1 电源、地线的处理 既使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源、 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、 地线的布线要认真对待，把电、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器件，对地线来说，整人PCB对外界只有一个结点，所以必须在PCB
内部进行处理数、模共地的问题，而在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 在多层印制板布线时，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。多层板的接电（地）层腿的处理相同。
5、布线中网络系统的作用 在许多CAD系统中，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。 标准元器件两腿之间的距离为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） 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
否符合印制板生产工艺的需求，一般检查有如下几个方面： 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。 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中是否还有能让地线加宽的地方。 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。 模拟电路和数字电路部分，是否有各自独立的地线。 后加在PCB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。 在PCB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。 多层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。概述 本文档的目的在于说明使用PADS的印制板设计软件PowerPCB进行印制板设计的流程和一些注意事项，为一个工作组的
设计人员提供设计规范，方便设计人员之间进行交流和相互检查。
2、设计流程 PCB的设计流程分为网表输入、规则设置、元器件布局、布线、检查、复查、输出六个步骤
21 网表输入
网表输入有两种方法，一种是使用PowerLogic的OLE PowerPCB Connection功能，选择Send Netlist，应用OLE功能，可以随时保
持原理图和PCB图的一致，尽量减少出错的可能。
另一种方法是直接在PowerPCB中装载网表，选择File->import，将原理图生成的网表输入进来。
22 规则设置 如果在原理图设计阶段就已经把PCB的设计规则设置好的话，就不用再进行设置
这些规则了，因为输入网表时，设计规则已随网表输入进PowerPCB了。如果修改了设计规则，必须同步原理图，保证原理图和PCB
的一致。除了设计规则和层定义外，还有一些规则需要设置，比如Pad Stacks，需要修改标准过孔的大小。如果设计者新建了一个
焊盘或过孔，一定要加上Layer 25。
注意： PCB设计规则、层定义、过孔设置、CAM输出设置已经作成缺省启动文件，名称为Defaultstp，网表输入进来以后，按照
设计的实际情况，把电源网络和地分配给电源层和地层，并设置其它高级规则。在所有的规则都设置好以后，在PowerLogic中，
使用OLE PowerPCB Connection的Rules From PCB功能，更新原理图中的规则设置，保证原
理图和PCB图的规则一致。
23 元器件布局 网表输入以后，所有的元器件都会放在工作区的零点，重叠在一起，下一步的工作就是把这些元器件分开，按照
一些规则摆放整齐，即元器件布局。PowerPCB提供了两种方法，手工布局和自动布局。
231 手工布局
1 工具印制板的结构尺寸画出板边（Board Outline）。
2 将元器件分散（Disperse Components），元器件会排列在板边的周围。
3 把元器件一个一个地移动、旋转，放到板边以内，按照一定的规则摆放整齐。
232 自动布局 PowerPCB提供了自动布局和自动的局部簇布局，但对大多数的设计来说，效果并不理想，不推荐使用。
233 注意事项
a 布局的首要原则是保证布线的布通率，移动器件时注意飞线的连接，把有连线关系的器件放在一起
b 数字器件和模拟器件要分开，尽量远离 c 去耦电容尽量靠近器件的VCC
d 放置器件时要考虑以后的焊接，不要太密集
e 多使用软件提供的Array和Union功能，提高布局的效率
24 布线 布线的方式也有两种，手工布线和自动布线。
PowerPCB提供的手工布线功能十分强大，包括自动推挤、在线设计规则检查（DRC），自动布线由Specctra的布线引擎进行，通常
这两种方法配合使用，常用的步骤是手工—自动—手工。
241 手工布线
1 自动布线前，先用手工布一些重要的网络，比如高频时钟、主电源等，这些网络往往对走线距离、线宽、线间距、屏蔽等有特殊
的要求；另外一些特殊封装，如BGA，自动布线很难布得有规则，也要用手工布线。
2 自动布线以后，还要用手工布线对PCB的走线进行调整。
242 自动布线 手工布线结束以后，剩下的
网络就交给自动布线器来自布。选择Tools->SPECCTRA，启动Specctra布线器的接口，设置好DO文件，按Continue就启动了Specctra
布线器自动布线，结束后如果布通率为100%，那么就可以进行手工调整布线了；如果不到100%，说明布局或手工布线有问题，需要
调整布局或手工布线，直至全部布通为止。
243 注意事项
a 电源线和地线尽量加粗
b 去耦电容尽量与VCC直接连接
c 设置Specctra的DO文件时，首先添加Protect all wires命令，保护手工布的线不被自动布线器重布
d 如果有混合电源层，应该将该层定义为Split/mixed Plane，在布线之前将其分割，布完线之后，使用Pour Manager的Plane
Connect进行覆铜
e 将所有的器件管脚设置为热焊盘方式，做法是将Filter设为Pins，选中所有的管脚，修改属性，在Thermal选项前打勾
f 手动布线时把DRC选项打开，使用动态布线（Dynamic Route）
25 检查 检查的项目有间距（Clearance）、连接性（Connectivity）、高速规则（High Speed）和电源层（Plane），这些项目
可以选择Tools->Verify Design进行。如果设
置了高速规则，必须检查，否则可以跳过这一项。检查出错误，必须修改布局和布线。 注意： 有些错误可以忽略，例如有些接
插件的Outline的一部分放在了板框外，检查间距时会出错；另外每次修改过走线和过孔之后，都要重新覆铜一次。
26 复查 复查根据“PCB检查表”，内容包括设计规则，层定义、线宽、间距、焊盘、过孔设置；还要重点复查器件布局的合理
性，电源、地线网络的走线，高速时钟网络的走线与屏蔽，去耦电容的摆放和连接等。复查不合格，设计者要修改布局和布线，合
格之后，复查者和设计者分别签字。
27 设计输出 PCB设计可以输出到打印机或输出光绘文件。打印机可以把PCB分层打印，便于设计者和复查者检查；光绘文件交给
制板厂家，生产印制板。光绘文件的输出十分重要，关系到这次设计的成败，下面将着重说明输出光绘文件的注意
事项。
a 需要输出的层有布线层（包括顶层、底层、中间布线层）、电源层（包括VCC层和GND层）、丝印层（包括顶层丝印、底层丝印）
、阻焊层（包括顶层阻焊和底层阻焊），另外还要生成钻孔文件（NC Drill） b 如果电源层设置为Split/Mixed，那么在Add
document窗口的document项选择Routing，并且每次输出光绘文件之前，都要对PCB图使用Pour Manager的Plane Connect进行覆铜；
如果设置为CAM Plane，则选择Plane，在设置Layer项的时候，要把Layer25加上，在Layer25层中选择Pads和Viasc 在设备设置窗口
（按Device Setup），将Aperture的值改为199 d 在设置每层的Layer时，将Board Outline选上
e 设置丝印层的Layer时，不要选择Part Type，选择顶层（底层）和丝印层的Outline、Text、Line
f 设置阻焊层的Layer时，选择过孔表示过孔上不加阻焊，不选过孔表示家阻焊，视具体情况确定
g 生成钻孔文件时，使用PowerPCB的缺省设置，不要作任何改动
h 所有光绘文件输出以后，用CAM350打开并打印，由设计者和复查者根据“PCB检查表”检查过孔（via）是多层PCB的重要组
成部分之一，钻孔的费用通常占PCB制板费用的30%到40%。
简单的说来，PCB上的每一个孔都可以称之为过孔。从作用上看，过孔可以分成两类：一是用作各层间的电气连接；
二是用作器件的固定或定位。如果从工艺制程上来说，这些过孔一般又分为三类，即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔
(through via)。盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路的连接，孔的深度通常不
超过一定的比率(孔径)。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔，它不会延伸到线路板的表面。上述两类孔都位于线路板的内层，
层压前利用通孔成型工艺完成，在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。第三种称为通孔，这种孔穿过整个线路板，可用于实
现内部互连或作为元件的安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现，成本较低，所以绝大部分印刷电路板均使用它，而不用另外两
种过孔。以下所说的过孔，没有特殊说明的，均作为通孔考虑。 从设计的角度来看，一个过孔主要由两个部分组成，一是中间的钻孔
（drill hole）,二是钻孔周围的焊盘区，见下图。这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小。很显然，在高速,高密度的PCB设计时，设
计者总是希望过孔越小越好，这样板上可以留有更多的布线空间，此外，过孔越小，其自身的寄生电容也越小，更适合用于高速电路。
但孔尺寸的减小同时带来了成本的增加，而且过孔的尺寸不可能无限制的减小，它受到钻孔(drill)和电镀（plating）等工艺技术的
限制：孔越小，钻孔需花费的时间越长，也越容易偏离中心位置；且当孔的深度超过钻孔直径的6倍时，就无法保证孔壁能均匀镀铜。
比如，现在正常的一块6层PCB板的厚度（通孔深度）为50Mil左右，所以PCB厂家能提供的钻孔直径最小只能达到8Mil。 二、过孔的寄
生电容 过孔本身存在着对地的寄生电容，如果已知过孔在铺地层上的隔离孔直径为D2,过孔焊盘的直径为D1,PCB板的厚度为T,板基材
介电常数为ε,则过孔的寄生电容大小近似于： C=141εTD1/(D2-D1) 过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升
时间，降低了电路的速度。举例来说，对于一块厚度为50Mil的PCB板，如果使用内径为10Mil，焊盘直径为20Mil的过孔，焊盘与地铺
铜区的距离为32Mil,则我们可以通过上面的公式近似算出过孔的寄生电容大致是：C=141x44x0050x0020/(0032-0020)=0517pF，
这部分电容引起的上升时间变化量为：T10-90=22C(Z0/2)=22x0517x(55/2)=3128ps 。从这些数值可以看出，尽管单个过孔的寄生
电容引起的上升延变缓的效用不是很明显，但是如果走线中多次使用过孔进行层间的切换，设计者还是要慎重考虑的。
三、过孔的寄生电感 同样，过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感，在高速数字电路的设计中，过孔的寄生电感带来的危害
往往大于寄生电容的影响。它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，减弱整个电源系统的滤波效用。我们可以用下面的公式来简
单地计算一个过孔近似的寄生电感： L=508h[ln(4h/d)+1]其中L指过孔的电感，h是过孔的长度，d是中心钻孔的直径。从式中可以
看出，过孔的直径对电感的影响较小，而对电感影响最大的是过孔的长度。仍然采用上面的例子，可以计算出过孔的电感为：L=
508x0050[ln(4x0050/0010)+1]=1015nH 。如果信号的上升时间是1ns，那么其等效阻抗大小为：XL=πL/T10-90=319Ω。这样
的阻抗在有高频电流的通过已经不能够被忽略，特别要注意，旁路电容在连接电源层和地层的时候需要通过两个过孔，这样过孔的
寄生电感就会成倍增加。
四、高速PCB中的过孔设计 通过上面对过孔寄生特性的分析，我们可以看到，在高速PCB设计中，看似简单的过 孔往往也会给电路
的设计带来很大的负面效应。为了减小过孔的寄生效应带来的不利影响，在设计中可以尽量做到：
1、从成本和信号质量两方面考虑，选择合理尺寸的过孔大小。比如对6-10层的内 存模块PCB设计来说，选用10/20Mil（钻孔/焊盘）
的过孔较好，对于一些高密度的小尺寸的板子，也可以尝试使用8/18Mil的过孔。目前技术条件下，很难使用更小尺寸的过孔了。对
于电源或地线的过孔则可以考虑使用较大尺寸，以减小阻抗。
2、上面讨论的两个公式可以得出，使用较薄的PCB板有利于减小过孔的两种寄 生参数。
3、PCB板上的信号走线尽量不换层，也就是说尽量不要使用不必要的过孔。
4、电源和地的管脚要就近打过孔，过孔和管脚之间的引线越短越好，因为它们会 导致电感的增加。同时电源和地的引线要尽可能粗，
以减少阻抗。
5、在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔，以便为信号提供最近的回路。甚至可以在PCB板上大量放置一些多余的接地过孔。当
然，在设计时还需要灵活多变。前面讨论的过孔模型是每层均有焊盘的情况，也有的时候，我们可以将某些层的焊盘减小甚至去掉。
特别是在过孔密度非常大的情况下，可能会导致在铺铜层形成一个隔断回路的断槽，解决这样的问题除了移动过孔的位置，我们还可
以考虑将过孔在该铺铜层的焊盘尺寸减小。
画pcb板连线时有什么技巧？
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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Protel布局布线经验与技巧x0d1元件排列规则x0dx0d1)在通常条件下,所有的元件均应布置在印制电路的同一面上，只有在顶层元件过密时，才能将一些高度有限并且发热量小的器件，如贴片电阻、贴片电容、贴IC等放在底层。x0dx0d2)在保证电气性能的前提下，元件应放置在栅格上且相互平行或垂直排列，以求整齐、美观，一般情况下不允许元件重叠；元件排列要紧凑，输入和输出元件尽量远离。x0dx0d3)某元器件或导线之间可能存在较高的电位差，应加大它们的距离，以免因放电、击穿而引起意外短路。x0dx0d4)带高电压的元件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。x0dx0d5)位于板边缘的元件，离板边缘至少有2个板厚的距离x0dx0d6)元件在整个板面上应分布均匀、疏密一致。x0dx0d2按照信号走向布局原则x0dx0d1)通常按照信号的流程逐个安排各个功能电路单元的位置，以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它进行布局。x0dx0d2)元件的布局应便于信号流通，使信号尽可能保持一致的方向。多数情况下，信号的流向安排为从左到右或从上到下，与输入、输出端直接相连的元件应当放在靠近输入、输出接插件或连接器的地方。x0dx0d3防止电磁干扰x0dx0d1)对辐射电磁场较强的元件，以及对电磁感应较灵敏的元件，应加大它们相互之间的距离或加以屏蔽，元件放置的方向应与相邻的印制导线交叉。x0dx0d2)尽量避免高低电压器件相互混杂、强弱信号的器件交错在一起。x0dx0d3)对于会产生磁场的元件，如变压器、扬声器、电感等，布局时应注意减少磁力线对印制导线的切割，相邻元件磁场方向应相互垂直，减少彼此之间的耦合。x0dx0d4)对干扰源进行屏蔽，屏蔽罩应有良好的接地。x0dx0d5)在高频工作的电路，要考虑元件之间的分布参数的影响。x0dx0d4 抑制热干扰x0dx0d1)对于发热元件，应优先安排在利于散热的位置，必要时可以单独设置散热器或小风扇，以降低温度，减少对邻近元件的影响。x0dx0d2)一些功耗大的集成块、大或中功率管、电阻等元件，要布置在容易散热的地方，并与其它元件隔开一定距离。x0dx0d3)热敏元件应紧贴被测元件并远离高温区域，以免受到其它发热功当量元件影响，引起误动作。x0dx0d4)双面放置元件时，底层一般不放置发热元件。x0dx0d5可调元件的布局x0dx0d对于电位器、可变电容器、可调电感线圈或微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求，若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应；若是机内调节，则应放置在印制电路板于调节的地方。x0dx0d印刷电路板的设计 SMT线路板是表面贴装设计中不可缺少的组成之一。SMT线路板是电子产品中电路元件与器件的支撑件，它实现了电路元件和器件之间的电气连接。随着电子技术发展，pcb板的体积越来越小，密度也越来越高，并且PCB板层不断地增加，因此，要求PCB在整体布局、抗干扰能力、工艺上和可制造性上要求越来越高。x0dx0d印刷电路板设计的主要步骤；x0dx0d1：绘制原理图。x0dx0d2：元件库的创建。x0dx0d3：建立原理图与印制板上元件的网络连接关系。x0dx0d4：布线和布局。x0dx0d5：创建印制板生产使用数据和贴装生产使用数据。x0dx0dPCB上的元件位置和外形确定后，再考虑PCB的布线。x0dx0d一、有了元件的位置，根据元件位置进行布线，印制板上的走线尽可能短是一个原则。走线短，占用通道和面积都小，这样直通率会高一些。在PCB板上的输入端和输出端的导线应尽量避开相邻平行，最好在二线间放有地线。以免发生电路反馈藕合。印制板如果为多层板，每个层的信号线走线方向与相邻板层的走线方向要不同。对于一些重要的信号线应和线路设计人员达成一致意见，特别差分信号线，应该成对地走线，尽力使它们平行、靠近一些，并且长短相差不大。PCB板上所有元件尽量减少和缩短元器件之间的引线和连接，PCB板中的导线最小宽度主要由导线与绝缘层基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为005mm，宽度为1-15mm时，通过2A的电流，温度不会高于3度。导线宽度15mm时可满足要求，对于集成电路，尤其是数字电路，通常选用002-003mm。当然，只要允许，我们尽可能的用宽线，特别是PCB板上的电源线和地线，导线的最小间距主要是由最不坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于一些集成电路（IC）以工艺角度考虑可使间距小于5-8mm。印制导线的弯曲处一般用圆弧最小，避免使用小于90度弯的走线。而直角和夹角在高频电路中会影响电性能，总之，印制板的布线要均匀，疏密适当，一致性好。电路中尽量避开使用大面积铜箔，否则，在使用过程中时间过长产生热量时，易发生铜箔膨胀和脱落现象，如必须使用大面积铜箔时，可采用栅格状导线。导线的端口则是焊盘。焊盘中心孔要比器件引线直径大一些。焊盘太大在焊接中易形成虚焊，焊盘外径D一般不小于（d＋12）mm，其中d为孔径，对于一些密度比较大的元件的焊盘最小直径可取（d+10）mm，焊盘设计完成后，要在印制板的焊盘周围画上器件的外形框，同时标注文字和字符。一般文字或外框的高度应该在09mm左右，线宽应该在02mm左右。并且标注文字和字符等线不要压在焊盘上。如果为双层板，则底层字符应该镜像标注。x0dx0d二、为了使所设计的产品更好有效地工作，PCB在设计中不得不考虑它的抗干扰能力，并且与具体的电路有着密切的关系。x0dx0d线路板中的电源线、地线等设计尤为重要，根据不同的电路板流过电流的大小，尽量加大电源线的宽度，从而来减小环路电阻，同时电源线与地线走向以及数据传送方向保持一致。有助于电路的抗噪声能力的增强。PCB上即有逻辑电路又有线性电路，使它们尽量分开，低频电路可采用单点并联接地，实际布线可把部分串联后再并联接地，高频电路采用多点串连接地。地线应短而粗，对于高频元件周围可采用栅格大面积地箔，地线应尽量加粗，如果地线很细的导线，接地电位随电流的变化，使抗噪性能降低。因此应加粗接地线，使其能达到三位于电路板上的允许电流。如果设计上允许可以使接地线在2-3mm以上的直径宽度，在数字电路中，其接地线路布成环路大多能提高抗噪声能力。PCB的设计中一般常规在印制板的关键部位配置适当的退藕电容。在电源入端跨线接10-100uF的电解电容，一般在20-30管脚的集成电路芯片的电源管脚附近，都应布置一个001PF的磁片电容，对于较大的芯片，电源引脚会有几个，最好在它们附近都加一个退藕电容，超过200脚的芯片，则在它四边上都加上至少二个退藕电容。如果空隙不足，也可4-8个芯片布置一个1-10PF钽电容，对于抗干扰能力弱、关断电源变化大的元件应在该元件的电源线和地线之间直接接入退藕电容，以上无论那种接入电容的引线不易过长。x0dx0d三、线路板的元件和线路设计完成后，接上来要考虑它的工艺设计，目的将各种不良因素消灭在生产开始之前，同时又要兼顾线路板的可制造性，以便生产出优质的产品和批量进行生产。x0dx0d前面在说元件得定位及布线时已经把线路板的工艺方面涉及到一些。线路板的工艺设计主要是把我们设计出的线路板与元件通过SMT生产线有机的组装在一起，从而实现良好电气连接达到我们设计产品的位置布局。焊盘设计，布线以抗干扰性等还要考虑我们设计出的板子是不是便于生产，能不能用现代组装技术－SMT技术进行组装，同时要在生产中达到不让产生不良品的条件产生设计高度。具体有以下几个方面：x0dx0d1：不同的SMT生产线有各自不同的生产条件，但就PCB的大小，pcb的单板尺寸不小于200150mm。如果长边过小可以采用拼版，同时长与宽之比为3：2或4：3电路板面尺寸大于200×150mm时，应考虑电路板所受的机械强度。x0dx0d2：当电路板尺寸过小，对于SMT整线生产工艺很难，更不易于批量生产，最好方法采用拼板形式，就是根据单板尺寸，把2块、4块、6块等单板组合到一起，构成一个适合批量生产的整板，整板尺寸要适合可贴范围大小。x0dx0d3：为了适应生产线的贴装，单板要留有3-5mm的范围不放任何元件，拼板留有3-8mm的工艺边，工艺边与PCB的连接有三种形式：A无搭边，有分离槽，B有搭边，又有分离槽，C有搭边，无分离槽。设有冲裁用工艺搭国。根据PCB板的外形，有途等适用不同的拼板形式。对PCB的工艺边根据不同机型的定位方式不同，有的要在工艺边上设有定位孔，孔的直径在4-5厘米，相对比而言，要比边定位精度高，因此有定位孔定位的机型在进行PCB加工时，要设有定位孔，并且孔设计的要标准，以免给生产带来不便。x0dx0d4：为了更好的定位和实现更高的贴装精度，要为PCB设上基准点，有无基准点和设的好与坏直接影响到SMT生产线的批量生产。基准点的外形可为方形、圆形、三角形等。并且直径大约在1-2mm范围之内，在基准点的周围要在3-5mm的范围之内，不放任何元件和引线。同时基准点要光滑、平整，不要任何污染。基准点的设计不要太靠近板边，要有3-5mm的距离。x0dx0d5：从整体生产工艺来说，其板的外形最好为距形，特别对于波峰焊。采用矩形便于传送。如果PCB板有缺槽要用工艺边的形式补齐缺槽，对于单一的SMT板允许有缺槽。但缺槽不易过大应小于有边长长度的1/3
1、选择性焊接的工艺流程包括：助焊剂喷涂，电路板预热、浸焊和拖焊。助焊剂涂布工艺在选择性焊接中，助焊剂涂布工序起着重要的作用。焊接加热与焊接结束时，助焊剂应有足够的活性防止桥接的产生并防止电路板产生氧化。助焊剂喷涂由X/Y机械手携带电路板通过助焊剂喷嘴上方，助焊剂喷涂到pcb电路板焊位置上。
2、回流焊工序后的微波峰选焊，最重要的是焊剂准确喷涂，微孔喷射式绝对不会弄污焊点之外的区域。微点喷涂最小焊剂点图形直径大于2mm，所以喷涂沉积在电路板上的焊剂位置精度为±05mm，才能保证焊剂始终覆盖在被焊部位上面。
3、可以通过与波峰焊的比较来了解选择性焊接的工艺特点，两者间最明显的差异在于波峰焊中电路板的下部完全浸入液态焊料中，而在选择性焊接中，仅有部分特定区域与焊锡波接触。由于电路板本身就是一种不良的热传导介质，因此焊接时它不会加热熔化邻近元器件和电路板区域的焊点。
电路板温升过高的解决方法
1、电路板布局走线设计合理化
这是最重要注意的地方之一，电路板有很多元器件，每个元器件对于温度耐温不一样，比如有些IC工作温度达到105°，继电器工作温度85°等、消耗功率发热程度不一样、高低也不一样，因此设计时候要充分考虑：
①对于没有风机散热系统，只是靠空气流动带走热量的电路板环境，合理放置元器件，在进风口位置避免放置过高的元器件，比如将发热较为严重的器件放置在散热最好位置，可以在风口这里，但是最好不要太高
②对于对温度较为敏感的器件最好放在温度最低的区域，例如热敏电阻等，因为热敏电阻对温度有很大变化
③PCB电路板上面要避免发热厉害的放置在一起，要尽可能地将其均匀地分布在电路板上，如果有风机系统散热的话则要考虑集中在一起且热量要靠近所有元器件另一侧，而且左右元器件最好采取纵（横）长方式排列，这样利于散热
④对于大功率器件，比如晶体管、放大器等可以放置在电路板边沿，这样减少对四周热温度辐射效应
2、增加风机散热系统
对于大型的电路板，像电脑、电磁炉、变频器、UPS电源、充电桩等电路板一般都会有风机系统，有些风机系统还是智能的，会根据环境的温度改变风机转速，温度不是很高时候风机不会打开。
3、增大电路板铜箔面积
可以通过增加电路板铜箔面积来增大散热，例如对于大电流电路，在条件允许情况下把铜箔加大，同时放置助焊层，必要时候加锡在助焊层上面，这样电流过大时候散热效果会更好。
4、增加散热片、散热膏
对于开关管等发热严重的元器件可以增加散热片，同时配以高导热绝缘有机硅材料散热膏，这是一种导热效果很好的材料，而散热片使元器件发出的热量更好的传导到空气当中，正因为这样，对于高频开关电源基本上都是采用加有散热片的开关管，我们经常用到的7805输出功率很大时候都要增加一个散热片。如下图的的散热片就很大。
5、选用耐温高一点的元器件、线路板
如果由于空间有限，风机系统以及自然冷却能力有限情况下，比如我们手机的充电器，这么小的空间，里面的元器件发热的很严重，除了布局要好之外，用耐温高一点的元器件也不妨为一种好的方法，但是这样一来成本可能有所上升，因此要折中考虑。可以选用耐温高一点的PCB板，例如玻纤板等。
上文相关知识大家都了解了吗？这些是捷配我为大家整理的 焊接技巧及温升过高的解决方法 。在使用电路板的时候，一定要注意保护电路板的保护漆，电路板的保护漆是一种特殊配方的涂料，用于保护线路板及其相关设备免受坏境的侵蚀，从而提高并延长它们的使用寿命，确保使用的安全性和可靠性。在现实条件下，如化学，震动，高尘，盐雾，潮湿和高温等环境，线路板可能产生腐蚀，软化，变形，霉变等问题，导致线路板电路出现故障。保护漆涂覆于线路板的表面，形成一层三防的保护膜(三防指的是防潮，防盐雾，防霉)，它可有效地隔离线路板，并可保护电路免遭恶劣环境的侵蚀、破坏，从而提高线路板的可靠性，增加其安全系数，并保证其使用寿命。
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