PCB设计checklist:布线

时间:2026-07-31
  在 PCB 设计中,布线是至关重要的环节,它直接影响到电路板的性能和稳定性。以下是一份全面的 PCB 布线设计 checklist,涵盖了从通用做法到各项特殊布线要求及检查要点,能帮助工程师更好地完成布线工作。
  通用布线基础原则
  布线应依据 50 欧姆阻抗线宽进行,尽量从焊盘中心出线,使线成直线,优先走在表层。若需拐弯,可做成 45 度角或圆弧走线,推荐在电容或电阻两边进行拐弯。当遇到器件走线匹配要求时,必须严格按照 datasheet 上的参考值长度走线,例如放大管与电容之间、电感之间的走线长度要求等。
  为使高频电路板设计更合理、抗干扰性能更好,还需从以下多方面考虑:
  合理选择层数:在高频电路板布线时,利用中间内层平面作为电源和地线层,可起到屏蔽作用,有效降低寄生电感、缩短信号线长度、减少信号间的交叉干扰。
  优化走线方式:走线应按 45° 角拐弯或圆弧拐弯,这样能减小高频信号的发射和相互之间的耦合。
  控制走线长度:走线长度越短越好,两根线并行距离也越短越好。
  减少过孔数量:过孔数量越少,信号传输的干扰和损耗就越小。
  规划层间布线方向:层间布线方向取垂直方向,即顶层为水平方向,底层为垂直方向,可减小信号间的干扰。
  增加敷铜:增加接地的敷铜能减小信号间的干扰。
  实施包地处理:对重要的信号线进行包地处理,可显著提高该信号的抗干扰能力;也可对干扰源进行包地处理,防止其干扰其他信号。
  避免信号环路:信号走线不能环路,应按照菊花链方式布线。

  

  布线优先级策略
  关键信号线优先:模拟小信号、高速信号、时钟信号和同步信号等关键信号应优先布线。
  遵循密度优先原则:从单板上连接关系复杂的器件着手布线,从连线密集的区域开始。
  同时,要注意以下几点:
  尽量为时钟信号、高频信号、敏感信号等关键信号提供专门的布线层,并保证其的回路面积。必要时采取手工优先布线、屏蔽和加大安全间距等方法,确保信号质量。
  由于电源层和地层之间的 EMC 环境较差,应避免布置对干扰敏感的信号。
  有阻抗控制要求的网络应尽量按线长线宽要求布线。
  时钟线布线要点
  时钟线对 EMC 影响较大,在时钟线上应少打过孔,尽量避免和其它信号线并行走线,且远离一般信号线,防止对信号线产生干扰。同时,要避开板上的电源部分,避免电源和时钟互相干扰。
  如果板上有专门的时钟发生芯片,其下方不可走线,应铺铜处理,必要时还可专门割地。对于很多芯片都有参考的晶体振荡器,其下方也不应走线,需铺铜隔离。
  避免直角与锐角走线
  直角走线在 PCB 布线中应尽量避免,它会使传输线的线宽发生变化,造成阻抗的不连续。实际上,钝角、锐角走线也可能导致阻抗变化。直角走线对信号的影响主要体现在三个方面:一是拐角可等效为传输线上的容性负载,减缓上升时间;二是阻抗不连续会造成信号的反射;三是直角会产生 EMI。
  对于高频电流,导线拐弯处呈直角甚至锐角时,靠近弯角部位的磁通密度及电场强度较高,会辐射较强电磁波,且此处电感量大,感抗比钝角或圆角大。对于数字电路的总线布线,布线拐弯呈钝角或圆角时,布线所占面积较小,在相同线间距条件下,总的线间距所占宽度比直角拐弯少 0.3 倍。

 

  差分走线优势与要求
  差分信号在高速电路设计中应用广泛,关键信号常采用差分结构设计。差分信号是指驱动端发送两个等值、反相的信号,接收端通过比较这两个电压的差值来判断逻辑状态 “0” 还是 “1”,承载差分信号的那一对走线称为差分走线。
  与普通单端信号走线相比,差分信号具有三大优势:一是抗干扰能力强,两根差分走线耦合好,外界噪声几乎同时被耦合到两条线上,接收端关心差值,可完全抵消共模噪声;二是能有效抑制 EMI,两根信号极性相反,对外辐射的电磁场可相互抵消,耦合越紧密,泄放的电磁能量越少;三是时序定位,差分信号的开关变化位于两个信号的交点,受工艺、温度影响小,能降低时序误差,适合低幅度信号电路,如流行的 LVDS 技术。
  对于 PCB 工程师来说,确保差分走线发挥优势需遵循 “等长、等距” 原则。等长可保证两个差分信号时刻保持相反极性,减少共模分量;等距主要是保证两者差分阻抗一致,减少反射。有时 “尽量靠近原则” 也是差分走线的要求之一。
  蛇形线的合理使用
  蛇形线是 Layout 中常用的走线方式,主要用于调节延时,满足系统时序设计要求。但蛇形线会破坏信号质量、改变传输延时,布线时应尽量避免使用。实际设计中,为保证信号有足够的保持时间或减小同组信号之间的时间偏移,可能不得不进行绕线。
  需要注意的是,成对出现的差分信号线一般应平行走线,尽量少打过孔,必须打孔时,两线应一同打孔,以实现阻抗匹配。相同属性的一组总线应尽量并排走线,做到尽量等长,从贴片焊盘引出的过孔尽量离焊盘远些。
  电源与地线处理
  电源、地线的设计对 PCB 性能影响很大,即使其他布线都很好,若电源、地线考虑不周,也会导致产品性能下降,甚至影响成功率。因此,要认真对待电源、地线的布线,降低其产生的噪音干扰,保证产品质量。
  降低电源、地线噪音干扰的方法有:
  在电源、地线之间加上去耦电容。
  尽量加宽电源、地线宽度,是地线比电源线宽,宽度关系为:地线>电源线>信号线。通常信号线宽为 0.2 - 0.3mm,细可达 0.05 - 0.07mm,电源线为 1.2 - 2.5mm。对于数字电路的 PCB,可用宽的地导线组成地网(模拟电路的地不能这样使用)。
  用大面积铜层作地线,将印制板上未使用的地方都与地相连;也可做成多层板,让电源、地线各占一层。
  同时,对于导通孔密集的区域,要避免孔在电源和地层的挖空区域相互连接,以免破坏平面层的完整性,导致信号线在地层的回路面积增大。
  此外,还需遵循地线回路规则和器件去耦规则:
  地线回路规则:环路规则,即信号线与其回路构成的环面积要尽可能小,这样对外辐射少,接收外界干扰也小。
  器件去耦规则:在印制版上增加必要的去耦电容,滤除电源上的干扰信号,使电源信号稳定。在多层板中,对去耦电容位置要求不高,但在双层板中,去耦电容的布局及电源的布线方式会直接影响系统稳定性,甚至关系到设计成败。在双层板设计中,应使电流先经过滤波电容滤波再供器件使用。在高速电路设计中,正确使用去耦电容关系到整个板的稳定性。
  数字与模拟电路共地处理
  如今很多 PCB 由数字电路和模拟电路混合构成,布线时需考虑它们之间的互相干扰,特别是地线上的噪音干扰。数字电路频率高,模拟电路敏感度强,高频信号线应尽量远离敏感的模拟电路器件。对地线而言,整个 PCB 对外界只有一个结点,因此必须在 PCB 内部处理数、模共地问题,在板内部数字地和模拟地实际上是分开的,互不相连,仅在 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,且只有一个连接点。不过,也有在 PCB 上不共地的情况,这由系统设计决定。
  信号线在电(地)层布线
  在多层印制板布线时,如果信号线层剩余未布线较少,增加层数会造成浪费并增加生产工作量和成本。此时可考虑在电(地)层上布线,优先考虑电源层,其次是地层,以保留地层的完整性。
  大面积导体连接腿处理
  在大面积的接地(电)中,常用元器件的腿与其连接时,需综合考虑电气性能和工艺需求。从电气性能看,元件腿的焊盘与铜面满接较好,但在焊接装配时存在问题,如需要大功率加热器、容易造成虚焊点。因此,可做成十字花焊盘,即热隔离(heat shield),俗称热焊盘(Thermal),这样可减少焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性。多层板的接电(地)层腿的处理相同。
  布线中的网络系统
  在许多 CAD 系统中,布线依据网络系统进行。网格过密会增加图场数据量,对设备存储空间和计算机运算速度要求高,且部分通路可能无效,如被元件腿焊盘、安装孔、定位孔占用的通路。网格过疏则通路太少,影响布通率。所以需要一个疏密合理的网格系统支持布线,标准元器件两腿之间距离为 0.1 英寸 (2.54mm),网格系统基础一般定为 0.1 英寸 (2.54mm) 或小于 0.1 英寸的整倍数,如 0.05 英寸、0.025 英寸、0.02 英寸等。
  设计规则检查(DRC)
  布线设计完成后,需认真检查布线是否符合设计规则,同时确认规则是否符合印制板生产工艺需求,一般检查内容包括:
  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),PCB 中是否还有加宽地线的空间。
  关键信号线是否采取了措施,如长度短、加保护线、输入线及输出线明显分开。
  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。
  对不理想的线形进行修改。
  PCB 上是否加有工艺线,阻焊是否符合生产工艺要求,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,防止电源地层的铜箔露出板外造成短路。
  检查 3W、3H 原则
  为减少线间串扰,应保证线间距足够大。当线中心间距不少于 3 倍线宽时,可保持 70% 的电场不互相干扰,称为 3W 规则;若要达到 98% 的电场不互相干扰,可使用 10W 的间距。具体要求如下:
  时钟、复位、100M 以上信号以及一些关键的总线信号等与其他信号线布线必须满足 3W 原则,同层和相邻层无较长平行走线,且链路上过孔尽量少。
  高速信号的过孔数量需严格控制,有些器件指导书对高速信号过孔数量要求严格,除了必须的管脚 fanout 过孔外,严禁在内层打多余的过孔。
  同层时钟及高速信号中心距需严格满足 3H(H 为走线层到回流平面间距);相邻层的信号严禁重叠,建议也满足 3H 的原则,可使用工具检查串扰问题。
  遵循这些原则主要是为了防止不同工作频率的模块之间互相干扰,同时尽量缩短高频部分的布线长度。对于混合电路,也可将模拟与数字电路分别布置在印制板的两面,分别使用不同的层布线,中间用地层隔离。
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