PCB布线的基本原则与操作

 布线概述及原则

 随着高速理论的飞速发展，pcb走线已经不能看作简单的互连载体了，而是要从传输线理论来分析各种分布参数带来的影响。分布参数电路是必须考虑电路元件参数分布性的电路。参数的分布性指电路中同一瞬间相邻两点的电位和电流都不相同。这说明分布参数电路中的电压和电流除了是时间的函数外，还是空间坐标的函数。同时pcb的复杂度和密度也同时在不断的增加，从铺铜的通孔设计，到微孔设计，再到多阶埋盲孔设计，现在还有埋阻、埋容、埋藏器件设计等，高密度给pcb布线带了极大困难的同时，也需要pcb设计工程师更加深入的了解pcb生产加工流程和其工艺参数。

布线方式分为自动布线和手动布线，自动布线目前在很多方面不能满足硬件工程师高标准的要求，所以一般是手动布线来实现的。

 布线中的DFM要求 

1、孔

1. 机械钻孔常规推荐8mil以上，极限6mil，尽量保证厚径比一般在10：1，厚径比越高越难加工。器件孔环宽单边至少8mil，过孔环宽单边至少4mil，加工厂商会在cam处理时自动优化，阻焊开窗为单边50um。

2. 同一网络的过孔间距可以为6mil。不同网络过孔间距为275um，不同网络器件孔间距为425um。

3. 制作是钻头一般比原稿孔大150um，钻头以0.05mm递增，更大的钻头，会以0.1mm递增。然后通过孔化，电镀满足最终的成品孔径要求。

4. 非金属化钻孔到板边的间距150um即不会破孔，常规边框公差。金属化的钻孔到板边至少10mil。

2、ETCH

1. 0.5oz的铜厚，最细线宽可以做到3mil，最小间距2mil。

2. 1oz的铜厚最细线宽3.5mil，最小间距4mil

3. 2oz铜厚最细线宽4mil，最小间距5.5mil。

4. 内电层避铜至少20mil。

5. 小的分立器件，两边的走线要对称。

6. SMT焊盘引脚需要连接时，应从焊脚外部连接，不允许在焊脚内部连接。

7. 对于SMT焊盘在大面积铺铜时需要花焊盘连接。

8. ETCH线分布均匀，防止加工后翘曲。

布线中电气特性要求

1、阻抗控制以及阻抗连续性

1. 避免锐角、直角走线。

2. 关键信号布线尽量使用较少的的过孔。

3. 高速信号线适当考虑圆弧布线

2、串扰或者EMC等其他干扰的控制要求

1. 高速信号与低速信号要分层分区布线

2. 数字信号与模拟信号一号分层分区布线

3. 敏感信号与干扰信号分层分区布线

4. 时钟信号要优先走在内层

5. 在功率电感，变压器等感性器件的投影区下方不要走线铺铜。（由于线圈间会有寄生电容，与其电感产生并联谐振，因此会有SRF，而SRF与EPC有关，因此EPC越小越好，即可确保电感性的频率范围越广。而SRF需至少为DC-DC Converter切换频率的十倍，例如若切换频率为 1.2MHz，则SRF至少需 12MHZ。因此Layout 时，其功率电感下方要挖空，不要有金属，避免产生额外的EPC，导致电感性的频率范围缩减）

6. 关键信号要布在优选层，以地为参考平面

7. 关键信号考虑使用包地处理。

8. 任何信号，包括信号的回流路径，都要避免形成环路，这是EMC设计的重要原则之一。

9.  高速布线的3w原则

拓扑结构和时序要求

 满足时序要求是系统能正常稳定工作的关键，时延控制反应到pcb设计上就是走线的等长控制，绕等长甚至已经成为布线工程师挂在嘴边你的一个术语。时序设计也是非常复杂的系统要求，pcb设计工程师不仅要会绕等长，还要真正理解等长后面的时序要求。

电源以及功率信号的布线要求

1. 电源入口电路要做好防护后滤波原则

2. 芯片及其滤波电容的引脚要尽量短粗，储能电容要多打孔，减小布线带来的安装电感

3. 考虑安规要求，电源网络压差较大时需要远离，高压网络插件引脚和过孔需要做挖空处理

布线中的散热考虑

电子设计还有一个重要的趋势，就是电压下降，功耗提升，pcb布线作为板极热设计的重要组成部分，也就因此变得更加重要。必要的时候，需要使用相关的电、热仿真工具来辅助进行热设计。

1. 严格计算布线通道，满足载流要求。

2. 还要关注过孔的载流能力，合理规划过孔数量和位置。

3. 发热量大的芯片下方有空的位置可以大面积加地铺铜，并添加地孔来加强散热。

4. 大功率发热量大的器件的投影区内，在所有层不要走高速线和敏感信号线。

5. 大电流电源，如果其布线路径补觉长时，需要加强其布线通道来减少热损耗。

6. 已经添加有散热焊盘的发热器件，在散热焊盘上添加过孔来加强散热。

布线总结

PCB布线是一个系统的工程，设计工程师需要具备多学科的综合知识，同时还要有较强的分析处理能力，综合各方面需要取得较好的平衡。

PCB设计不是神话，不是黑盒子，也没有放之四海而皆准的方法，所有合理的规范要求，背后都能找到真实的理论制程，平常工作中多想，多问，多学，这才是成为高手之路。