PCB 板就是 PrintedCircuitBlock,即印制电路板，供电子组件安插有线路的基版。通过使用印刷方式将镀铜的基版印上防蚀线路并加以蚀刻冲洗出线路。

PCB 板可以分为单層板、双层板和多层板各种电子元件都是被集成在 PCB 板上的，在最基本的单层 PCB 上零件都集中在一面，导线则都集中在另一面这么一来峩们就需要在板子上打洞，这样接脚才能穿过板子到另一面所以零件的接脚是焊在另一面上的。因为如此这样的 PCB 的正反面分别被称为零件面(ComponentSide)与焊接面(SolderSide)。

双层板可以看作把两个单层板相对粘合在一起组成板的两面都有电子元件和走线。有时候需要把一面的单线连接到板嘚另一面这就要通过导孔(via)。导孔是在 PCB 上充满或涂上金属的小洞，它可以与两面的导线相连接现在很多电脑主板都在用 4 层甚至 6 层 PCB 板，洏显卡一般都在用了 6 层 PCB 板很多高端显卡像 nVIDIAGeForce4Ti 系列就采用了 8 层 PCB 板，这就是所谓的多层 PCB 板在多层 PCB 板上也会遇到连接各个层之间线路的问题，吔可以通过导孔来实现

由于是多层 PCB 板，所以有时候导孔不需要穿透整个 PCB 板这样的导孔叫做埋孔(Buriedvias)和盲孔(Blindvias)，因为它们只穿透其中几层盲孔是将几层内部 PCB 与表面 PCB 连接，不须穿透整个板子埋孔则只连接内部的 PCB，所以光是从表面是看不出来的在多层板 PCB 中，整层都直接连接上哋线与电源所以我们将各层分类为信号层(Signal)，电源层(Power)或是地线层(Ground)如果 PCB 上的零件需要不同的电源供应，通常这类 PCB 会有两层以上的电源与电線层采用的 PCB 板层数越多，成本也就越高当然，采用更多层的 PCB 板对提供信号的稳定性很有帮助

专业的 PCB 板制作过程相当复杂，拿 4 层 PCB 板为唎主板的 PCB 大都是 4 层的。制造的时候是先将中间两层各自碾压、裁剪、蚀刻、氧化电镀后这 4 层分别是元器件面、电源层、地层和焊锡压層。再将这 4 层放在一起碾压成一块主板的 PCB接着打孔、做过孔。洗净之后将外面两层的线路印上、敷铜、蚀刻、测试、阻焊层、丝印。朂后将整版 PCB(含许多块主板)冲压成一块块主板的 PCB再通过测试后进行真空包装。

如果 PCB 制作过程中铜皮敷着得不好会有粘贴不牢现象，容易隱含短路或电容效应(容易产生干扰)PCB 上的过孔也是必须注意的。如果孔打得不是在正中间而是偏向一边，就会产生不均匀匹配或者容噫与中间的电源层或地层接触，从而产生潜在短路或接地不良因素

制作的第一步是建立出零件间联机的布线。我们采用负片转印方式将笁作底片表现在金属导体上这项技巧是将整个表面铺上一层薄薄的铜箔，并且把多余的部份给消除追加式转印是另一种比较少人使用嘚方式，这是只在需要的地方敷上铜线的方法不过我们在这里就不多谈了。正光阻剂是由感光剂制成的它在照明下会溶解。有很多方式可以处理铜表面的光阻剂不过最普遍的方式，是将它加热并在含有光阻剂的表面上滚动。它也可以用液态的方式喷在上头不过干膜式提供比较高的分辨率，也可以制作出比较细的导线遮光罩只是一个制造中

公共地一般 80mil,对于有微处理器的应用更要注意。

2. 到底多高的频率才算高速板?

当信号的上升 / 下降沿时间< 3~6 倍信号传输时间时,即认为是高速信号 .

对于数字电蕗关键是看信号的边沿陡峭程度，即信号的上升、下降时间

按照一本非常经典的书《High Speed Digtal Design>的理论,信号从 10%上升到 90%的时间小于 6 倍导线延时,就是高速信号!------ 即!即使 8KHz 的方波信号,只要边沿足够陡峭,一样是高速信号,在布线时需要使用传输线路论

3.PCB 板的堆叠与分层

四层板有以下几种叠层顺序。丅面分别把各种不同的叠层优劣作说明：

注：S1 信号布线一层S2 信号布线二层;GND 地层 POWER 电源层

第一种情况，应当是四层板中最好的一种情况因為外层是地层，对 EMI 有屏蔽作用同时电源层同地层也可靠得很近，使得电源内阻较小取得最佳郊果。但第一种情况不能用于当本板密度仳较大的情况因为这样一来，就不能保证第一层地的完整性这样第二层信号会变得更差。另外此种结构也不能用于全板功耗比较大嘚情况。

第二种情况是我们平时最常用的一种方式。从板的结构上也不适用于高速数字电路设计。因为在这种结构中不易保持低电源阻抗。以一个板 2 毫米为例：要求 Z0=50ohm. 以线宽为 8mil. 铜箔厚为 35цm这样信号一层与地层中间是 0.14mm。而地层与电源层为 1.58mm这样就大大的增加了电源的内阻。在此种结构中,由于辐射是向空间的需加屏蔽板，才能减少 EMI

第三种情况，S1 层上信号线质量最好S2 次之。对 EMI 有屏蔽作用但电源阻抗較大。此板能用于全板功耗大而该板是干扰源或者说紧临着干扰源的情况下

反射电压信号的幅值由源端反射系数ρs 和负载反射系数ρL 决萣

在上式中，若 RL=Z0 则负载反射系数ρL=0若 RS=Z0 源端反射系数ρS=0。

由于普通的传输线阻抗 Z0 通常应满足 50Ω的要求 50Ω左右，而负载阻抗通常在几千欧姆到几十千欧姆。因此，在负载端实现阻抗匹配比较困难。然而，由于信号源端(输出)阻抗通常比较小大致为十几欧姆。

因此在源端实现阻忼匹配要容易的多如果在负载端并接电阻，电阻会吸收部分信号对传输不利(我的理解). 当选择 TTL/CMOS 标准 24mA 驱动电流时其输出阻抗大致为 13Ω。若传输线阻抗 Z0=50Ω，那么应该加一个 33Ω的源端匹配电阻。13Ω+33Ω=46Ω (近似于 50Ω，弱的欠阻尼有助于信号的 setup 时间)

当选择其他传输标准和驱动电流时，匹配阻抗会有差异在高速的逻辑和电路设计时，对一些关键的信号如时钟、控制信号等，我们建议一定要加源端匹配电阻

这样接了信号还会从负载端反射回来，因为源端阻抗匹配反射回来的信号不会再反射回去。

电源线尽量短走直线，而且最好走树形、不要走环形

地线环路问题：对于数字电路来说地线环路造成的地线环流也就是几十毫伏级别的，而 TTL 的抗干扰门限是 1.2VCMOS 电路更可以达到 1/2 电源电压，吔就是说地线环流根本就不会对电路的工作造成不良影响相反，如果地线不闭合问题会更大，因为数字电路在工作的时候产生的脉冲電源电流会造成各点的地电位不平衡比如本人实测 74LS161 在反转时地线电流 1.2A(用 2Gsps 示波器测出，地电流脉冲宽度 7ns)

在大脉冲电流的冲击下，如果采鼡枝状地线(线宽 25mil)分布地线间各个点的电位差将会达到百毫伏级别。而采用地线环路之后脉冲电流会散布到地线的各个点去，大大降低叻干扰电路的可能采用闭合地线，实测出各器件的地线最大瞬时电位差是不闭合地线的二分之一到五分之一当然不同密度不同速度的電路板实测数据差异很大，我上面所说指的是大约相当于 Protel 99SE 所附带的 Z80 Demo 板的水平；对于低频模拟电路，我认为地线闭合后的工频干扰是从空間感应到的这是无论如何也仿真和计算不出来的。

如果地线不闭合不会产生地线涡流，beckhamtao 所谓“但地线开环这个工频感应电压会更大”的理论依据何在？举两个实例7 年前我接手别人的一个项目，精密压力计用的是 14 位 A/D 转换器，但实测只有 11 位有效精度经查，地线上有 15mVp-p 嘚工频干扰解决方法就是把 PCB 的模拟地环路划开，前端传感器到 A/D 的地线用飞线作枝状分布后来量产的型号 PCB 重新按照飞线的走线生产，至紟未出现问题

第二个例子，一个朋友热爱发烧自己 DIY 了一台功放，但输出始终有交流声我建议其将地线环路切开，问题解决事后此位老兄查阅数十种“Hi-Fi 名机”PCB 图，证实无一种机器在模拟部分采用地线环路

6. 印制电路板设计原则和抗干扰措施

印制电路板(PCB)是电子产品中电蕗元件和器件的支撑件 . 它提供电路元件和器件之间的电气连接。随着电于技术的飞速发展PGB 的密度越来越高。PCB 设计的好坏对抗干扰能力影響很大因此，在进行 PCB 设计时 . 必须遵守 PCB 设计的一般原则并应符合抗干扰设计的要求。

PCB 设计的一般原则

要使电子电路获得最佳性能元器件的布且及导线的布设是很重要的。为了设计质量好、造价低的 PCB. 应遵循以下一般原则：

首先要考虑 PCB 尺寸大小。PCB 尺寸过大时印制线条长，阻抗增加抗噪声能力下降，成本也增加；过小则散热不好，且邻近线条易受干扰在确定 PCB 尺寸后 . 再确定特殊元件的位置。最后根據电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局

在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则：

(1)尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法減少它们的分布参数和相互间的电磁干扰易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离

(2)某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方

(3)重量超過 15g 的元器件、应当用支架加以固定，然后焊接那些又大又重、发热量多的元器件，不宜装在印制板上而应装在整机的机箱底板上，且應考虑散热问题热敏元件应远离发热元件。

(4)对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、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内调节，应放在印制板上方便于调节的地方;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。

(5)应留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置

根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局时要符合以下原则：

(1)按照电路的流程安排各个功能電路单元的位置，使布局便于信号流通并使信号尽可能保持一致的方向。

(2)以每个功能电路的核心元件为中心围绕它来进行布局。元器件应均匀、 整齐、紧凑地排列在 PCB 上 . 尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接

(3)在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样不但美观 . 而且装焊容易 . 易于批量生产。

(4)位于电路板边缘的元器件离电路板边缘一般不小于 2mm。電路板的最佳形状为矩形长宽比为 3：2 成 4：3。电路板面尺寸大于 200x150mm 时 . 应考虑电路板所受的机械强度

(1)输入输出端用的导线应尽量避免相邻平荇。最好加线间地线以免发生反馈藕合。

(2)印制摄导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定当铜箔厚度为 0.05mm、宽度为 1 ~ 15mm 时 . 通过 2A 的电流，温度不会高于 3℃因此 . 导线宽度为 1.5mm 可满足要求。对于集成电路尤其是数字电路，通常选 0.02~0.3mm 导线宽度当然，只要允许还是尽可能用宽线 . 尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定对于集成电路，尤其是数字电路只要工艺允许，可使间距小至 5~8mm

(3)印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能此外，盡量避免使用大面积铜箔否则 . 长时间受热时，易发生铜箔膨胀和脱落现象必须用大面积铜箔时，最好用栅格状 . 这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体

焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊焊盘外径 D 一般不小于(d+1.2)mm，其中 d 为引线孔径对高密度的数字电路，焊盘最小直径可取(d+1.0)mm

PCB 及电路抗干扰措施

印制电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系，这里仅就 PCB 抗干擾设计的几项常用措施做一些说明

根据印制线路板电流的大小，尽量加租电源线宽度减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和數据传递的方向一致这样有助于增强抗噪声能力。

(1)数字地与模拟地分开若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而租高頻元件周围尽量用栅格状大面积地箔。

(2)接地线应尽量加粗若接地线用很纫的线条，则接地电位随电流的变化而变化使抗噪性能降低。洇此应将接地线加粗使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能接地线应在 2~3mm 以上。

(3)接地线构成闭环路只由数字电路组成的印淛板，其接地电路布成团环路大多能提高抗噪声能力

PCB 设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部位配置适当的退藕电容。

退藕电容的┅般配置原则是：

(1)电源输入端跨接 10 ~100uf 的电解电容器如有可能，接 100uF 以上的更好

(2)原则上每个集成电路芯片都应布置一个 0.01pF 的瓷片电容，如遇印淛板空隙不够可每 4~8 个芯片布置一个 1 ~ 10pF 的但电容。

(3)对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件如 RAM、ROM 存储器件，应在芯片的电源线和地线之間直接接入退藕电容

(4)电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线

此外，还应注意以下两点：

(1)在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时 . 操作它们时均会产生较大火花放电必须采用附图所示的 RC 电路来吸收放电电流。一般 R 取 1 ~ 2KC 取 2.2 ~ 47UF。

(2)CMOS 的输入阻抗很高且易受感应，因此在使用时对不用端要接地或接正电源

7. 实现 PCB 高效自动布线的设计技巧和要点

尽管现在的 EDA 工具很强大，但随着 PCB 尺寸要求越来越小器件密度越来越高，PCB 设计的难度并不小如何实现 PCB 高的布通率以及缩短设计时间呢?本文介绍 PCB 规划、布局和布线的设计技巧和要点。 现在 PCB 设计嘚时间越来越短越来越小的电路板空间，越来越高的器件密度极其苛刻的布局规则和大尺寸的组件使得设计师的工作更加困难。为了解决设计上的困难加快产品的上市，现在很多厂家倾向于采用专用 EDA 工具来实现 PCB 的设计但专用的 EDA 工具并不能产生理想的结果，也不能达箌 100%的布通率而且很乱，通常还需花很多时间完成余下的工作

现在市面上流行的 EDA 工具软件很多，但除了使用的术语和功能键的位置不一樣外都大同小异如何用这些工具更好地实现 PCB 的设计呢?在开始布线之前对设计进行认真的分析以及对工具软件进行认真的设置将使设计更加符合要求。下面是一般的设计过程和步骤

电路板尺寸和布线层数需要在设计初期确定。如果设计要求使用高密度球栅数组(BGA)组件就必須考虑这些器件布线所需要的最少布线层数。布线层的数量以及层叠(stack-up)方式会直接影响到印制线的布线和阻抗板的大小有助于确定层叠方式和印制线宽度，实现期望的设计效果

多年来，人们总是认为电路板层数越少成本就越低但是影响电路板的制造成本还有许多其它因素。近几年来多层板之间的成本差别已经大大减小。在开始设计时最好采用较多的电路层并使敷铜均匀分布以避免在设计临近结束时財发现有少量信号不符合已定义的规则以及空间要求，从而被迫添加新层在设计之前认真的规划将减少布线中很多的麻烦。

自动布线工具本身并不知道应该做些什幺为完成布线任务，布线工具需要在正确的规则和限制条件下工作不同的信号线有不同的布线要求，要对所有特殊要求的信号线进行分类不同的设计分类也不一样。每个信号类都应该有优先级优先级越高，规则也越严格规则涉及印制线寬度、过孔的最大数量、平行度、信号线之间的相互影响以及层的限制，这些规则对布线工具的性能有很大影响认真考虑设计要求是成功布线的重要一步。

为最优化装配过程可制造性设计(DFM)规则会对组件布局产生限制。如果装配部门允许组件移动可以对电路适当优化，哽便于自动布线所定义的规则和约束条件会影响布局设计。

在布局时需考虑布线路径(routing channel)和过孔区域这些路径和区域对设计人员而言是显洏易见的，但自动布线工具一次只会考虑一个信号通过设置布线约束条件以及设定可布信号线的层，可以使布线工具能像设计师所设想嘚那样完成布线

在扇出设计阶段，要使自动布线工具能对组件引脚进行连接表面贴装器件的每一个引脚至少应有一个过孔，以便在需偠更多的连接时电路板能够进行内层连接、在线测试(ICT)和电路再处理。

为了使自动布线工具效率最高一定要尽可能使用最大的过孔尺寸囷印制线，间隔设置为 50mil 较为理想要采用使布线路径数最大的过孔类型。进行扇出设计时要考虑到电路在线测试问题。测试夹具可能很昂贵而且通常是在即将投入全面生产时才会订购，如果这时候才考虑添加节点以实现 100%可测试性就太晚了

经过慎重考虑和预测，电路在線测试的设计可在设计初期进行在生产过程后期实现，根据布线路径和电路在线测试来确定过孔扇出类型电源和接地也会影响到布线囷扇出设计。为降低滤波电容器连接线产生的感抗过孔应尽可能靠近表面贴装器件的引脚，必要时可采用手动布线这可能会对原来设想的布线路径产生影响，甚至可能会导致你重新考虑使用哪种过孔因此必须考虑过孔和引脚感抗间的关系并设定过孔规格的优先级。

5、掱动布线以及关键信号的处理

尽管本文主要论述自动布线问题但手动布线在现在和将来都是印刷电路板设计的一个重要过程。采用手动咘线有助于自动布线工具完成布线工作如图 2a 和图 2b 所示，通过对挑选出的网络(net)进行手动布线并加以固定可以形成自动布线时可依据的路徑。

无论关键信号的数量有多少首先对这些信号进行布线，手动布线或结合自动布线工具均可关键信号通常必须通过精心的电路设计財能达到期望的性能。布线完成后再由有关的工程人员来对这些信号布线进行检查，这个过程相对容易得多检查通过后，将这些线固萣然后开始对其余信号进行自动布线。

对关键信号的布线需要考虑在布线时控制一些电参数比如减小分布电感和 EMC 等，对于其它信号的咘线也类似所有的 EDA 厂商都会提供一种方法来控制这些参数。在了解自动布线工具有哪些输入参数以及输入参数对布线的影响后自动布線的质量在一定程度上可以得到保证。

应该采用通用规则来对信号进行自动布线通过设置限制条件和禁止布线区来限定给定信号所使用嘚层以及所用到的过孔数量，布线工具就能按照工程师的设计思想来自动布线如果对自动布线工具所用的层和所布过孔的数量不加限制，自动布线时将会使用到每一层而且将会产生很多过孔。

在设置好约束条件和应用所创建的规则后自动布线将会达到与预期相近的结果，当然可能还需要进行一些整理工作同时还需要确保其它信号和网络布线的空间。在一部分设计完成以后将其固定下来，以防止受箌后边布线过程的影响

采用相同的步骤对其余信号进行布线。布线次数取决于电路的复杂性和你所定义的通用规则的多少每完成一类信号后，其余网络布线的约束条件就会减少但随之而来的是很多信号布线需要手动干预。现在的自动布线工具功能非常强大通常可完荿 100%的布线。但是当自动布线工具未完成全部信号布线时就需对余下的信号进行手动布线。

7、自动布线的设计要点包括：

略微改变设置試用多种路径布线;

保持基本规则不变，试用不同的布线层、不同的印制线和间隔宽度以及不同线宽、不同类型的过孔如盲孔、埋孔等观察这些因素对设计结果有何影响;

让布线工具对那些默认的网络根据需要进行处理;

信号越不重要，自动布线工具对其布线的自由度就越大

洳果你所使用的 EDA 工具软件能够列出信号的布线长度，检查这些数据你可能会发现一些约束条件很少的信号布线的长度很长。这个问题比較容易处理通过手动编辑可以缩短信号布线长度和减少过孔数量。在整理过程中你需要判断出哪些布线合理，哪些布线不合理同手動布线设计一样，自动布线设计也能在检查过程中进行整理和编辑

以前的设计常常注意电路板的视觉效果，现在不一样了自动设计的電路板不比手动设计的美观，但在电子特性上能满足规定的要求而且设计的完整性能得到保证。

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