连接的汇总

图 15电源连接的示例 原理图

用于电源稳定性的电容有两种:旁路电容和大容量电容。有些时候大容量电容还被称为储能电容。旁路电容必须位于组 件电源引脚附近。使用旁路电容可以消除高频噪声并为瞬间变换提供电流。这些电容的取值范围为 0001 μF 到 01 μF。 NPO、X5R 及 X7R 等介电电容是优良的旁路电容。这些电容的取值范围为几百皮法(pF)到几微法(μF)。

储能电容通常位于电压调节器附近。如果电路板的较大(超过几平方英寸),并各处都有一些有源器件,那么,这些电 容将分布在整个电路板上。储能电容可以在较长时间内供电,并可以滤除低频噪声。在具有高电流信号或电源的电路板 中,储存电容的取值范围为 1 μF 到 100 μF,或更大的值。X5R、钽和一些表面组装电解电容都适合该用途。

旁路电容一般只为 001 μF 或 01 μF。推荐进行一些简单的计算操作,以得到最佳的储能电容。如果该值过高,则表示 储能电容超过您所需要的电容。如果该值太低,会使电源纹波过大并造成噪声。请使用下面公式:

电容计算公式

6 所有电容并不是等同的

当为各种应用选择一个电容(甚至一个简单的旁路电容)时,它的规范是非常重要的。电压和温度系数是两个最常被忽略的电容规范,但能够在正常操作的环境下大大影响器件电容。

器件变得越来越小,需要对性能和大小进行权衡。标称值为 1 uF,耐压为 63 V 的电容,在电压为 5 V 时,电容值可 以小于 01 uF。因此,您需要注意电压系数。另外,不假设全部器件系列的电压系数是相同的。电压系数和温度系数 可以因不同封装而有大变化。与 0603 封装相比,0805 封装具有较好的电压系数,但有时会反过来。因此请阅读数据 手册。如果数据手册中没有提供电容器的温度和电压系数,请考虑使用其他制造商的电容器。

7 混合信号 PCB 的规则汇总

设计混合信号的电路板时,必须遵循下列规则:

1 考虑单独的模拟和数字电源。

2 了解所有返回路径。

3 虽然价格昂贵,但如果可能,请使用四层电路板。

4 请勿将模拟信号与时钟或快速数字信号并行布线。

5 如果模拟和数字信号必须交叉,请确保这些信号以 90 o 相交,以便使耦合电容最小。

6 电源层应该出现在其信号线相应的区域。例如,在模拟电源层上只运行模拟信号。

7 将旁路电容放置在与 IC 尽可能近的位置。另外,还要确保电源信号的旁路连接为低阻抗。

8 若可以,请在电路板上使用独立的模拟和数字信号以及独立的数字和模拟组件。指定 PCB 的“模拟”和“数字” 区域。

9 对高阻抗输入信号应避免过长的走线,否则它会像天线那样耦合噪声进入信号链路。

10 尽可能扩大电源走线的宽度以降低阻抗。

11 将模拟信号放置在离接地层最近的位置,以便最小化电感串扰。

12 将各层之间的电源信号相连时,请使用大型或多个过孔,重要可以降低阻抗。

13 尽可能降低数字信号的数字上升和下降时间。

14 使用防护线使模拟和数字信号相互隔离。

8 PCB 布局和自动布线的工具

PCB 布局工具有 20 年的使用历史。通过使用这些工具可以对各信号进行分组,并为走线长度和各走线之间的距离提供 不同的规则。从而避免发生错误。自动布线越来越强大,并具备许多个常用工具。这些工具遵循手动路由时所要求的相 同规则。熟练的 PCB 布局设计师可以使用这些规则来提高自动布线的性能。虽然这些工具非常强大,但仍需要特别注 意模拟和数字信号的布线方式。特意推荐您先手动走电路板上的敏感部分,然后才通过自动布线走剩下的其他不重要部 分。不管使用哪个方式,都要确保检查最后布线。

将各器件放置在最佳的位置对手动布线和自动布线都有很大的帮助。器件放置和电路板布局都安排好后,可以使用简单 的测试来验证共享返回路径是否存在问题。打印该电路板布局并在电源和每个组件之间画出最直接的路径。为模拟组件 和数字组件分别使用两种不同的颜色。如果这两种颜色交叉,需要重新评估您的设计。请参考图 19。

图 19 在 PCB 布局上绘制返回路径

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