PCB设计规范
目录
1概述 - 1 -
1.1目的 - 1 -
1.2适用范围 - 1 -
1.3相关文件 - 1 -
1.4术语缩写与解释 - 1 -
2 PCB工艺要求 - 2 -
2.1板材与Tg值 - 2 -
2.2板厚 - 3 -
2.3表面处理 - 3 -
2.4铜箔厚度 - 3 -
2.5导通孔 - 3 -
2.6公差 - 4 -
3 PCB布局设计 - 4 -
3.1布局原则 - 4 -
3.2布局顺序 - 5 -
3.3特殊器件布局要求 - 5 -
3.4其他注意事项 - 8 -
4 PCB布线设计 - 9 -
4.1布线原则 - 9 -
4.2布线顺序 - 13 -
4.3电源与地处理 - 13 -
4.4关键信号处理 - 15 -
4.4.1时钟复位信号 - 15 -
4.4.2差分信号(Differential Pair) - 16 -
4.4.3模拟信号(Analog signals) - 16 -
4.4.4其他关键、高速信号 - 16 -
4.5热设计 - 16 -
4.6 FANOUT - 17 -
4.6.1 BGA fanout - 17 -
4.6.2滤波电容fanout - 18 -
4.6.3钽电容fanout - 19 -
4.6.4电源fanout - 19 -
4.6.5 IC类(SOP,QFP)fanout - 20 -
4.6.6连接器类fanout - 21 -
4.7常见电路布线 - 22 -
4.7.1串口电路 - 22 -
4.7.2网口电路 - 23 -
4.7.3光口电路 - 24 -
4.7.4 JTAG电路 - 24 -
4.7.5 USB电路 - 25 -
4.7.6音/视频接口电路 - 26 -
4.7.7 DDR布线 - 27 -
5后处理 - 28 -
5.1字符原则 - 28 -
5.2 DRC - 29 -
5.3等长 - 29 -
5.4投板前检查 - 29 -
6电气间隙和爬电距离 - 29 -
7 PCB加工说明 - 31 -
附录 A阻焊层设计 - 32 -
附录 B导线温升 - 33 -
1概述
1.1目的
本规范目的在于从产品的研发到生产阶段,规范设计人员的设计,使其充分考虑设计和制造的联系,产品的可生产性,可测性,以及可靠性,从而设计出适于 SMT生产以及测试的电子产品,确保产品设计品质,并提高产品可生产性及品 质可靠性,并降低生产成本和缩短开发周期。
1.2适用范围
本规范适用于所有项目的硬件电路 PCB设计过程,运用 于但不限于 PCB 的设计、PCB投板工艺审查、单板工艺审查等活动。
本规范之前的相关标准、规范的内容如与本规范的规定相抵触的,以本规范 为准。
1.3相关文件
TS—SOE0199001 《电子设备的强迫风冷热设计规范》 TS—SOE0199002 《电子设备的自然冷却热设计规范》 GB 4588.3—88 《印制电路板设计和使用》
Q/DKBA-Y001-1999 《印制电路板 CAD 工艺设计规范》
IEC60194 《印制板设计、制造与组装术语与定义》(Printed Circuit Board design manufacture and assembly-terms and definitions)
IPC—A—600G 《印制板的验收条件》(Acceptably of printed board) GB/T4943 《信息技术设备的安全》
IEC 60664-3 《低压系统内设备的绝缘配合-第 3 部分:利用涂层、罐封和 模压进行防污保护》
GB 8898-2001 《音频、视频及类似电子设备安全要求》
《Cadence印刷电路板设计》
1.4术语缩写与解释
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PCB(Printed Circuit Board):中文名称为印制电路板,又称印刷线路板,是重要的电子部件,是[电子元器件]的支撑体,是电子元器件电气相互连接的[载体]由于它是采用电子印刷术制作的,故被称为“印刷”[电路板]它分为刚性版、挠性板、刚挠结合板等,我司一般是刚性板。
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PCBA(Printed Circuit Board Assembly):指装配焊接元器件后的电路板。
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SMT(Surface Mounting Technology):表面贴装技术,指用自动贴装设备将表面组装元件/器件贴装到 PCB 表面规定位置的一种电子装贴技 术。通常泛指自动焊接技术。
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SMD(Surface Mounting Device):表贴器件。
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波峰焊(Wave Soldering):将熔融的液态焊料,经机械泵或电磁泵喷流成设计要求的焊料波,预先装有电子器件的印制板置于传送链上经某一 特定角度并以一定的浸入深度穿过焊料波而实现焊接的过程。
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回流焊(Reflow):又称再流焊,通过重新熔化预先放置的焊料而形成焊点,焊接过程中不必再添加焊料的一种焊接方式。
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光绘文件(Gerber):提供给印制板厂加工生产的分层数据文件。通常选用 RS274-X 文件格式,
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导电图形:蚀刻完成后电路板导电材料形成的图形。包括走线、铜皮、金属化孔等。
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非导电图形:电路板非导电材料形成的图形,例如阻焊、丝印、钢网。
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丝印:其本质为油墨,常见为白色,用来标识路板上各零件的名称、位置框,方便组装后维修及辨识用。
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阻焊:其本质亦是油墨,因常见为绿色故又称“绿油”用来隔绝导电图形,避免短路;隔绝空气避免表层铜箔氧化。其形态为粘稠液态,紫外线可加速其固化。
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钢网:一块薄钢板,上多开孔,孔位置和pcb上焊盘位置完全一致,是用来机贴表贴器件,当然也可以用于手工焊,用法为将钢网盖在板子上,然后刷锡膏(粘稠状焊锡),这样电路板焊盘上就有焊锡了(钢网只有焊盘处开孔,所以其他位置没有焊锡)如下图:
钢网实拍图
2 PCB工艺要求
2.1板材与Tg值
PCB板通常使用环氧树脂玻璃纤维布层压板 FR-4 或 CEM-3。有铅产品要求 采用 Tg≥130的板材,无铅产品要求采用 Tg≥135的板材。车规级产品由于其耐高温 耐湿度 耐热冲击等要求,一般原则Tg≥150的板材。
2.2板厚
PCB 板厚常用有 0.8(±10%)mm、1.0(±10%)mm、1.2(±10%)mm、 1.6(±10%)mm、2.0(±10%)mm、2.5(±10%)mm、3.0(±10%)mm。推荐采用 1.6mm - 2mm,通常使用1.6mm 厚的板材,若有其它厚度或其他控制精度的需要在PCB加工申请单中注明。
2.3表面处理
表面处理:在制板过程中PCB表层铜皮不需要露出来的就会被绿油覆盖住,需要露铜的地方,为了避免铜皮直接和空气接触氧化进而影响焊接,会在露铜表面做一些特殊处理。
常见表面处理方式有热风整平(HASL)、电镀镍金、化学沉金、化学沉银、OSP(有机防氧化膜)等。
从经济性和可靠性综合考虑,汽车电子产品多采用化学沉金的表面处理工艺,但对于一些不重要的非密集性调试板卡可采用喷锡(HASL)成本更低。
2.4铜箔厚度
PCB板成品铜箔厚度通常为 0.5oz,1oz,1.5oz,2oz,3oz等。
具体分为内层铜箔厚度和表层铜箔厚度,内层铜箔厚度多为0.5OZ和1OZ。更推荐1OZ即1.2mil,载流能力大也利于散热。
表层铜箔厚度多为0.5OZ+planting电镀,完成铜厚多为35-40um,即1.4-1.6mil。
2.5导通孔
通常情况下,应采用标准导通孔尺寸,且保证导通孔的尺寸尽可能少。常见过孔尺寸如下图表。
内径(mil) | 外径(mil) |
---|---|
8 (0.2mm) | 16 |
8(0.2mm) | 20 |
10 (0.25mm) | 22 |
12 (0.3mm) | 28 |
24 (0.6mm) | 40 |
信号孔推荐使用:8mil的导通孔。电源孔推荐使用:10mil/22mil 的导通孔。
过孔的处理方式有阻焊塞孔、开窗、树脂塞孔+电镀填平。一般采用阻焊塞孔,对于盘中孔来说需要采用树脂塞孔+电镀填平 以保证平整度。
2.6公差
在制板工艺方面,我们常说的公差有板厚公差、孔径公差、外形公差、根据GB/T4722不同的厚度与尺寸对应的公差不同,详见下图。
公差表
对于需要控制阻抗的板卡来说还涉及到阻抗公差,一般按照阻抗要求值的±10%来控制。
3 PCB布局设计
3.1布局原则
1)满足结构要求
2)满足禁布区要求
3)满足电源的通道要求
4)满足关键器件、关键信号、整板的布线通道要求
5)满足可制造性要求:器件间距、方向等
6)满足方便焊接性要求,例如避免BGA二次过炉,满足波峰焊间距等
7)满足可测试性要求:易于检测和返修
3.2布局顺序
1)根据结构图,绘制板框(注:如有开窗也需绘制开窗的位置)。
2)绘制整板禁布区,一般距离板边5mm(Area/Package Keep in),极限4mm绘制其它有特殊要求的禁布区(Area/Package Keep out)。
- 根据结构图,布局有结构要求的器件并赋予Fixed属性。
- 根据原理图,将单个器件逐一抓成模块,并以此为单位进行整板布局。
- 综合考虑PCB性能和加工效率选择布局方案:
加工工艺的优选方案依次是:元件面单面贴装——元件面贴插混装(元件面插装,焊接面贴装一次波峰焊成型)——双面贴装——双面贴插混装。
3)对布局进行整体规划,根据结构及主要信号流向,布局关键信号器件。
4)优先考虑时钟系统、控制系统、电源系统等的布局,同时需对主次电源进行规划,考虑各电源在电源平面层的大致分割,还需考虑器件间有足够的布线通道并依据重要信号线考量布局的合理性。
- 布局时需考虑有拓扑要求的器件并留有空间给有长度要求的信号绕等长。
- 放置单板基准点,空间不够时可以不放置,用表贴焊盘代替其作用。
- 完成布局 讨论布局 修改意见 布局定版。
3.3特殊器件布局要求
1)BGA器件:
同面器件布局在BGA器件周边5mm以外;在空间拥挤的情况下,同面器件也需布局在3mm以外;BGA器件的电源滤波电容背面布局,尽量靠近相应的电源管脚布局,布局在BGA的两相邻焊盘的对称中心上。
BGA背面阻容摆放图
2)压接件:
对于弯公/弯母压接连接器,压接件同面,压接件周边3mm不得布局任何的高器件(大于3mm的件),周边1.5mm 不得布局任何的焊接件,在压接件的背面,距离压接件的管脚2.5mm范围内不得布局任何的元器件。
弯公/母压接件禁布图
对于直公/直母压接连接器,压接器件周边1mm不得布局任何的元器件,背面需安装护套时,周边1mm不得布局任何的元器件,没有安装护套时距离压接件管脚2.5mm范围内不得布局任何的元器件。
弯公/母压接件禁布图
3)金属壳体器件:
不同属性的金属件(如散热片、屏蔽罩)或金属壳体器件不能相碰,确保不与其它器件相碰,确保最小1mm的距离满足安装空间要求。
与金属壳体器件相连的线最好与金属壳体不在同一平面,因为金属壳体频繁的插拔会导致附近的绿油被破坏,这样会破坏连接的走线。
4)有极性或方向性器件:
有极性或方向性的器件在布局上要求方向一致,尽量做到排列整齐,对于SMD 器件,不能满足方向一致时,也应尽量满足在X、Y方向上保持一致。
有极性器件布局示意图
5)热敏元件:
热敏元件(如电解电容器、晶体振荡器)布局时应尽量远离高热器件,尽量布局在上风口。
6)焊接插件:
插件另一面3.5mm内不要放置SMD器件
3.4其他注意事项
1)器件与板边要有一定的距离,器件离板边确保有5mm(197mil)以上的间距(有结构要求的器件除外)。
2)推荐器件布局方向为0度,90度。
3)各器件之间要有可操作的空间(如斜插的内存条)。
斜插器件布局示意图
5)高矮器件布局
高器件布局在低矮器件的后面,并且沿风阻最小的方向布局,防止风道受阻。
避免两个高的器件中塞一个小的器件。
布局热设计示意图
6)关键信号器件的布局
晶振、时钟驱动等关键信号器件的布局,需远离接口电路布局,不要布局在板边, 离板边至少要有10mm以上的距离。
7)器件本体距离板边要有一定的距离,最好满足5mm,极限3mm。传送边侧器件距离板边若不满足5mm则需要添加工艺边,多用邮票孔连接工艺边。对于非传送边侧的器件在特殊情况下距离板边甚至可以不满足3mm,以往极限做到过1.0mm 。
8)不同区域需要做好分割,例如高压和低压区域 数字和模拟区域等
9)防护器件靠近接口放置,例如ESD电容,各种防护管
10)高电压分压电阻要放高压分割区域,分压之后的信号在进入板内
11)整体布局实用、美观、协调、统一。
4 PCB布线设计
4.1布线原则
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满足结构要求:如结构、禁布区的检查与确认等。
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满足设计规则的要求:如物理规则、电气规则、DRC参数等。
3)满足工艺规范的要求:如DFM、DFT、焊接类型、厂家加工能力等。
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最小环路原则,信号线与其回路构成的环面积要尽可能小。针对多层板,不要跨地的分割走线。对一些频率较高的设计,需特别考虑其地平面信号回路问题。
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3W 原则。使用3W原则减小线间串扰(CrossTalk)。串扰主要跟频率及 终端阻抗有关。对于 50MHz 以下的信号(注意是频谱中的频率,而不是传输速率),无需 3W 原则;对于 f>50MHz 的线,应该在它们与 I/O 线以及敏感线之间使用 3W 原则,并根据需要使用地线分隔。
3W 原则
- 相邻层的布线方向成正交结构避免将不同的信号线在相邻层走成同一 方向,减少不必要的层间串扰;当由于板结构限制(如某些背板)难以避免出现该情况,特别是信号速率较高时,应考虑用地平面隔离各布线层,用地线隔离各信号线。
相邻层正交布线
- 不允许出现一端浮空的布线(Dangling Line)主要是为了避免产生" 天线效应",减少不必要的干扰辐射和接收,否则可能带来不可预知的结果。(可以在 Reports 中检查)
浮空线
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同一网络的布线在同一层宽度应尽量保持一致,避免因线宽的变化而导致的线路特性阻抗的不均匀。在某些条件下,如接插件引出线,BGA 封装的引出线类似的结构时,可能无法避免线宽的变化,应该尽量减少中间不一致部分的有效长度。
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防止信号线在不同层间形成自环。在多层板设计中容易发生此类问题,
自环将引起辐射干扰。
网络自环
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数、模电路之间;高、低频电路之间;高、低速电路之间布线互不交叉、 跨越。
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布线长度控制规则,即短线规则(蛇形走线除外),在设计时应该尽量让布线长度尽量短,以减少由于走线过长带来的干扰问题,特别是一些重要信号线,如时钟线,务必将其振荡器放在离器件很近的地方,并且与器件在PCB的同一面。
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电源线地线尽量使用12mil以上线宽,芯片的地、电源管脚可以适当细一些,尽量控制分枝的长度。考虑到散热,电源芯片下面尽量不要走线。
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大于 1206 的封装地、电源网络每个 PIN 至少拉出两根线,或者铺铜。
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避免直角和锐角布线。
避免直角
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散热器正面下方无走线(或已作绝缘处理)。为了保证电气绝缘性,散 热器下方周围应无走线(考虑到散热器安装的偏位及安规距离),若需要在散热器下布线,则应采取绝缘措施使散热器与走线绝缘,或确认走线与散热器是同等电位。
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芯片内相邻管脚之间相连,不可在 PIN 中间直接相连,需从外部相连。 与芯片连接线线宽不能超过芯片 PIN 宽度。
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浪涌保护器件上的信号走线最小线宽为12mil。
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走线距板边最少大于 0.5mm 以上。
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时钟线 复位线 差分线等敏感信号尽量少打孔,一定要打孔时注意加伴地孔。
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射频线在转角部分用圆弧方式代替 45 度角,在信号线两侧用 shape 方式包地,信号线与 shape 间距20mil,在shape区域间隔 50-100mil 打过孔接地;另外射频线布线要满足特性阻抗要求。
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电感下方和电解电容下方不允许走线(器件所在层),大电感下方所有层不允许走线。
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处理电源时尽量让电源路径顺畅,并保证足够的铜皮宽度以满足通流。
25)布线远离板边,一般20mil,极限15mil
26)所有信号线尽量以GND为参考,关键信号一定要以GND为参考
27)表面除短的互连线及fanout外,信号线尽可能布在内层
28)相邻SMD的焊盘、SMD焊盘和THD孔、SMD焊盘和过孔、过孔和过孔之间要保留阻焊桥,最小绿油桥宽度4mil,以防止焊锡从过孔流走或短路。
29)LDO散热焊盘应根据实际情况接地或接相关电源,没有确认的情况下,不得轻易接地(注:有时本焊盘为电源引脚)
30)走线不得超出Pin宽度
- 布线分区明确,模拟、数字、电源的地线尽量不要混接,特别是有非常大的电流变化和很小的模拟信号存在的情况下需特别注意。如下图
4.2布线顺序
1)设计层叠,布局完成后可根据pin密度来大致确定层数,关系如下图
以下仅为经验数据。
注:Pin密度的定义为:板面积( 平方英寸)/(板上管脚总数/1 4 )
布线层数的具体确定还要考虑单板的可靠性,信号的工作速率,制造成本和交货期等因素。
布线层的设置:电源与地层应尽量靠在一起,中间不安排布线。所有布线层应尽量靠近一平面层,优选地平面为走线隔离层。为了减少层间信号的电磁干扰, 相邻布线层的信号线走向应取垂直方向。
2)根据层叠和目标阻抗值计算相应的线宽,设置物理规则以及间距规则。
3)根据整板飞线走向规划布线层面。
4)fanout(详见下文)。
5)整板布线,遵循先密后疏,先难后易的原则,优先处理关键信号 电源。
6)调DRC 绕等长。
4.3电源与地处理
电源是系统的核心部分之一,它的设计质量的好坏直接影响到系统能否工作。电源在PCB设计中主要考虑:载流能力、电源通道、防护、滤波。
1)载流能力:每个芯片工作时都要消耗一定的能量,这些能量的供给通道就是PCB 上的走线,影响到PCB上走线载流能力的几个关键因素有线宽、铜厚、温升、层面。
下图仅为经验数据
线宽:电源走线的宽度,铺铜时为铜皮的最细处,同时要减去最细处其它网络过孔的避让宽度。长距离布线时,需再增加50%的裕量,保证PCB印制线不被熔断或烧损。符合载流能力的布线参数可以通过PCBTEMP软件来进行计算。
铜厚:电源走线所在层的铜厚,常见内层(电源、走线混合层)为1盎司;如果需要加到2盎司及以上,最好把电源地层设计到一个芯板的两面;温升:允许因电源走线温度升高而导致整个PCB板的温度升高的范围;层面:是外层电源走线和还是内层电源走线,通常外层比内层载流量大。
2)电源通道:清楚每一个电源通路及整板的电源分布
- 压降:由于走线或铜皮它们本身都有一定的阻值,电流通过后会产生压降,一般情况下可以不用考虑,但是在对电压有严格要求的地方就必须考虑到压降的影响,加宽铜皮。
4)电源、地分割方式简捷合理,分割区域的大小满足载流能力。正确的分割线宽度一般应大于20MIL,区域小的分割线须特殊考虑,如BGA内部,一般推荐:1.27 毫米BGA ≥25mil,1.0毫米BGA ≥20mil,0.8毫米BGA ≥10mil,0.5毫米BGA ≥ 8mil。
5)20H规则: (电源层内缩) 在地层的边缘,包括不同性质的地层,地层要比电源层、信号层外延20H,在这里H表示相邻的电源层与地层之间的距离,关键信号不要布在地层的边缘,如果在与电源层相邻的信号层边缘设置一圈地,
(相当于一个护栏),并将这圈地与地层用间隔(推荐200mil)较密的过孔连接起来,如下图, 会更好的降低辐射。
6)相邻分割区的电源压差不能过大。如果过大时,需增大隔离线的宽度来降低电源压差。
7)对于高压的电源及PGND,分割线应加宽,建议所有的孔、线、铜皮与高压电源及PGND至少要保持2毫米间隔。
4.4关键信号处理
关键信号处理的整体原则:满足阻抗要求,满足等长要求,布线在优先层,线尽量短、直、不换层不跨分割线,不平行走线,远离其它信号。
4.4.1时钟复位信号
1)表层无时钟复位信号,或者长度小于500mil,关键时钟信号长度
小于300mil。
2)规定层面布线,相邻两层不可平行走线(时钟线/复位线与相邻层平行布线的平行长度≤1000mil),尽量布在GND 相邻层,有完整地平面作回流,未跨分割或跨分割位置已作桥接处理。
3)晶振及时钟驱动电路区域器件面无其它布线穿过。 晶振器件面铺地铜,添加适当地孔。
4)将时钟线/复位线,线距应满足3W 原则,即线边缘距≥2 倍的线宽,远离其它信号,特别是不同时钟信号之间更要拉开距离。
5)必要时需包地,地线须每隔一段距离打过孔(建议2000mil 以内)。
6)短、直、尽量少换层,必须换层时(当时钟信号/复位信号换层且回流参考平面也改变时)推荐在时钟线/复位线换层过孔旁布一些接地过孔,确保回流通道。
7)时钟线/复位线无线头,若出于增加测试点的需要,则线头长度≤500mil。
8)多负载时钟的拓扑结构推荐为星形,STUB ≤1000mil。需注意对于I2C信号,常规需要走线为fly-by的拓扑结构。
4.4.2差分信号(Differential Pair)
1)满足差分阻抗要求。
2)同一差分对的两条线要完全平行,两根线中间不能有过孔或其它信号。
3)走线短、直、尽量少换层,必须换层时,两信号一起换到同层(可在换层处添加些地孔)。
3)规定层面布线, 相邻两层不可平行走线,尽量布在GND 相邻层,不能跨分割线。
4)远离其它信号(最小15mil),自身间距须严格按要求处理;
5)绕线时必须两根同时进行,须等幅等距,不要在BGA、插装连接器、插座等器件内部绕等长。
4.4.3模拟信号(Analog signals)
1)线尽量短、直、粗(8-15mil)、少换层。
2)尽量扩大线间距(8-15mil)。
3)有空间的情况下所有的信号都要做包地处理。
4)在自身区域内完成布线,远离数字信号。
4.4.4其他关键、高速信号
1)参照时钟信号处理方式。
2)加大走线间距,尽量满足3W规则。
3)高压线要加大间距。
4)关键信号走线不得从插件电感 电容两极中间穿过。
4.5热设计
1)要求SMT焊盘两端的热容尽量相当,走线宽度一般不能大于焊盘的三分之二宽度,否则,很容易在过回流焊时产生器件立碑现象。
2)小焊盘(0402及以下)需和大面积铜箔连接时,焊盘与铜箔间应以“米”字形或“十”字形线连接,以增加与铜箔间的热阻,防止加工时焊盘热量传导过快影响焊点可靠性。
3)有大电流通过的插件焊盘,为了保证电气连接应在焊盘旁边增加过孔
4)电源和高热器件内部避免其他布线穿越。
5)卧装稳压电源模块下表层铺铜,必要时需预留散热器安装位置,及考虑是否需开阻焊窗。
6)LDO散热焊盘应根据实际情况接地或接相关电源,没有确认的情况下,不得轻易接地(注:有时本焊盘为电源引脚)。
4.6 FANOUT
Fanout通俗来讲是模块内的布线,是整板布线的前提,在完成fanout后才可以进行整板布线,尤其是高密度板卡。
4.6.1 BGA fanout
4.6.2滤波电容fanout
针对密间距的SOP或QFP器件的式样:优选式样:(优点:占用布局、布线空间最少,适合高密板,也最为常见。缺点:板厚对电流的回流路径有影响)。
滤波电容优选样式
普通式样:(优点:电容和器件在同一面,电流先过电容再到芯片,滤波效果好。缺点:占用布局空间比较大,不适合器件密度大的板)。
在这里要着重说明下,对于多层板(四层以上)来说滤波电容不建议用上图左上角的fanout方式,表面上看起来电源是严格的先过了滤波电容再进的芯片,这样想来会更好,但实际相反。
因为多层板会有单独的电源地平面,形成平板电容,此时这个“电容”才是板级相应速度最快的滤波元件。从IC引脚过电容后再打孔的做法反而增加了滤波电容和芯片的距离,增大了电感,不利于滤波。
4.6.3钽电容fanout
原则;尽量粗的引线和多的引线,建议尽可能的铺铜。尽量多的孔,至少两个孔。
4.6.4电源fanout
∏形滤波电路:电容输入先滤波,滤波后电感输出, 电容再次滤波输出。如下式样。
LDO电路:
过孔在电源输入前,输出后,如下示图
4.6.5 IC类(SOP,QFP)fanout
- 变压器: 除了电源地信号,其他信号过孔打在外侧。
-
SOP类: 过孔整齐,电源脚出线参考电容fanout。
-
内部含有散热焊盘的芯片:
在fanout时,每个信号需先打孔,除地网络信号,其他信号过孔都向外且所有层的信号尽量不从散热焊盘下方穿过。
4.7常见电路布线
4.7.1串口电路
1)布局时阻容尽量靠近芯片放置,布线时加粗管脚引线。
2)TX和RX信号线不需要做成差分形式。
3)串口连接器信号管脚平面需挖空处理,如果串口信号有保护电路,则需将保护电路平面一同挖掉。如果串口信号无保护电路,则只要挖掉串口信号管脚区域。
串口无保护电路时布局布线
串口有防护电路布局布线
4.7.2网口电路
1)电路由网口连接器(RJ45)、隔离变压器、PHY、去耦电容、匹配电阻组成;部分电路有带防护电路和Smith 电路。
2)变压器与RJ45应尽量靠近,长度控制在1000MIL以内,与PHY的距离也应尽可能的近。
3)变压器中心抽头每个PIN有一个去耦电容(0.1UF),有时初级端连成RC形式来处理。
4)网口信号由多对差分线组成,初级端的线不控制阻抗,线宽尽量粗(一般为12MIL),次级差分线按一般差分线要求处理。
5)变压器中心抽头经电容接地的信号线宽要加粗,一般为20MIL。
6)变压器中间对应的所有层都必须掏空。
7)所有信号都不得在变压器下方布线;更不允许信号从初次级间跨过。
8)常规RJ45下方需做全部挖空处理。
4.7.3光口电路
1)电路由3.3V供电模块、上拉电阻、匹配电阻、光模块组成。
2)光模块的位置一般是固定的,上拉电阻可直接放在背面靠PIN脚处,供电电路应尽量靠近放置,去耦小电容需靠PIN就近放置。
3)光模块信号一般有两对差分线和6根控制信号,按高速信号要求处理。
4)外壳的GND PIN一般接到CGND(保护地)。
5)非GND过孔不可打在屏蔽罩底下。
- 光模块根据传输速率的不同有多种的封装规格,但传送原理基本相同,下图一个采用+5V供电、单根控制信号的例子。此外还有带灯、双通道等等。
4.7.4 JTAG电路
1)电路由测试连接器和上下拉电阻组成
2)一般有5根测试信号线,分别是:TCK,TDI,TDO,TMS,TRST#
3)布局时,上下拉电阻一般要靠近JTAG连接器放置。
4)表贴的JTAG连接器,一般不要在内部打孔。
4.7.5 USB电路
1)一般有6个管脚,其中两个固定管脚,四个信号管脚。四个管脚分别是:1脚电源,2脚USB_N,3脚USB_P,4脚GND
2)布线时USB_N和USB_P需按差分形式处理。USB2.0 阻抗控制90ohm
3)考虑EMC电磁干扰,有时会在4个信号管脚加上磁珠进行隔离,如下图。
4.7.6音/视频接口电路
Audio(音频):
1)音频信号线一般包括SPKR_L+/-; SPKR_R+/-。
2)走线类差分,线宽尽量加粗推荐10mil以上。
3)布线时远离其它信号,有条件的话单独包地处理。
VGA:
- VGA信号线一般包括R、G、B、HSYNC、VSYNC信号。阻抗按照75欧控制。
- 布局时RGB的磁珠尽量靠近连接器放置,信号要做到先去耦再输入;RGB的上拉电阻可放在芯片端。
- RGB的信号应尽量加粗,一般推荐15mil左右,三根线相互间距及其它信号的间距应尽量大,RGB三根信号进行单独包地处理,且三信号线尽量等长。
- HSYNC、VSYNC是行场同步信号,这两根信号无需按照差分形式进行布线,远离其它信号;需要进行单独包地处理、且等长。
4.7.7 DDR布线
1)布局时应注意以下几点:
对于DIMMS,匹配电阻应靠近第一个DIMMS放置,对于SOP/BGA,匹配电阻应根据不同的芯片确定放置端,若时钟有加匹配电阻,则电阻可靠控制芯片放置; 所有的上拉电阻摆放在最后一个DIMMS之后,每四至六个信号放置一个0.1uf或者0.22uf的0603封装的电容且靠近上拉电阻。需保证DDR芯片有足够的去耦电容,且要有BUCK电容;存储芯片尽量靠近控制芯片放置,使得整体布线尽量的短。
2)布线时应注意:
对于DDR3 DDR4(目前最常用)
数据线应分多组,分组等长,每组分别为:
Group0:DQ(0…7) 、DQS0(DM0)
Group1:DQ(8…15)、DQS1(DM1)
…
Group7DQ(56…63)\DQS7(DM)
有时会外加一组ECC
分组绕等长,每组以DQS为基准,等长误差±10mil。
地址线无需分组,整组控制等长:
A0 A1…An,cke clk cs odt wr
不包含复位线rst
等长整组控制,以CLK为基准 误差±25mil。
对于某些芯片来讲有时还要求地址线中的CLK和数据线中的DQS做等长,具体参考芯片手册要求。
对于一带多的拓扑结构来说,地址线的端接电阻需放在最后一片DDR上(DDR2需要确认CPU是否支持读写平衡,若支持才可走fly-by结构)
5后处理
5.1字符原则
- 丝印字符遵循从左至右、从下往上的原则,焊接面字符从右往左 从下往上,如下图。
2)常规阻容器件编号和管脚编号选用3号字体,具体参数值为:Width:30mil; Height:30mil;Line Space:0mil;Photo Width:6mil ;Char space:0mil
3)丝印不可压上阻焊和焊盘。
4)所有有极性或有安装方向的器件,其极性和方向均应在丝印上体现出来。
5)若由于空间限制,需取消某些器件的丝印符号时,必须保证在装配图上有这些器件的丝印符号,以便通过装配图来定位器件。
6)板名、版本号 日期 应放置在PCB的器件面上。
7)板名丝印的字体大小以方便读取为原则,一般比器件编号丝印略大。
8)其他丝印标识:为了方便调试,有时会在测试点或者其他调试接口附近加上对应的丝印标识。
5.2 DRC
Design rules check,布线完成后会有一些违反规则的地方需调整。
5.3等长
对于有时序要求的信号线,还需绕等长,为了避免等长不等时的问题,绕线之前需要勾选Z轴,且对于高速信号,绕线时还要注意分层等长。
5.4投板前检查
在后处理完成后,需做一些投板前检查,确认调入最新网表、检查超pin宽、检查多余孔线、清除D码、检查有无单点网络等等。
6电气间隙和爬电距离
对于符合 GB/T4943 的拉脱和剥离强度要求的印制板上的导体,之间的最小电气间隙和爬电距离,应符合下图规定的尺寸。
图 33 印制板上的最小电气间距和爬电距离
曲线由下列公式确定:
lg _d _= 0.78 lg(_v _/ 300)
d—距离;v—峰值电压
上述距离还要采用下列要求
a) 这些距离仅在考虑过热要求时才适用于导体本身,但不适用于安装的元器件或所涉及的焊接连接点。
b) 在测量这些距离时,除符合 IEC 60664-3 要求的涂覆层外,涂漆层或类似涂层忽略不计。
对于不通过电网电源导电连接的,且经过防灰尘和潮气侵入的封闭、包封或气密封闭的设备、组件或者元器件,其最小内部电气间隙和爬电距离可以减小到 表 1 规定的数值。
表 1 最小电气间隙和爬电距离
工作电压 小于或等于 交流,V(峰值)或直流,V | 最小电气间隙和爬电距离 mm |
---|---|
35 | 0.2 |
45 | 0.2 |
56 | 0.3 |
70 | 0.3 |
90 | 0.4 |
110 | 0.4 |
140 | 0.5 |
180 | 0.7 |
225 | 0.8 |
280 | 1.0 |
360 | 1.1 |
450 | 1.3 |
560 | 1.6 |
700 | 1.9 |
900 | 2.3 |
1120 | 2.6 |
1400 | 3.2 |
1800 | 4.2 |
2250 | 5.6 |
2800 | 7.5 |
3600 | 10 |
4500 | 12.5 |
5600 | 16.0 |
7000 | 20.0 |
参考标准:GB 8898-2001
这些数值是应采用的最小值,但是如果全部满足下列三个条件,则对基本绝缘和附件绝缘,这些数值可以减小 1mm,对加强绝缘可以减小 2mm:
注:对于海拔 2 千米以上地区,减小值有待确定。
a) 如果这些电气间隙和爬电距离会因受到规定的外力而减小,但他们不处在外壳的可触及导电零部件与危险带电零部件之间;
b) 它们靠刚性结构保持不变;
c) 它们的绝缘特性不会因为设备内部产生的导电灰尘而受到严重影响。
附录 A导线温升
用 PCB 铜皮做导线通过大电流时,需要考虑导线宽度,负载电流和导线温 升的关系。常用关系见下图:
不同导线不同电流下的温升
对于常用的 FR-4 基材的 PCB 板,防焊油墨、铜箔的附着强度和工作温度较高,一般 PCB允许温度为 250℃,但是为了安全起见,设计的时候,导线的最大温度不允许超过 Tg 值。