PCBA成品中最核心的部分便是線路板，而線路板最基礎(chǔ)的便是線路，PCBA抄板加工及PCBA開發(fā)加工中對(duì)于線路板設(shè)計(jì)布線的了解也是必不可少的。

 

PCB設(shè)計(jì)布線應(yīng)遵循的基本規(guī)則：

一、控制走線方向

輸入和輸出端的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行。在 PCB 布線時(shí)，相鄰層的走線方向成正交結(jié)構(gòu)，避免將不同的信號(hào)線在相鄰層走成同一方向，以減少不必要的層間竄擾。信號(hào)串?dāng)_對(duì)PCBA加工成品的功能影響較大。當(dāng) PCB 布線受到結(jié)構(gòu)限制（如某些背板）難以避免出現(xiàn)平行布線時(shí)，特別是在信號(hào)速率較高時(shí)，應(yīng)考慮用地平面隔離各布線層，用地線隔離各信號(hào)線。相鄰層的走線方向示意圖如下圖。

 

二、檢查走線的開環(huán)和閉環(huán)

在PCB設(shè)計(jì)布線時(shí)，為了避免布線產(chǎn)生的“天線效應(yīng)”，減少不必要的干擾輻射和接收，一般不允許出現(xiàn)一端浮空的布線形式，否則可能給PCBA加工帶來(lái)不可預(yù)知的結(jié)果。 

 

要防止信號(hào)線在不同層間形成自環(huán)。在多層板設(shè)計(jì)中容易發(fā)生此類問(wèn)題，而自環(huán)將引起輻射干擾。

 

三、控制走線的長(zhǎng)度

1. 使走線長(zhǎng)度盡可能的短

在 PCB 布線時(shí)，應(yīng)該使走線長(zhǎng)度盡可能的短，以減少由走線長(zhǎng)度帶來(lái)的干擾問(wèn)題。

 

2. 調(diào)整走線長(zhǎng)度

PCBA加工對(duì)時(shí)序有嚴(yán)格的要求，為了滿足信號(hào)時(shí)序的要求，對(duì)PCB上的信號(hào)走線長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整已經(jīng)成為PCB設(shè)計(jì)工作的一部分。

 

走線長(zhǎng)度的調(diào)整包括以下兩個(gè)方面的要求。

a. 要求走線長(zhǎng)度保持一致，保證信號(hào)同步到達(dá)若干個(gè)接收器。有時(shí)在PCB上的一組信號(hào)線之間存在著相關(guān)性，如總線，就需要對(duì)其長(zhǎng)度進(jìn)行校正，因?yàn)樾枰盘?hào)在接收端同步。調(diào)整方法就是找出其中最長(zhǎng)的那根走線，然后將其他走線調(diào)整到等長(zhǎng)。

b. 控制兩個(gè)器件之間的走線延遲為某一個(gè)特定值，如控制器件A、B之間的導(dǎo)線延遲為1ns，而這樣的要求往往由電路設(shè)計(jì)者提出，但由PCB工程師去實(shí)現(xiàn)。需要注意的是，在PCB上的信號(hào)傳播速度是與PCB的材料、走線的結(jié)構(gòu)、走線的寬度、過(guò)孔等因素相關(guān)的。通過(guò)信號(hào)傳播速度，可以計(jì)算出所要求的走線延遲對(duì)應(yīng)的走線長(zhǎng)度。

 

走線長(zhǎng)度的調(diào)整常采用的是蛇形線的方式。

 

四、控制走線分支的長(zhǎng)度

在PCB設(shè)計(jì)布線時(shí)，盡量控制走線分支的長(zhǎng)度，使分支的長(zhǎng)度盡量短，另外一般要求走線延時(shí)tdelay≤trise/20，其中trise是數(shù)字信號(hào)的上升時(shí)間。走線分支長(zhǎng)度控制示意圖

 

五、拐角設(shè)計(jì)

在PCB設(shè)計(jì)布線時(shí),走線拐彎是不可避免的,當(dāng)走線出現(xiàn)直角拐角時(shí),在拐角處會(huì)產(chǎn)生額外的寄生電容和寄生電感?走線拐彎的拐角應(yīng)避免設(shè)計(jì)成銳角和直角形式,以免產(chǎn)生不必要的輻射,影響PCBA加工成品性能。同時(shí)銳角和直角形式的工藝性能也不好?要求所有線與線的夾角應(yīng)大于等于135°?在走線確實(shí)需要直角拐角的情況下,可以采取兩種改進(jìn)方法:一種是將90°拐角變成兩個(gè)45°拐角;另一種是采用圓角?圓角方式是最好的,45°拐角可以用到10GHz頻率上?對(duì)于45°拐角走線,拐角長(zhǎng)度最好滿足L≥3W?

 

六、差分對(duì)走線

為了避免不理想返回路徑的影響，可以采用差分對(duì)走線。為了獲得較好的信號(hào)完整性，可以選用差分對(duì)走線來(lái)實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)傳輸。前面介紹的LVDS電平的傳輸采用的就是差分傳輸線的方式。

 

1. 差分信號(hào)傳輸優(yōu)點(diǎn)：

a. 輸出驅(qū)動(dòng)總的di/dt會(huì)大幅降低，從而減小了軌道塌陷和潛在的電磁干擾。

b. 與單端放大器相比，接收器中的差分放大器有更高的增益。

c. 差分信號(hào)在一對(duì)緊耦合差分對(duì)中傳輸時(shí)，在返回路徑中對(duì)付串?dāng)_和突變的魯棒性更好。

d. 因?yàn)槊總€(gè)信號(hào)都有自己的返回路徑，所以差分信號(hào)通過(guò)接插件或封裝時(shí)，不易受到開關(guān)噪聲的干擾。

 

2. 差分信號(hào)的缺點(diǎn)：

a. 如果不對(duì)差分信號(hào)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)钠胶饣驗(yàn)V波，或者存在任何共模信號(hào)，就可能會(huì)產(chǎn)生EMI問(wèn)題。

b. 與單端信號(hào)相比，傳輸差分信號(hào)需要雙倍的信號(hào)線。

PCB上的差分對(duì)走線如下圖

 

3. 設(shè)計(jì)差分對(duì)走線時(shí)，要遵循以下原則：

a. 保持差分對(duì)的兩信號(hào)走線之間的距離S在整個(gè)走線上為常數(shù)。

b. 確保D＞2S，以最小化兩個(gè)差分對(duì)信號(hào)之間的串?dāng)_。

c. 使差分對(duì)的兩信號(hào)走線之間的距離S滿足S=3H，以便使元件的反射阻抗最小化。

d. 將兩差分信號(hào)線的長(zhǎng)度保持相等，以消除信號(hào)的相位差。

e. 避免在差分對(duì)上使用多個(gè)過(guò)孔，因?yàn)檫^(guò)孔會(huì)產(chǎn)生阻抗不匹配和電感。

七、控制PCB導(dǎo)線的阻抗和走線終端匹配

在高速數(shù)字電路PCBA加工和射頻電路PCBA加工中，對(duì)PCB導(dǎo)線的阻抗是有要求的，需要控制PCB導(dǎo)線的阻抗。在PCB設(shè)計(jì)布線時(shí)，同一網(wǎng)絡(luò)的線寬應(yīng)保持一致。由于線寬的變化會(huì)造成線路特性阻抗的不均勻，對(duì)高速數(shù)字電路傳輸?shù)男盘?hào)會(huì)產(chǎn)生反射，故在設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡量避免出現(xiàn)這種情況。在某些條件下，如接插件引出線、BGA封裝的引出線等類似的結(jié)構(gòu)時(shí)，如果無(wú)法避免線寬的變化，應(yīng)該盡量控制和減少中間不一致部分的有效長(zhǎng)度。

 

在高速數(shù)字電路中，當(dāng)PCB設(shè)計(jì)布線的延遲時(shí)間大于信號(hào)上升時(shí)間（或下降時(shí)間）的1/4時(shí)，該布線即可以看成傳輸線。為了保證信號(hào)的輸入和輸出阻抗與傳輸線的阻抗正確匹配，可以采用多種形式的終端匹配方法，所選擇的匹配方法與網(wǎng)絡(luò)的連接方式和布線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有關(guān)。

 

八、設(shè)計(jì)接地保護(hù)走線

在模擬電路的PCB設(shè)計(jì)中，保護(hù)走線被廣泛地使用，例如，在一個(gè)沒(méi)有完整的地平面的兩層板中，如果在一個(gè)敏感的音頻輸入電路的走線兩邊并行走一對(duì)接地的走線，串?dāng)_可以減少一個(gè)數(shù)量級(jí)。

在數(shù)字電路中，可以采用一個(gè)完整的接地平面取代接地保護(hù)走線，接地保護(hù)走線在很多地方比完整的接地平面更有優(yōu)勢(shì)。

 

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在兩條微帶線之間插入兩端接地的第三條線，兩條微帶之間的耦合則會(huì)減半。如果第三條線通過(guò)很多通孔連接到接地平面，則它們的耦合將進(jìn)一步減小。如果有不止一個(gè)地平面層，則要在每條保護(hù)走線的兩端接地，而不要在中間接地。

 

注意：在數(shù)字電路中，如果兩條走線之間的距離（間距）足夠并允許引入一條保護(hù)走線，那么兩條走線相互之間的耦合通常已經(jīng)很低了，也就沒(méi)有必要設(shè)置一條接地保護(hù)走線了。

 

九、防止走線諧振

在PCB設(shè)計(jì)布線時(shí)，布線長(zhǎng)度不得與其波長(zhǎng)成整數(shù)倍關(guān)系，以免產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。

 

十、布線的一些工藝要求

1．布線范圍

布線范圍尺寸要求如表，包括內(nèi)外層線路及銅箔到板邊、非金屬化孔壁的尺寸。

板外形要素			內(nèi)層線路及銅箔	外層線路及銅箔
距邊最小尺寸	一般邊		≥0.5（20）	≥0.5（20）
	導(dǎo)槽邊		≥1（40）	導(dǎo)軌深+2
	拼板分離邊	V槽中心	≥1（40）	≥1（40）
		郵票孔邊	≥0.5（20）	≥0.5（20）
距非金屬化孔壁 最小尺寸	一般孔		0.5（20）（隔離圈）	0.3（12）封孔圈
	單板起拔扳手軸孔		2（80）	扳手活動(dòng)區(qū)不能布線

 

2． 布線的線寬和線距

在PCBA組裝加工密度許可的情況下，應(yīng)盡量選用較低密度布線設(shè)計(jì)，以提高無(wú)缺陷和可靠性的制造能力。目前一般廠家加工能力為：最小線寬為0.127mm（5mil），最小線距為0.127mm（5mil）。常用的布線密度設(shè)計(jì)參考如表。

名稱	12/10	8/8	6/6	5/5
線寬	0.3（12）	0.2（8）	0.15（6）	0.127（5）
線距	0.25（10）
線焊盤距
焊盤間距

 

3． 導(dǎo)線與片式元器件焊盤的連接

連接導(dǎo)線與片式元器件時(shí)，原則上可以在任意點(diǎn)連接。但對(duì)采用再流焊進(jìn)行焊接的片式元器件，最好按以下原則設(shè)計(jì)。

 

a. 對(duì)于采用兩個(gè)焊盤安裝的元器件，如電阻、電容，與其焊盤連接的印制導(dǎo)線最好從焊盤中心位置對(duì)稱引出，且與焊盤連接的印制導(dǎo)線必須具有一樣寬度。對(duì)線寬小于0.3mm（12mil）的引出線可以不考慮此條規(guī)定。

b. 與較寬印制線連接的焊盤，中間最好通過(guò)一段窄的印制導(dǎo)線過(guò)渡，這一段窄的印制導(dǎo)線通常被稱為“隔熱路徑”，否則，對(duì)于2125（英制即0805）及其以下片式類SMD，焊接時(shí)極易出現(xiàn)“立片”缺陷。具體要求如圖。

 

4. 導(dǎo)線與SOIC,PLCC,QFP,SOT等器件的焊盤連接

連接線路與SOIC,PLCC,QFP,SOT等器件的焊盤時(shí)，一般建議將導(dǎo)線從焊盤兩端引出，如圖。

 

5. 線寬與電流的關(guān)系

當(dāng)信號(hào)平均電流比較大時(shí)，需要考慮線寬與電流的關(guān)系，具體參數(shù)可以參考下表。在PCB設(shè)計(jì)加工中常用oz（盎司）作為銅箔的厚度單位。1oz銅厚定義為一平方英寸面積內(nèi)銅箔的重量為一盎，對(duì)應(yīng)的物理厚度為35μm。當(dāng)銅箔作為導(dǎo)線并通過(guò)較大電流時(shí)，銅箔寬度與載流量的關(guān)系應(yīng)參考表中的數(shù)據(jù)降額50%去使用。