PCB印刷线路元件布局结构基本原则要求和注意事项.doc

PCB设计流程
一般PCB基本设计流程如下：前期准备->PCB结构设计->PCB布局->布线->布线优化和丝印->网络和DRC检查和结构检查->制版。
第一：前期准备。这涉及准备元件库和原理图。“工欲善其事，必先利其器”，要做出一块好的板子，除了要设计好原理之外，还要画得好。在进行PCB设计之前，一方面要准备好原理图SCH的元件库和PCB的元件库。
元件库可以用peotel 自带的库，但一般情况下很难找到合适的，最佳是自己根据所选器件的标准尺寸资料自己做元件库。原则上先做PCB的元件库，再做SCH的元件库。PCB的元件库规定较高，它直接影响板子的安装；SCH的元件库规定相对比较松，只要注意定义好管脚属性和与PCB元件的相应关系就行。PS：注意标准库中的隐藏管脚。之后就是原理图的设计，做好后就准备开始做PCB设计了。

第二：PCB结构设计。这一步根据已经拟定的电路板尺寸和各项机械定位，在PCB 设计环境下绘制PCB板面，并按定位规定放置所需的接插件、按键/开关、螺丝孔、装配孔等等。并充足考虑和拟定布线区域和非布线区域（如螺丝孔周边多大范围属于非布线区域）。

第三：PCB布局。布局说白了就是在板子上放器件。这时假如前面讲到的准备工作都做好的话，就可以在原理图上生成网络表（Design->Create Netlist），之后在PCB图上导入网络表（Design->Load Nets）。就看见器件哗啦啦的全堆上去了，各管脚之间尚有飞线提醒连接。然后就可以对器件布局了。一般布局按如下原则进行：
①． 按电气性能合理分区，一般分为：数字电路区(即怕干扰、又产生干扰)、模拟电路区(怕干扰)、功率驱动区（干扰源）；
②． 完毕同一功能的电路，应尽量靠近放置，并调整各元器件以保证连线最为简洁；同时，调整各功能块间的相对位置使功能块间的连线最简洁；
③． 对于质量大的元器件应考虑安装位置和安装强度；发热元件应与温度敏感元件分开放置，必要时还应考虑热对流措施；
④． I/O驱动器件尽量靠近印刷板的边、靠近引出接插件；
⑤． 时钟产生器（如：晶振或钟振）要尽量靠近用到该时钟的器件；
⑥． 在每个集成电路的电源输入脚和地之间，需加一个去耦电容（一般采用高频性能好的独石电容）；电路板空间较密时，也可在几个集成电路周边加一个钽电容。
⑦． 继电器线圈处要加放电二极管（1N4148即可）；
⑧． 布局规定要均衡，疏密有序，不能头重脚轻或一头沉——需要特别注意，在放置元器件时，一定要考虑元器件的实际尺寸大小（所占面积和高度）、元器件之间的相对位置，以保证电路板的电气性能和生产安装的可行性和便利性同时，应当在保证上面原则可以体现的
前提下，适当修改器件的摆放，使之整齐美观，如同样的器件要摆放整齐、方向一致，不能摆得“错落有致” 。
这个环节关系到板子整体形象和下一步布线的难易限度，所以一点要花大力气去考虑。布局时，对不太肯定的地方可以先作初步布线，充足考虑。

第四：布线。布线是整个PCB设计中最重要的工序。这将直接影响着PCB板的性能好坏。在PCB的设计过程中，布线一般有这么三种境界的划分：一方面是布通，这时PCB设计时的最基本的规定。假如线路都没布通，搞得到处是飞线，那将是一块不合格的板子，可以说还没入门。另一方面是电器性能的满足。这是衡量一块印刷电路板是否合格的标
准。这是在布通之后，认真调整布线，使其能达成最佳的电器性能。接着是美观。假如你的布线布通了，也没有什么影响电器性能的地方，但是一眼看过去杂乱无章的，加上五彩缤纷、花花绿绿的，那就算你的电器性能怎么好，在别人眼里还是垃圾一块。这样给测试和维修带来极大的不便。布线要整齐划一，不能纵横交错毫无章法。这些都要在保证电器性能和满足其他个别规定的情况下实现，否则就是舍本逐末了。布线时重要按以下原则进行：
①． 一般情况下，一方面应对电源线和地线进行布线，以保证电路板的电气性能。在条件允许的范围内，尽量加宽电源、地线宽度，最佳是地线比电源线宽，它们的关系是：地线＞电源线＞信号线，通常信号线宽为：
0.2～0.3mm，最细宽度可达0.05 ～0.07mm，电源线一般为1.2～2.5mm。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（模拟电路的地则不能这样使用）
②． 预先对规定比较严格的线（如高频线）进行布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行，以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。
③． 振荡器外壳接地，时钟线要尽量短，且不能引得到处都是。时钟振荡电路下面、特殊高速逻辑电路部分要加大地的面积，而不应当走其它信号线，以使周边电场趋近于零；
④． 尽也许采用45º的折线布线，不可使用90º折线，以减小高频信号的辐射；（规定高的线还要用双弧线）
⑤． 任何信号线都不要形成环路，如不可避免，环路应尽量小；信号线的过孔要尽量少；
⑥． 关键的线尽量短而粗，并在两边加上保护地。
⑦． 通过扁平电缆传送敏感信号和噪声场带信号时，要用“地线-信号-地线”的方式引出。
⑧． 关键信号应预留测试点，以方便生产和维修检测用
⑨． 原理图布线完毕后，应对布线进行优化；同时，经初步网络检查和DRC检查无误后，对未布线区域进行地线填充，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。

——PCB布线工艺规定
①． 线
一般情况下，信号线宽为0.3mm(12mil)，电源线宽为0.77mm(30mil)或1.27mm(50mil)；线与线之间和线与焊盘之间的距离大于等于0.33mm(13mil)，实际应用中，条件允许时应考虑加大距离； 布线密度较高时，可考虑（但不建议）采用IC脚间走两根线，线的宽度为0.254mm(10mil)，线间距不小于0.254mm(10mil)。 特殊情况下，当器件管脚较密，宽度较窄时，可按适当减小线宽和线间距。

②． 焊盘（PAD）
焊盘（PAD）与过渡孔（VIA）的基本规定是：盘的直径比孔的直径要大于0.6mm；例如，通用插脚式电阻、电容和集成电路等，采用盘/孔尺寸1.6mm/0.8mm（63mil/32mil），插座、插针和二极管1N4007等，采用1.8mm/1.0mm（71mil/39mil）。实际应用中，应根据实际元件的尺寸来定，有条件时，可适当加大焊盘尺寸；
PCB板上设计的元件安装孔径应比元件管脚的实际尺寸大0.2～0.4mm左右。

③． 过孔（VIA）
一般为1.27mm/0.7mm(50mil/28mil)； 当布线密度较高时，过孔尺寸可适当减小，但不宜过小，可考虑采用1.0mm/0.6mm (40mil/24mil)。

④． 焊盘、线、过孔的间距规定
PAD and VIA ： ≥ 0.3mm（12mil）
PAD and PAD ： ≥ 0.3mm（12mil）
PAD and TRACK ： ≥ 0.3mm（12mil）
TRACK and TRACK ： ≥ 0.3mm（12mil）
密度较高时：
PAD and VIA ： ≥ 0.254mm（10mil）
PAD and PAD ： ≥ 0.254mm（10mil）
PAD and TRACK ： ≥ 0.254mm（10mil）
TRACK and TRACK ： ≥ 0.254mm（10mil）

第五：布线优化和丝印。“没有最佳的，只有更好的”！不管你怎么挖空心思的去设计，等你画完之后，再去看一看，还是会觉得很多地方可以修改的。一般设计的经验是：优化布线的时间是初次布线的时间的两倍。感觉没什么地方需要修改之后，就可以铺铜了（Place->polygon Plane）。铺铜一般铺地线（注意模拟地和数字地的分离），多层板时还也许需要铺电源。时对于丝印，要注意不能被器件挡住或被过孔和焊盘去掉。同时，设计时正视元件面，底层的字应做镜像解决，以免混淆层面。

第六：网络和DRC检查和结构检查。一方面，在拟定电路原理图设计无误的前提下，将所生成的PCB网络文献与原理图网络文献进行物理连接关系的网络检查（NETCHECK），并根据输出文献结果及时对设计进行修正，以保证布线连接关系的对的性；
网络检核对的通过后，对PCB设计进行DRC检查，并根据输出文献结果及时对设计进行修正，以保证PCB布线的电气性能。最后需进一步对PCB的机械安装结构进行检查和确认。

第七：制版。在此之前，最佳还要有一个审核的过程。

PCB设计是一个考心思的工作，谁的心思密，经验高，设计出来的板子就好。所以设计时要极其细心，充足考虑各方面的因数（比如说便于维修和检查这一项很多人就不去考虑），精益求精，就一定能设计出一个好板子。

PCB印刷线路元件布局结构基本原则规定和注意事项
一、印刷电路元件布局结构设计讨论
　　一台性能优良的仪器，除选择高质量的元器件，合理的电路外，印刷电路板的元件布局和电气连线方向的对的结构设计是决定仪器能否可靠工作的一个关键问题，对同一种元件和参数的电路，由于元件布局设计和电气连线方向的不同会产生不同的结果，其结果也许存在很大的差异。因而，必须把如何对的设计印刷线路板元件布局的结构和对的选择布线方向及整体仪器的工艺结构三方面联合起来考虑，合理的工艺结构，既可消除因布线不妥而产生的噪声干扰，同时便于生产中的安装、调试与检修等。
　　下面我们针对上述问题进行讨论，由于优良“结构”没有一个严格的“定义”和“模式”，因而下面讨论，只起抛砖引玉的作用，仅供参考。每一种仪器的结构必须根据具体规定（电气性能、整机结构安装及面板布局等规定），采用相应的结构设计方案，并对几种可行设计方案进行比较和反复修改。印刷板电源、地总线的布线结构选择----系统结构：模拟电路和数字电路在元件布局图的设计和布线方法上有许多相同和不同之处。模拟电路中，由于放大器的存在，由布线产生的极小噪声电压，都会引起输出信号的严重失真，在数字电路中，TTL噪声容限为0.4V～0.6V,CMOS噪声容限为Vcc的0.3～0.45倍,故数字电路具有较强的抗干扰的能力。良好的电源和地总线方式的合理选择是仪器可靠工作的重要保证，相称多的干扰源是通过电源和地总线产生的，其中地线引起的噪声干扰最大。
二、印刷电路板图设计的基本原则规定
　　１．印刷电路板的设计，从拟定板的尺寸大小开始，印刷电路板的尺寸因受机箱外壳大小限制，以能恰好安放入外壳内为宜，另一方面，应考虑印刷电路板与外接元器件（重要是电位器、插口或此外印刷电路板）的连接方式。印刷电路板与外接元件一般是通过塑料导线或金属隔离线进行连接。但有时也设计成插座形式。即：在设备内安装一个插入式印刷电路板要留出充当插口的接触位置。对于安装在印刷电路板上的较大的元件，要加金属附件固定，以提高耐振、耐冲击性能。
　　２．布线图设计的基本方法
　　一方面需要对所选用元件器及各种插座的规格、尺寸、面积等有完全的了解；对各部件的位置安排作合理的、仔细的考虑，重要是从电磁场兼容性、抗干扰的角度，走线短，交叉少，电源，地的途径及去耦等方面考虑。各部件位置定出后，就是各部件的连线，按照电路图连接有关引脚，完毕的方法有多种，印刷线路图的设计有计算机辅助设计与手工设计方法两种。
　　最原始的是手工排列布图。这比较费事，往往要反复几次，才干最后完毕，这在没有其它绘图设备时也可以，这种手工排列布图方法对刚学习印刷板图设计者来说也是很有帮助的。计算机辅助制图，现在有多种绘图软件，功能各异，但总的说来，绘制、修改较方便，并且可以存盘贮存和打印。
　　接着，拟定印刷电路板所需的尺寸，并按原理图，将各个元器件位置初步拟定下来，然后通过不断调整使布局更加合理，印刷电路板中各元件之间的接线安排方式如下：
　　（１）印刷电路中不允许有交叉电路，对于也许交叉的线条，可以用“钻”、“绕”两种办法解决。即，让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处 “钻”过去，或从也许交叉的某条引线的一端“绕”过去，在特殊情况下如何电路很复杂，为简化设计也允许用导线跨接，解决交叉电路问题。
　　（２）电阻、二极管、管状电容器等元件有“立式”，“卧式”两种安装方式。立式指的是元件体垂直于电路板安装、焊接，其优点是节省空间，卧式指的是元件体平行并紧贴于电路板安装，焊接，其优点是元件安装的机械强度较好。这两种不同的安装元件，印刷电路板上的元件孔距是不同样的。
　　（３）同一级电路的接地点应尽量靠近，并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上。特别是本级晶体管基极、发射极的接地点不能离得太远，否则因两个接地点间的铜箔太长会引起干扰与自激，采用这样“一点接地法”的电路，工作较稳定，不易自激。
　　（４）总地线必须严格按高频－中频－低频一级级地按弱电到强电的顺序排列原则，切不可随便翻来复去乱接，级与级间宁肯可接线长点，也要遵守这一规定。特别是变频头、再生头、调频头的接地线安排规定更为严格，如有不妥就会产生自激以致无法工作。调频头等高频电路常采用大面积包围式地线，以保证有良好的屏蔽效果。
　　（５）强电流引线（公共地线，功放电源引线等）应尽也许宽些，以减少布线电阻及其电压降，可减小寄生耦合而产生的自激。
　　（６）阻抗高的走线尽量短，阻抗低的走线可长一些，由于阻抗高的走线容易发笛和吸取信号，引起电路不稳定。电源线、地线、无反馈元件的基极走线、发射极引线等均属低阻抗走线，射极跟随器的基极走线、收录机两个声道的地线必须分开，各自成一路，一直到功效末端再合起来，如两路地线连来连去，极易产生串音，使分离度下降。
三、印刷板图设计中应注意下列几点
　　１．布线方向：从焊接面看，元件的排列方位尽也许保持与原理图相一致，布线方向最佳与电路图走线方向相一致，因生产过程中通常需要在焊接面进行各种参数的检测，故这样做便于生产中的检查，调试及检修（注：指在满足电路性能及整机安装与面板布局规定的前提下）。
　　２．各元件排列，分布要合理和均匀，力求整齐，美观，结构严谨的工艺规定。
　　３．电阻，二极管的放置方式：分为平放与竖放两种：
　　（１）平放：当电路元件数量不多，并且电路板尺寸较大的情况下，一般是采用平放较好；对于1/4W以下的电阻平放时,两个焊盘间的距离一般取4/10 英寸，1/2W的电阻平放时,两焊盘的间距一般取5/10英寸；二极管平放时，1N400X系列整流管,一般取3/10英寸;1N540X系列整流管,一般取4～5/10英寸。
　　（２）竖放：当电路元件数较多，并且电路板尺寸不大的情况下，一般是采用竖放，竖
放时两个焊盘的间距一般取1～2/10英寸。
　　４．电位器：IC座的放置原则
　　（１）电位器：在稳压器中用来调节输出电压，故设计电位器应满中顺时针调节时输出电压升高，反时针调节器节时输出电压减少；在可调恒流充电器中电位器用来调节充电电流折大小，设计电位器时应满中顺时针调节时，电流增大。电位器安放位轩应当满中整机结构安装及面板布局的规定，因此应尽也许放轩在板的边沿，旋转柄朝外。
　（２）IC座：设计印刷板图时，在使用IC座的场合下，一定要特别注意IC座上定位槽放置的方位是否对的，并注意各个IC脚位是否对的，例如第1脚只能位于IC座的右下角线或者左上角，并且紧靠定位槽（从焊接面看）。
　　５．进出接线端布置
　　（１）相关联的两引线端不要距离太大，一般为2～3/10英寸左右较合适。
　　（２）进出线端尽也许集中在1至2个侧面，不要太过离散。
　　６．设计布线图时要注意管脚排列顺序，元件脚间距要合理。
　　７．在保证电路性能规定的前提下，设计时应力求走线合理，少用外接跨线，并按一定顺充规定走线，力求直观，便于安装，高度和检修。
　　８．设计布线图时走线尽量少拐弯，力求线条简朴明了。
　　９．布线条宽窄和线条间距要适中，电容器两焊盘间距应尽也许与电容引线脚的间距相符；
　　１０．设计应按一定顺序方向进行，例如可以由左往右和由上而下的顺序进行
PCB焊孔大小的设计标准介绍及焊盘补泪滴方法介绍
      焊盘的内孔一般不小于0.6mm，由于小于0.6mm的孔开模冲孔时不易加工，通常情况下以金属引脚直径值加上0.2mm作为焊盘内孔直径，如电阻的金属引脚直径为0.5mm时，其焊盘内孔直径相应为0.7mm，焊盘直径取决于内孔直径，如下表：

孔直径(mm) 0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.6 2.0
焊盘直径(mm) 1.5 1.5 2 2.5 3.0 3.5 4
对于超过上表范围的焊盘直径可用下列公式选取：
直径小于0.4mm的孔：D／d＝0.5～3
直径大于2mm的孔：D／d＝1.5～2
式中：（D－焊盘直径，d－内孔直径）

焊盘内孔边沿到印制板边的距离要大于1mm ，这样可以避免加工时导致焊盘缺损。
焊盘的开口：
      有些器件是在通过波峰焊后补焊的，但由于通过波峰焊后焊盘内孔被锡封住使器件无法插下去，解决办法是在印制板加工时对该焊盘开一小口，这样波峰焊时内孔就不会被封住，并且也不会影响正常的焊接。

焊盘补泪滴：
      当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状，这样的好处是焊盘不容易起皮，而是走线与焊盘不易断开。
     相邻的焊盘要避免成锐角或大面积的铜箔，成锐角会导致波峰焊困难，并且有桥接的危险,大面积铜箔因散热过快会导致不易焊接。