電路板設(shè)計(jì)基本規(guī)則

1、用 PRO電路板設(shè)計(jì)的一般原則電路板設(shè)計(jì)的一般原則包括：電路板的選用、電路板尺寸、元件布局、布線、焊盤(pán)、填充、跨接線等。電路板一般用敷銅層壓板制成，板層選用時(shí)要從電氣性能、可靠性、加工工藝要求和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面考慮。常用的敷銅層壓板是敷銅酚醛紙質(zhì)層壓板、敷銅環(huán)氧紙質(zhì)層壓板、敷銅環(huán)氧玻璃布層壓板、敷銅環(huán)氧酚醛玻璃布層壓板、敷銅聚四氟乙烯玻璃布層壓板和多層印刷電路板用環(huán)氧玻璃布等。不同材料的層壓板有不同的特點(diǎn)。環(huán)氧樹(shù)脂與銅箔有極好的粘合力，因此銅箔的附著強(qiáng)度和工作溫度較高，可以在 260的熔錫中不起泡。環(huán)氧樹(shù)脂浸過(guò)的玻璃布層壓板受潮氣的影響較校頻電路板最好是敷銅聚四氟乙烯玻璃布層壓板。在要求阻燃的電

2、子設(shè)備上，還需要阻燃的電路板，這些電路板都是浸入了阻燃樹(shù)脂的層壓板。電路板的厚度應(yīng)該根據(jù)電路板的功能、所裝元件的重量、電路板插座的規(guī)格、電路板的外形尺寸和承受的機(jī)械負(fù)荷等來(lái)決定。主要是應(yīng)該保證足夠的剛度和強(qiáng)度。常見(jiàn)的電路板的厚度有 0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm從成本、銅膜線長(zhǎng)度、抗噪聲能力考慮，電路板尺寸越小越好，但是板尺寸太小，則散熱不良，且相鄰的導(dǎo)線容易引起干擾。電路板的制作費(fèi)用是和電路板的面積相關(guān)的，面積越大，造價(jià)越高。在設(shè)計(jì)具有機(jī)殼的電路板時(shí)，電路板的尺寸還受機(jī)箱外殼大小的限制，一定要在確定電路板尺寸前確定機(jī)殼大小，否則就無(wú)法確定電路板的尺寸。一般情況下，在布線層中指

3、定的布線范圍就是電路板尺寸的大校電路板的最佳形狀是矩形，長(zhǎng)寬比為 3:2 或4:3，當(dāng)電路板的尺寸大于 200mm150mm 時(shí)，應(yīng)該考慮電路板的機(jī)械強(qiáng)度?？傊?，應(yīng)該綜合考慮利弊來(lái)確定電路板的尺寸。雖然 Pro能夠自動(dòng)布局，但是實(shí)際上電路板的布局幾乎都是手工完成的。要進(jìn)行布局時(shí)，一般遵循如下規(guī)則：1特殊元件的布局特殊元件的布局從以下幾個(gè)方面考慮：高頻元件：高頻元件之間的連線越短越好，設(shè)法減小連線的分布參數(shù)和相互之間的電磁干擾，易受干擾的元件不能離得太近。隸屬于輸入和隸屬于輸出的元件之間的距離應(yīng)該盡可能大一些。具有高電位差的元件：應(yīng)該加大具有高電位差元件和連線之間的距離，以免出現(xiàn)意外短路時(shí)損壞元

4、件。為了避免爬電現(xiàn)象的發(fā)生，一般要求 2000V 電位差之間的銅膜線距離應(yīng)該大于 2mm，若對(duì)于更高的電位差，距離還應(yīng)該加大。帶有高電壓的器件，應(yīng)該盡量布置在調(diào)試時(shí)手不易觸及的地方。重量太大的元件：此類(lèi)元件應(yīng)該有支架固定，而對(duì)于又大又重、發(fā)熱量多的元件，不宜安裝在電路板上。發(fā)熱與熱敏元件：注意發(fā)熱元件應(yīng)該遠(yuǎn)離熱敏元件?？梢哉{(diào)節(jié)的元件：對(duì)于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容、微動(dòng)開(kāi)關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)該考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求，若是機(jī)內(nèi)調(diào)節(jié)，應(yīng)該放在電路板上容易調(diào)節(jié)的地方，若是機(jī)外調(diào)節(jié)，其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機(jī)箱面板上的位置相對(duì)應(yīng)。電路板安裝孔和支架孔：應(yīng)該預(yù)留出電路板的安裝孔和支架的安裝孔，因?yàn)檫@些孔和孔

5、附近是不能布線的。2按照電路功能布局如果沒(méi)有特殊要求，盡可能按照原理圖的元件安排對(duì)元件進(jìn)行布局，信號(hào)從左邊進(jìn)入、從右邊輸出，從上邊輸入、從下邊輸出。按照電路流程，安排各個(gè)功能電路單元的位置，使信號(hào)流通更加順暢和保持方向一致。以每個(gè)功能電路為，圍繞這個(gè)電路進(jìn)行布局，元件安排應(yīng)該均勻、整齊、緊湊，原則是減少和縮短各個(gè)元件之間的引線和連接。數(shù)字電路部分應(yīng)該與模擬電路部分分開(kāi)布局。元件離電路板邊緣的距離所有元件均應(yīng)該放置在離板邊緣 3mm 以?xún)?nèi)的位置，或者至少距電路板邊緣的距離等于板厚，這是由于在大批量生產(chǎn)中進(jìn)行流水線插件和進(jìn)行波峰焊時(shí)，要提供給導(dǎo)軌槽使用，同時(shí)也是防止由于外形加工引起電路板邊緣破損，

6、引起銅膜線斷裂導(dǎo)致廢品。如果電路板上元件過(guò)多，不得已要超出 3mm 時(shí)，可以在電路板邊緣上加上 3mm輔邊，在輔邊上開(kāi) V 形槽，在生產(chǎn)時(shí)用手掰開(kāi)。元件放置的順序首先放置與結(jié)構(gòu)緊密配合的固定位置的元件，如電源插座、指示燈、開(kāi)關(guān)和連接插件等。再放置特殊元件，例如發(fā)熱元件、變壓器、集成電路等。最后放置件，例如電阻、電容、二極管等。布線的規(guī)則如下：線長(zhǎng)：銅膜線應(yīng)盡可能短，在高頻電路中更應(yīng)該如此。銅膜線的不拐彎處應(yīng)為圓角或斜角，而直角或尖角在高頻電路和布線密度高的情況下會(huì)影響電氣性能。當(dāng)雙面板布線時(shí)，兩面的導(dǎo)線應(yīng)該相互垂直、斜交或彎曲走線，避免相互平行，以減少寄生電容。線寬：銅膜線的寬度應(yīng)以能滿足電氣

7、特性要求而又便于生產(chǎn)為準(zhǔn)則，它的最小值取決于流過(guò)它的電流，但是一般不宜小于 0.2mm。只要板面積足夠大，銅膜線寬度和間距最好選擇 0.3mm。一般情況下，11.5mm 的線寬，允許流過(guò) 2A 的電流。例如地線和電源線最好選用大于 1mm 的線寬。在集成電路座焊盤(pán)之間走兩根線時(shí)，焊盤(pán)直徑為 50mil，線寬和線間距都是 10mil，當(dāng)焊盤(pán)之間走一根線時(shí)，焊盤(pán)直徑為 64mil，線寬和線間距都為 12mil。注意公制和英制之間的轉(zhuǎn)換，100mil=2.54mm。線間距：相鄰銅膜線之間的間距應(yīng)該滿足電氣安全要求，同時(shí)為了便于生產(chǎn)，間距應(yīng)該越寬越好。最小間距至少能夠承受所加電壓的峰值。在布線密度低的

8、情況下，間距應(yīng)該盡可能的大。4）與接地：銅膜線的公共地線應(yīng)該盡可能放在電路板的邊緣部分。在電路板上應(yīng)該盡可能多地保留銅箔做地線，這樣可以使網(wǎng)格狀。多層電路板由于采用內(nèi)層做電源和地線焊盤(pán)能力增強(qiáng)。另外地線的形狀最好作成環(huán)路或?qū)?，因而可以起到更好的作用效果。焊盤(pán)尺寸焊盤(pán)的內(nèi)孔尺寸必須從元件引線直徑和公差尺寸以及鍍錫層厚度、孔徑公差、孔金屬化電鍍層厚度等方面考慮，通常情況下以金屬引腳直徑加上 0.2mm 作為焊盤(pán)的內(nèi)孔直徑。例如，電阻的金屬引腳直徑為 0.5mm，則焊盤(pán)孔直徑為 0.7mm，而焊盤(pán)外徑應(yīng)該為焊盤(pán)孔徑加 1.2mm，最小應(yīng)該為焊盤(pán)孔徑加 1.0mm。當(dāng)焊盤(pán)直徑為 1.5mm 時(shí)，為了增

9、加焊盤(pán)的抗剝離強(qiáng)度，可采用方形焊盤(pán)。對(duì)于孔直徑小于 0.4mm 的焊盤(pán)，焊盤(pán)外徑/焊盤(pán)孔直徑=0.53。對(duì)于孔直徑大于 2mm 的焊盤(pán)，焊盤(pán)外徑/焊盤(pán)孔直徑=1.52。常用的焊盤(pán)尺寸如表 1-1 所示表 16-1常用的焊盤(pán)尺寸焊盤(pán)孔直徑/mm0.40.50.60.81.01.21.62.0焊盤(pán)外徑/mm1.51.52.02.02.53.03.54注意事項(xiàng)：設(shè)計(jì)焊盤(pán)時(shí)的注意事項(xiàng)如下：焊盤(pán)孔邊緣到電路板邊緣的距離要大于 1mm，這樣可以避免加工時(shí)導(dǎo)致焊盤(pán)缺損。焊盤(pán)補(bǔ)淚滴，當(dāng)與焊盤(pán)連接的銅膜線較細(xì)時(shí)，要將焊盤(pán)與銅膜線之間的連接設(shè)計(jì)成淚滴狀，這樣可以使焊盤(pán)不容易被剝離，而銅膜線與焊盤(pán)之間的連線不易斷開(kāi)

10、。相鄰的焊盤(pán)要避免有銳角。大面積填充電路板上的大面積填充的目的有兩個(gè)，一個(gè)是散熱，另一個(gè)是用減少干擾，為避免焊接時(shí)產(chǎn)生的熱使電路板產(chǎn)生的氣體無(wú)處排放而使銅膜脫落，應(yīng)該在大面積填充上開(kāi)窗，后者使填充為網(wǎng)格狀。使用敷銅也可以達(dá)到接地線?？缃泳€的目的，而且敷銅可以自動(dòng)繞過(guò)焊盤(pán)并可連在單面電路板的設(shè)計(jì)中，當(dāng)有些銅膜無(wú)法連接時(shí)，通常的做法是使用跨接線，跨接線的長(zhǎng)度應(yīng)該選擇如下幾種：6mm、8mm 和 10mm。接地1 地線的共阻電路圖上的地線表示電路中的零電位，并用作電路中其它各點(diǎn)的公共參考點(diǎn)，在實(shí)際電路中由于地線（銅膜線）阻抗的存在，必然會(huì)帶來(lái)共阻，因此在布線時(shí)，不能將具有地線符號(hào)的點(diǎn)隨便連接在一起，

11、這可能引起有害的耦合而影響電路的正常工作。2如何連接地線通常在一個(gè)電子系統(tǒng)中，地線分為系統(tǒng)地、機(jī)殼地（邏輯地）和模擬地等幾種，在連接地線時(shí)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：正確選擇單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地。在低頻電路中，信號(hào)頻率小于 1MHz，布線和元件之間的電感可以忽略，而地線電路電阻上產(chǎn)生的壓降對(duì)電路影響較大，所以應(yīng)該采用單點(diǎn)接地法。當(dāng)信號(hào)的頻率大于 10MHz 時(shí)，地線電感的影響較大，所以宜采用就近接地的多點(diǎn)接地法。當(dāng)信號(hào)頻率在 110MHz 之間時(shí)，如果采用單點(diǎn)接地法，地線長(zhǎng)度不應(yīng)該超過(guò)波長(zhǎng)的 1/20，否則應(yīng)該采用多點(diǎn)接地。數(shù)字地和模擬地分開(kāi)。電路板上既有數(shù)字電路，又有模擬電路，應(yīng)該使它們盡量分開(kāi)，而且地

12、線不能混接，應(yīng)分別與電源的地線端連接（最好電源端也分別連接）。要盡量加地）、數(shù)字地大線性電路的面積。一般數(shù)字電路的能力強(qiáng)，TTL 電路的噪聲容限為 0.40.6V，CMOS數(shù)字電路的噪聲容限為電源電壓的 0.30.45 倍，而模擬電路部分只要有微伏級(jí)的噪聲，就足以使其工作不正常。所以?xún)深?lèi)電路應(yīng)該分開(kāi)布局和布線。3）盡量加粗地線。若地線很細(xì)，接地電位會(huì)隨電流的變化而變化，導(dǎo)致電子系統(tǒng)的信號(hào)受到干擾，特別是模擬電路部分，因此地線應(yīng)該盡量寬，一般以大于 3mm 為宜。4）將接地線閉環(huán)。當(dāng)電路板上只有數(shù)字電路時(shí)，應(yīng)該使地線形成環(huán)路，這樣可以明顯提高能力，這是因?yàn)楫?dāng)電路板上有很多集成電路時(shí)，若地線很細(xì)，

13、會(huì)引起較大的接地電位差，而環(huán)形地線可以減少接地電阻，從而減小接地電位差。同一級(jí)電路的接地點(diǎn)應(yīng)該盡可能靠近，并且本級(jí)電路的電源濾波電容也應(yīng)該接在本級(jí)的接地點(diǎn)上。總地線的接法?？偟鼐€必須嚴(yán)格按照高頻、中頻、低頻的順序一級(jí)級(jí)地從弱電到強(qiáng)電連接。高頻部分最好采用大面積包圍式地線，以保證有好的效果。具有微處理器的電子系統(tǒng)，和電磁兼容性是設(shè)計(jì)過(guò)程中必須考慮，特別是對(duì)于時(shí)鐘頻率高、總線周期快的系統(tǒng)；含有大功率、大電流驅(qū)動(dòng)電路的系統(tǒng)；含微弱模擬信號(hào)以及高精度 A/D 變換電路的系統(tǒng)。為增加系統(tǒng)抗電磁干擾能力應(yīng)考慮采取以下措施：1）選用時(shí)鐘頻率低的微處理器。只要控制器性能能夠滿足要求，時(shí)鐘頻率越低越好，低的時(shí)鐘

14、可以有效降低噪聲和提高系統(tǒng)的能力。由于中包含各種頻率成分，其高頻成分很容易成為噪聲源，一般情況下，時(shí)鐘頻率 3 倍的高頻噪聲是最具性的。減小信號(hào)傳輸中的畸變。當(dāng)高速信號(hào)（信號(hào)頻率高=上升沿和下降沿快的信號(hào)）在銅膜線上傳輸時(shí)，由于銅膜線電感和電容的影響，會(huì)使信號(hào)發(fā)生畸變，當(dāng)畸變過(guò)大時(shí)，就會(huì)使系統(tǒng)工作不可靠。一般要求，信號(hào)在電路板上傳輸?shù)你~膜線越短越好，過(guò)孔數(shù)目越少越好。典型值：長(zhǎng)度不超過(guò) 25cm，過(guò)孔數(shù)不超過(guò) 2 個(gè)。減小信號(hào)間的交叉干擾。當(dāng)一條信號(hào)線具有脈沖信號(hào)時(shí)，會(huì)對(duì)另一條具有高輸入阻抗的弱信號(hào)線產(chǎn)生干擾，這時(shí)需要對(duì)弱信號(hào)線進(jìn)行，方法是加一個(gè)接地的輪廓線將弱信號(hào)包圍起來(lái)，或者是增加線間距離

15、，對(duì)于不同層面之間的干擾可以采用增加電源和地線層面的方法解決。減小來(lái)自電源的噪聲。電源在向系統(tǒng)提供能源的同時(shí)，也將其噪聲加到所供電的系統(tǒng)中，系統(tǒng)中的復(fù)位、中斷以及其它一些控制信號(hào)最易受外界噪聲的干擾，所以，應(yīng)該適當(dāng)增加電容來(lái)濾掉這些來(lái)自電源的噪聲。注意電路板與元器件的高頻特性。在高頻情況下，電路板上的銅膜線、焊盤(pán)、過(guò)孔、電阻、電容、接插件的分布電感和電容不容忽略。由于這些分布電感和電容的影響，當(dāng)銅膜線的長(zhǎng)度為信號(hào)或噪聲波長(zhǎng)的 1/20 時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生天線效應(yīng)，對(duì)產(chǎn)生電磁干擾，對(duì)外發(fā)射電磁波。一般情況下，過(guò)孔和焊盤(pán)會(huì)產(chǎn)生 0.6的電容，一個(gè)集成電路的封裝會(huì)產(chǎn)生 26的電容，一個(gè)電路板的接插件會(huì)產(chǎn)生

16、 520mH 的電感，而一個(gè) DIP-24 插座有 18nH 的電感，這些電容和電感對(duì)低時(shí)鐘頻率的電路沒(méi)有任何影響，而對(duì)于高時(shí)鐘頻率的電路必須給予注意。元件布置要合理分區(qū)。元件在電路板上排列的位置要充分考慮抗電磁干擾問(wèn)題。原則之一就是各個(gè)元件之間的銅膜線要盡量的短，在布局上，要把模擬電路、數(shù)字電路和產(chǎn)生大噪聲的電路（繼電器、大電流開(kāi)關(guān)等）合理分開(kāi)，使它們相互之間的信號(hào)耦合最校處理好地線。按照前面提到的單點(diǎn)接地或多點(diǎn)接地方式處理地線。將模擬地、數(shù)字地、大功率器件地分開(kāi)連接，再匯聚到電源的接地點(diǎn)。電路板以外的引線要用線，對(duì)于高頻和數(shù)字電纜兩端都要接地，低頻模擬信號(hào)用的線，一般采用單端接地。對(duì)噪聲和

17、干擾非常敏感的電路或高頻噪聲特別嚴(yán)重的電路應(yīng)該用金屬罩。8）去耦電容。去耦電容以瓷片電容或多層陶瓷電容的高頻特性較好。設(shè)計(jì)電路板時(shí)，每個(gè)集成電路的電源和地線之間都要加一個(gè)去耦電容。去耦電容有兩個(gè)作用，一方面是本集成電路的儲(chǔ)能電容，提供和吸收該集成電路開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)瞬間的充放電電能，另一方面，旁路掉該器件產(chǎn)生的高頻噪聲。數(shù)字電路中典型的去耦電容為 0.1F，這樣的電容有 5nH 的分布電感，可以對(duì) 10MHz 以下的噪聲有較好的去耦作用。一般情況下，選擇 0.010.1F 的電容都可以。一般要求沒(méi) 10 片左右的集成電路增加一個(gè) 10F 的充放電電容。另外，在電源端、電路板的四角等位置應(yīng)該跨接一個(gè) 10100F 的電容。高頻布線為了使高頻電路板的設(shè)計(jì)更合理，方面考慮：性能更好，在進(jìn)行 PCB 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從以下幾個(gè)1）合理選擇層數(shù)。利用中間內(nèi)層平面作為電源和地線層，可以起到的作用，有效降低寄生電感、縮噪聲低 20dB。號(hào)線長(zhǎng)度、降低信號(hào)間的交叉干擾，一般情況下，四層板比兩層板的走線方式。走線必須按照 45角拐彎，這樣可以減小高頻信號(hào)的發(fā)射和相互之間的耦合。走