博客作者：Zachariah Peterson

無論您是在進行高速設計，還是正在設計一塊高速PCB，良好的電路板設計實踐都有助于確保您的設計能夠按預期工作并實現批量生產。在本指南中，我們匯總了適用于大多數現代電路板的一些基本PCB設計布局準則。專業設計可能需要遵循額外的板級布局準則，但此處展示的PCB設計和布局準則，是大多數板設計的一個良好起點。

此處展示的PCB設計準則側重于幾個關鍵領域，將幫助您進行布線、可制造性設計、基本信號完整性設計和產品組裝：

定義PCB設計規則，以確保制造和組裝良率

元器件布局，以確保可焊接性和便于布線

按類型對元器件進行分組，以避免需要在整板范圍內布線

電源和地在PCB疊層中的位置，包括一些針對混合信號PCB布局設計的要點

遵守機械約束，例如連接器位置和外殼限制

#1 - 在布局前確定您的PCB設計規則

開始一個新的PCB設計時，有時很容易忘記管理項目的重要PCB設計規則。有一些簡單的間距要求，如果在設計初期確定，將能避免后期大量的元器件移動和重新布線。那么，您可以從哪里獲取這些信息呢？

第一步是與您的PCB制造廠溝通。一個好的制造商通常會在網上公布其生產能力，或將此信息提供在文檔中。如果在其網站上的明顯位置找不到，請給他們發送電子郵件詢問其生產能力。最好在開始放置元器件之前完成這一步。同時，請確保提交您提議的疊層方案以供審核，或者查找他們的標準疊層數據并使用該數據。

一旦您找到了他們的能力列表，應將這些能力與您將要遵循的任何行業可靠性標準（2級 vs. 3級或專業標準）進行比較。確定這些要點后，您應選擇更保守的設計布局限制以確保可制造性和可靠性，并可以將這些限制應用到您的PCB設計規則中。

在布局過程中，您的PCB設計規則將幫助您消除大多數會導致制造和組裝問題的設計錯誤。設置好板級設計規則后，您就可以開始布局過程了。

#2 - 微調您的元器件布局

PCB布局設計過程中的元器件布局階段既是一門藝術，也是一門科學，需要戰略性地考慮板上可用的核心區域。元器件布局的目標是創建一塊易于布線的電路板，理想情況下盡可能減少層間轉換。此外，設計必須遵守PCB設計規則并滿足必須的元器件放置要求。這些要點可能難以平衡，但一個簡單的過程可以幫助板設計師放置滿足這些要求的元器件：

1.首先放置必須的元器件。 通常有些元器件必須放置在特定位置，有時是由于機械外殼限制或其尺寸原因。最好先放置這些元器件并鎖定其位置，然后再進行其余布局。

2.放置大型處理器和IC。 像高引腳數IC或處理器這樣的元件通常需要與設計中的多個元器件連接。將這些元器件放置在中心位置可以使PCB布局中的走線布線更容易。

3.盡量避免網絡交叉。 當元器件放置在PCB布局中時，通常可以看到未布線的網絡。最好嘗試最小化網絡交叉的數量。每個網絡交叉點都需要通過過孔進行層間轉換。如果您能通過創造性的元器件布局來消除網絡交叉，那么實施PCB布局的布線準則將變得更加容易。

4.SMD PCB板設計規則。 建議將所有表面貼裝（SMD）元器件放置在板的同一側。這主要是出于組裝考慮；板的每一側都需要單獨經過SMD焊接線，因此將所有SMD放在一側將有助于避免一些額外的組裝成本。

5.嘗試調整方向。可以旋轉元器件以嘗試消除網絡交叉。嘗試使連接的焊盤彼此相對，因為這有助于簡化布線。

如果您遵循第1點和第2點，那么布局板的其余部分就會容易得多，而不會出現太多布線交叉。此外，您的板將具有現代的布局外觀和感覺，即中央處理器向板周邊所有其他組件提供數據。

在此PCB布局設計中，主處理器位于中央位置，走線從其邊緣引出。這種布局方式是大型集成電路（IC）及外圍器件的理想選擇。

#3 - 布置電源、接地與信號走線

在完成元器件布局后，接下來需要對電源線、地線及信號走線進行布線，以確保信號獲得潔凈無干擾的傳輸路徑。在布局過程的這一階段，請牢記以下PCB設計準則：

電源平面與接地平面的布置方案

通常建議將電源平面與接地平面布置在兩個內層。對于雙層板而言，這種安排實施難度較大，因此推薦在某一層設置大面積接地平面，另一層則布置信號走線與電源線路。當采用四層或更多層數的電路板疊層結構時，應優先使用接地平面而非接地走線。對于需要直接電源連接的元器件，若未設置專用電源平面，建議為每個電源系統設置公共母線：確保采用足夠寬度的走線（100 mil線寬可承載5-10安培電流），并避免采用器件間串接的菊花鏈式供電方式。

部分設計指南要求平面層必須對稱布置，但這并非制造工藝的強制性要求。在大尺寸電路板中，對稱布局在電磁兼容性方面的考慮之外，還有助于降低板翹曲風險，但對于小型板則無需過多考慮。設計時應優先確保電源與接地的可達性，并保證所有走線都能與最近接地平面形成強效回流路徑耦合，隨后再考慮PCB疊層結構的完美對稱性。

PCB布局布線準則

接下來，連接您的信號走線以匹配原理圖中的網絡。PCB布局實踐建議，盡可能在元器件之間放置短而直接的走線，盡管這在較大的板上可能并不總是可行。如果您的元器件布局迫使在板的一側進行水平走線布線，則始終在另一側進行垂直走線布線。這是許多重要的雙層PCB板設計規則之一。

隨著疊層層數的增加，PCB設計規則和PCB布局準則變得更加復雜。您的布線策略將需要在交替層中交替使用水平和垂直走線，除非您用參考平面分隔每個信號層。在用于特殊應用的非常復雜的板中，許多常被吹捧的PCB實踐可能不再適用，您需要遵循特定于您應用的PCB板設計準則。

定義走線寬度

PCB布局設計使用走線連接元器件，但這些走線應該多寬？不同網絡所需的走線寬度取決于三個可能的因素：

1.可制造性。 走線不能太細，否則無法可靠制造。在大多數情況下，您使用的走線寬度將遠大于制造商所能生產的最小值。

2.電流。 走線中承載的電流將決定防止走線過熱所需的最小寬度。當電流較高時，走線需要更寬。

3.阻抗。 高速數字信號或射頻信號需要特定的走線寬度以達到要求的阻抗值。這并不適用于所有信號或網絡，因此您不需要對板設計規則中的每個網絡都強制執行阻抗控制。

對于不需要特定阻抗或高電流的走線，10 mil的走線寬度對于絕大多數低電流模擬和數字信號來說都足夠了。承載超過0.3 A電流的 PCB 走線可能需要更寬。要檢查這一點，您可以使用IPC-2152列線圖來確定滿足所需電流容量和溫升限制的PCB設計走線寬度。

推薦布線方式（箭頭表示元器件移動方向）

非推薦布線方式（箭頭表示元器件移動方向）

通孔元件連接平面的散熱焊盤設計

接地層可作為大型散熱器，將熱量均勻擴散至整個電路板。因此，當通孔連接至接地層時，省略該孔的散熱焊盤將有利于熱量傳導至接地層——這種熱管理方式比將熱量局限在表面更優。但需注意，若通孔元件采用波峰焊工藝組裝，此設計會產生問題，因為該工藝要求將熱量集中在表面區域。

散熱焊盤是PCB布局中的特殊設計特征，對于直接連接電源/接地層的通孔元件而言，它可確保板卡在波峰焊工藝中的可制造性。由于通孔焊點直接連接大銅面時難以維持工藝溫度，建議采用散熱焊盤來保證焊接溫度達標。其原理簡單而有效：通過減緩焊接過程中熱量向平面擴散的速率，從根本上防止冷焊現象。

典型散熱焊盤樣式

部分設計師主張為任何連接內部接地/電源層的過孔或鉆孔添加散熱焊盤（即使連接的是小型銅箔區域）。這種建議往往過于絕對。實際需求取決于內層連接銅面的面積大小，建議在量產前將具體設計提交制造商進行工藝評審。

覆銅區域散熱處理

覆銅上的通孔焊盤可能需要與平面相同的散熱焊盤應用。當覆銅非常大時，它開始看起來很像一個平面，因此如果通孔引腳將要焊接到該連接中，自然應該應用散熱焊盤。

對于表面貼裝（SMD）元件，情況則有所不同。是否在覆銅區域應用熱連接設計取決于PCB的組裝方式。當采用回流焊工藝時，基板通過回流爐會實現均勻受熱，因此無論SMD焊盤是否存在熱連接，其產生立碑現象的潛在風險都遠低于其他焊接方式。

如果設計是手工組裝的，例如使用焊膏和熱風槍，則PCB布局可能需要散熱連接以在焊盤附近保持足夠的熱量并防止立碑。手工焊接時，很難在元件引線上保持一致的加熱，散熱連接可以幫助防止立碑缺陷。

Altium軟件中的多邊形熱連接

默認情況下，當您創建新項目時，Altium會保持到多邊形的散熱連接。這可以使用PCB設計規則編輯器中的多邊形連接規則（Polygon Connect rule）進行配置。您可以使用Altium中的查詢語言更改此設置，以基于特定的封裝、層、元件類、網絡/網絡類或任何其他條件來應用。

#4 - 隔離設計原則

有一些關于如何分組和隔離元器件及走線的PCB設計規則布線準則，以確保易于布線同時防止電氣干擾。這些分組準則也有助于熱管理，因為您可能需要分離高功率元器件。

元器件分組

有些元器件最好通過將它們分組在一個區域來放置在PCB布局設計中。原因是它們可能是電路的一部分，并且可能只彼此連接，因此不需要將元器件放置在板的不同側面或區域。PCB布局然后變成設計和布局單個電路組的過程，以便它們可以輕松地通過走線連接在一起。

在許多電路板布局中，往往會同時存在模擬與數字元器件，此時需要防止數字元器件對模擬元器件產生干擾。數十年前的傳統做法是將接地層和電源層分割成不同區域，但這種設計方法在現代板卡設計中已被證實不可取。令人遺憾的是，許多PCB布局指南仍在傳播這種過時方案，從而導致產生電磁干擾（EMI）的不良布線實踐。

正確的做法是在元器件下方使用完整的接地層，避免物理分割接地平面。應將相同工作頻率的模擬元器件集中布置，數字元器件也同樣集中歸類。可以這樣理解：在PCB布局設計中，各類元器件應在地層上方分區布置，但接地層在大多數設計案例中必須保持完整統一。

PCB中數字和模擬部分的示例

分離高功率元器件

將板上會散發熱量很多的元器件分開放置在不同區域也是合適的。分離這些高功率元器件背后的想法是平衡PCB布局周圍的溫度，而不是在布局中高溫度元器件聚集的地方產生大的熱點。這可以通過首先在元器件的數據手冊中找到“熱阻”額定值并根據估計的散熱計算溫升來實現。可以添加散熱器和冷卻風扇來降低元器件溫度。在制定布線策略時，您可能必須仔細平衡這些元器件的放置與保持走線長度簡短，這可能具有挑戰性。

#5 - 完善您的PCB板設計和布局

在設計項目接近尾聲時，當您忙于將剩余部分整合在一起以進行制造時，很容易感到不知所措。在此階段反復檢查您的工作是否存在錯誤，可能意味著制造成功與失敗的區別。

為了幫助完成此質量控制過程，始終建議從電氣規則檢查（ERC）和設計規則檢查（DRC）開始，以驗證您是否滿足所有已建立的約束。通過這兩個系統，您可以輕松地定義間隙寬度、走線寬度、常見制造約束、高速電氣要求以及特定應用的其他物理要求。這自動化了驗證PCB布局的審查過程。

請注意，許多設計流程指出，您應該在板設計階段結束時運行PCB設計規則檢查，同時為制造做準備。如果您使用正確的設計軟件，您可以在整個設計過程中運行檢查，這使您能夠及早發現潛在的設計問題并迅速糾正。當您的最終ERC和DRC產生無錯誤結果時，建議檢查每個信號的布線，并通過一次檢查一根線的方式仔細檢查原理圖，以確認沒有遺漏任何東西。

以上就是我們為您提供的重要PCB布局核心準則，這些準則適用于大多數電路板設計。雖然建議清單篇幅精簡，但能助您迅速完成功能可靠、可投入生產的設計。這些PCB板設計指南雖僅觸及基礎要點，卻能為您的所有設計實踐奠定堅實基礎，助力構建并鞏固持續改進的設計體系。

若您需要借助PCB板設計軟件啟動項目，Altium的高級設計工具將是您的理想選擇。該軟件內置規則驅動設計引擎，助您精準完成設計。當設計完成并準備投入生產時，Altium可幫助您輕松協作并共享項目成果。

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Altium有限公司隸屬于瑞薩集團，總部位于美國加利福尼亞州圣迭戈，是一家致力于加速電子創新的全球軟件公司。Altium提供數字解決方案，以最大限度提高電子設計的生產力，連接整個設計過程中的所有利益相關者，提供對元器件資源和信息的無縫訪問，并管理整個電子產品生命周期。Altium生態系統加速了各行業及各規模企業的電子產品實現進程。