PCB布線技術:一個布線工程師談PCB設計的經驗

??? 一般PCB基本設計流程如下：前期準備->PCB結構設計->PCB布局->布線->布線優化和絲印->網絡和DRC檢查和結構檢查->制版。
??? 第一：前期準備。這包括準備元件庫和原理圖。“工欲善其事，必先利其器”，要做出一塊好的板子，除了要設計好原理之外，還要畫得好。在進行PCB設計之前，首先要準備好原理圖SCH的元件庫和PCB的元件庫。元件庫可以用peotel 自帶的庫，但一般情況下很難找到合適的，最好是自己根據所選器件的標準尺寸資料自己做元件庫。原則上先做PCB的元件庫，再做SCH的元件庫。PCB的元件庫要求較高，它直接影響板子的安裝；SCH的元件庫要求相對比較松，只要注意定義好管腳屬性和與PCB元件的對應關系就行。PS：注意標準庫中的隱藏管腳。之后就是原理圖的設計，做好后就準備開始做PCB設計了。
??? 第二：PCB結構設計。這一步根據已經確定的電路板尺寸和各項機械定位，在PCB 設計環境下繪制PCB板面，并按定位要求放置所需的接插件、按鍵/開關、螺絲孔、裝配孔等等。并充分考慮和確定布線區域和非布線區域（如螺絲孔周圍多大范圍屬于非布線區域）。
??? 第三：PCB布局。布局說白了就是在板子上放器件。這時如果前面講到的準備工作都做好的話，就可以在原理圖上生成網絡表（Design->Create Netlist），之后在PCB圖上導入網絡表（Design->Load Nets）。就看見器件嘩啦啦的全堆上去了，各管腳之間還有飛線提示連接。然后就可以對器件布局了。一般布局按如下原則進行：
????? ①． 按電氣性能合理分區，一般分為：數字電路區(即怕干擾、又產生干擾)、模擬電路區(怕干擾)、功率驅動區（干擾源）；
????? ②． 完成同一功能的電路，應盡量靠近放置，并調整各元器件以保證連線最為簡潔；同時，調整各功能塊間的相對位置使功能塊間的連線最簡潔；
????? ③． 對于質量大的元器件應考慮安裝位置和安裝強度；發熱元件應與溫度敏感元件分開放置，必要時還應考慮熱對流措施；
????? ④． I/O驅動器件盡量靠近印刷板的邊、靠近引出接插件；
????? ⑤． 時鐘產生器（如：晶振或鐘振）要盡量靠近用到該時鐘的器件；
????? ⑥． 在每個集成電路的電源輸入腳和地之間，需加一個去耦電容（一般采用高頻性能好的獨石電容）；電路板空間較密時，也可在幾個集成電路周圍加一個鉭電容。
????? ⑦． 繼電器線圈處要加放電二極管（1N4148即可）；
????? ⑧． 布局要求要均衡，疏密有序，不能頭重腳輕或一頭沉
????? ——需要特別注意，在放置元器件時，一定要考慮元器件的實際尺寸大小（所占面積和高度）、元器件之間的相對位置，以保證電路板的電氣性能和生產安裝的可行性和便利性同時，應該在保證上面原則能夠體現的前提下，適當修改器件的擺放，使之整齊美觀，如同樣的器件要擺放整齊、方向一致，不能擺得“錯落有致” 。
這個步驟關系到板子整體形象和下一步布線的難易程度，所以一點要花大力氣去考慮。布局時，對不太肯定的地方可以先作初步布線，充分考慮。
?? 第四：布線。布線是整個PCB設計中最重要的工序。這將直接影響著PCB板的性能好壞。在PCB的設計過程中，布線一般有這么三種境界的劃分：首先是布通，這時PCB設計時的最基本的要求。如果線路都沒布通，搞得到處是飛線，那將是一塊不合格的板子，可以說還沒入門。其次是電器性能的滿足。這是衡量一塊印刷電路板是否合格的標準。這是在布通之后，認真調整布線，使其能達到最佳的電器性能。接著是美觀。假如你的布線布通了，也沒有什么影響電器性能的地方，但是一眼看過去雜亂無章的，加上五彩繽紛、花花綠綠的，那就算你的電器性能怎么好，在別人眼里還是垃圾一塊。這樣給測試和維修帶來極大的不便。布線要整齊劃一，不能縱橫交錯毫無章法。這些都要在保證電器性能和滿足其他個別要求的情況下實現，否則就是舍本逐末了。布線時主要按以下原則進行：
????? ①． 一般情況下，首先應對電源線和地線進行布線，以保證電路板的電氣性能。在條件允許的范圍內，盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關系是：地線＞電源線＞信號線，通常信號線寬為：0.2～0.3mm，最細寬度可達0.05～0.07mm，電源線一般為1.2～2.5mm。對數字電路的PCB可用寬的地導線組成一個回路, 即構成一個地網來使用（模擬電路的地則不能這樣使用）
????? ②． 預先對要求比較嚴格的線（如高頻線）進行布線，輸入端與輸出端的邊線應避免相鄰平行，以免產生反射干擾。必要時應加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產生寄生耦合。
????? ③． 振蕩器外殼接地，時鐘線要盡量短，且不能引得到處都是。時鐘振蕩電路下面、特殊高速邏輯電路部分要加大地的面積，而不應該走其它信號線，以使周圍電場趨近于零；
????? ④． 盡可能采用45o的折線布線，不可使用90o折線，以減小高頻信號的輻射；（要求高的線還要用雙弧線）
????? ⑤． 任何信號線都不要形成環路，如不可避免，環路應盡量小；信號線的過孔要盡量少；
????? ⑥． 關鍵的線盡量短而粗，并在兩邊加上保護地。
????? ⑦． 通過扁平電纜傳送敏感信號和噪聲場帶信號時，要用“地線-信號-地線”的方式引出。
????? ⑧． 關鍵信號應預留測試點，以方便生產和維修檢測用
????? ⑨． 原理圖布線完成后，應對布線進行優化；同時，經初步網絡檢查和DRC檢查無誤后，對未布線區域進行地線填充，用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用。或是做成多層板，電源，地線各占用一層。
????? ——PCB布線工藝要求
????? ①． 線
一般情況下，信號線寬為0.3mm(12mil)，電源線寬為0.77mm(30mil)或1.27mm(50mil)；線與線之間和線與焊盤之間的距離大于等于0.33mm(13mil)，實際應用中，條件允許時應考慮加大距離；
布線密度較高時，可考慮（但不建議）采用IC腳間走兩根線，線的寬度為0.254mm(10mil)，線間距不小于0.254mm(10mil)。特殊情況下，當器件管腳較密，寬度較窄時，可按適當減小線寬和線間距。
????? ②． 焊盤（PAD）
焊盤（PAD）與過渡孔（VIA）的基本要求是：盤的直徑比孔的直徑要大于0.6mm；例如，通用插腳式電阻、電容和集成電路等，采用盤/孔尺寸1.6mm/0.8mm（63mil/32mil），插座、插針和二極管1N4007等，采用1.8mm/1.0mm（71mil/39mil）。實際應用中，應根據實際元件的尺寸來定，有條件時，可適當加大焊盤尺寸；
PCB板上設計的元件安裝孔徑應比元件管腳的實際尺寸大0.2～0.4mm左右。
????? ③． 過孔（VIA）
一般為1.27mm/0.7mm(50mil/28mil)；
當布線密度較高時，過孔尺寸可適當減小，但不宜過小，可考慮采用1.0mm/0.6mm(40mil/24mil)。
????? ④． 焊盤、線、過孔的間距要求
PAD and VIA? ： ≥ 0.3mm（12mil）
PAD and PAD? ： ≥ 0.3mm（12mil）
PAD and TRACK? ： ≥ 0.3mm（12mil）
TRACK and TRACK? ： ≥ 0.3mm（12mil）
密度較高時：
PAD and VIA? ： ≥ 0.254mm（10mil）
PAD and PAD? ： ≥ 0.254mm（10mil）
PAD and TRACK? ： ≥? 0.254mm（10mil）
TRACK and TRACK? ： ≥? 0.254mm（10mil）
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?? 第五：布線優化和絲印。“沒有最好的，只有更好的”！不管你怎么挖空心思的去設計，等你畫完之后，再去看一看，還是會覺得很多地方可以修改的。一般設計的經驗是：優化布線的時間是初次布線的時間的兩倍。感覺沒什么地方需要修改之后，就可以鋪銅了（Place->polygon Plane）。鋪銅一般鋪地線（注意模擬地和數字地的分離），多層板時還可能需要鋪電源。時對于絲印，要注意不能被器件擋住或被過孔和焊盤去掉。同時，設計時正視元件面，底層的字應做鏡像處理，以免混淆層面。
?? 第六：網絡和DRC檢查和結構檢查。首先，在確定電路原理圖設計無誤的前提下，將所生成的PCB網絡文件與原理圖網絡文件進行物理連接關系的網絡檢查（NETCHECK），并根據輸出文件結果及時對設計進行修正，以保證布線連接關系的正確性；
網絡檢查正確通過后，對PCB設計進行DRC檢查，并根據輸出文件結果及時對設計進行修正，以保證PCB布線的電氣性能。最后需進一步對PCB的機械安裝結構進行檢查和確認。
??? 第七：制版。在此之前，最好還要有一個審核的過程。
PCB設計是一個考心思的工作，誰的心思密，經驗高，設計出來的板子就好。所以設計時要極其細心，充分考慮各方面的因數（比如說便于維修和檢查這一項很多人就不去考慮），精益求精，就一定能設計出一個好板子。