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PCB设计规范版本号V1.0文档修改情况版本状态修订内容实施日期编制审核1.0起草2011-4-151概述本文档的目的在于说明当使用ORCAD完成原理图设计后，使用Candence公司的Allegro完成PCB布线设计时，在使用Allegro设计PCB时的流程和一些注意事项，为一个工作组的设计人员提供设计规范，方便设计人员之间进行交流和相互检查。本规范归定了我司PCB设计的流程和设计原则，主要目的是为PCB设计者提供必须遵循的规则和约定。提高PCB设计质量和设计效率。提高PCB的可生产性、可测试、可维护性。2专业术语PCB（PrintcircuitBoard)：印刷电路板。原理图：电路原理图，用原理图设计工具绘制的、表达硬件电路中各种器件之间的连接关系的图。网络表：由原理图设计工具自动生成的、表达元器件电气连接关系的文本文件，一般包含元器件封装、网络列表和属性定义等组成部分。布局：PCB设计过程中，按照设计要求，把元器件放置到板上的过程仿真：在器件的IBISMODEL或SPICEMODEL支持下，利用EDA设计工具对PCB的布局、布线效果进行仿真分析，从而在单板的物理实现之前发现设计中存在的EMC问题、时序问题和信号完整性问题，并找出适当的解决方案。3设计流程PCB设计流程分为：PCB封装设计，创建网络表，PCB布局设计，设置布线约束条件，PCB布线设计，PCB检查，提交设计文件。4确定PCB封装打开网络表（可以利用一些编辑器辅助编辑），将所有封装浏览一遍，确保所有元件的封装都正确无误并且元件库中包含所有元件的封装，元件具体命名规则详见《PCB生产工艺规范电装规范》。标准元件全部采用公司统一元件库中的封装。元件库中不存在的封装，由专人建库。详见《PCB生产工艺规范电装规范》5结构设计建立PCB结构图：根据结构图设置板框尺寸，按结构要素布置安装孔、接插件等需要定位的器件，并给这些器件赋予不可移动属性。按工艺设计规范的要求进行尺寸标注。应标明外形尺寸、安装孔大小及定位尺寸、接插件定位尺寸。根据结构图和生产加工时所须的夹持边设置印制板的禁止布线区、禁止布局区域。根据某些元件的特殊要求，设置禁止布线区等相关尺寸。6导入网络表¾网络表是原理图与PCB的接口文件，PCB设计人员应根据所用的原理图和PCB设计工具的特性，选用正确的网络表格式，创建符合要求的网络表。¾创建网络表的过程中，应根据原理图设计工具的特性，积极协助原理图设计者排除错误。保证网络表的正确性和完整性。¾确定器件的封装（PCBFOOTPRINT）。¾创建PCB板根据单板结构图或对应的标准板框,创建PCB设计文件。¾注意正确选定单板坐标原点的位置，原点的设置原则：A.单板左边和下边的延长线交汇点。B.单板左下角的第一个焊盘。¾板框四周倒圆角，倒角半径5mm。特殊情况参考结构设计要求。7布局设计7.1布局操作的基本原则A.遵照“先大后小，先难后易”的布置原则，即重要的单元电路、核心元器件应当优先布局．B.布局中应参考原理框图，根据单板的主信号流向规律安排主要元器件．C.布局应尽量满足以下要求:总的连线尽可能短，关键信号线最短;高电压、大电流信号与小电流，低电压的弱信号完全分开;模拟信号与数字信号分开；高频信号与低频信号分开；高频元器件的间隔要充分．D.相同结构电路部分，尽可能采用“对称式”标准布局；E.按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准优化布局；F.器件布局栅格的设置，一般IC器件布局时，栅格应为50--100mil,小型表面安装器件，如表面贴装元件布局时，栅格设置应不少于25mil。G.如有特殊布局要求，应双方沟通后确定7.2其他布局原则¾同类型插装元器件在X或Y方向上应朝一个方向放置。同一种类型的有极性分立元件也要力争在X或Y方向上保持一致，便于生产和检验¾发热元件要一般应均匀分布，以利于单板和整机的散热，除温度检测元件以外的温度敏感器件应远离发热量大的元器件。¾元器件的排列要便于调试和维修，亦即小元件周围不能放置大元件、需调试的元器件周围要有足够的空间。¾需用波峰焊工艺生产的单板，其紧固件安装孔和定位孔都应为非金属化孔。当安装孔需要接地时,应采用分布接地小孔的方式与地平面连接。¾焊接面的贴装元件采用波峰焊接生产工艺时，阻、容件轴向要与波峰焊传送方向垂直，阻排及SOP（PIN间距大于等于1.27mm）元器件轴向与传送方向平行；PIN间距小于1.27mm（50mil)的IC、SOJ、PLCC、QFP等有源元件避免用波峰焊焊接。¾BGA与相邻元件的距离5mm。其它贴片元件相互间的距离0.7mm；贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm；有压接件的PCB，压接的接插件周围5mm内不能有插装元、器件，在焊接面其周围5mm内也不能有贴装元、器件。¾IC去偶电容的布局要尽量靠近IC的电源管脚，并使之与电源和地之间形成的回路最短。¾元件布局时,应适当考虑使用同一种电源的器件尽量放在一起,以便于将来的电源分隔。¾用于阻抗匹配目的阻容器件的布局，要根据其属性合理布置。串联匹配电阻的布局要靠近该信号的驱动端，距离一般不超过500mil。匹配电阻、电容的布局一定要分清信号的源端与终端，对于多负载的终端匹配一定要在信号的最远端匹配。¾布局完成后打印出装配图供原理图设计者检查器件封装的正确性，并且确认单板、背板和接插件的信号对应关系，经确认无误后方可开始布线8设置布线约束条件8.1报告设计参数布局基本确定后，应用PCB设计工具的统计功能，报告网络数量，网络密度，平均管脚密度等基本参数，以便确定所需要的信号布线层数。布线层数的具体确定还要考虑单板的可靠性要求，信号的工作速度，制造成本和交货期等因素。8.2层叠设计8.2.1PCB板的层数设计依据PCB板上功能，布线密度，外围接口（光纤接口，千兆网，串口），接插件（VME，CPCI，VPX，PXI）来安排。来确定电源层，地层和信号层的层数。在高速数字电路设计中，电源与地层应尽量靠在一起，中间不安排布线。所有布线层都尽量靠近一平面层，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。可以根据需要设计1--2个阻抗控制层，如果需要更多的阻抗控制层需要与PCB产家协商。阻抗控制层要按要求标注清楚。将单板上有阻抗控制要求的网络布线分布在阻抗控制层上。8.2.2PCB板的层叠排列顺序设计：基于加工工艺的考虑：如下图是四层PCB的例子，第一种是推荐的方法：对于六层的PCB，层的排列如下图；对于更多层的PCB则类推8.3线宽线距的设置线宽和线间距的设置要考虑的因素¾单板的密度。板的密度越高，倾向于使用更细的线宽和更窄的间隙。¾信号的电流强度。当信号的平均电流较大时，应考虑布线宽度所能承载的的电流，可参考以下不同厚度，不同宽度的铜箔和承载电流表的关系。PCB设计时铜箔厚度,走线宽度和电流的关系铜皮厚度35um铜皮Δt=10℃铜皮厚度50um铜皮Δt=10℃铜皮厚度70um铜皮Δt=10℃宽度mm电流A宽度mm电流A宽度mm电流A0.150.200.150.500.150.700.200.550.200.700.200.900.300.800.301.100.301.300.401.100.401.350.401.700.501.350.501.700.502.000.601.600.601.900.602.300.802.000.802.400.802.801.002.301.002.601.003.201.202.701.203.001.203.601.503.201.503.501.504.202.004.002.004.302.005.102.504.502.505.102.506.00注：1.用铜皮作导线通过大电流时，铜箔宽度的载流量应参考表中的数值降额50%去选择考虑。2.在PCB设计加工中，常用OZ（盎司）作为铜皮厚度的单位，1OZ铜厚的定义为1平方英尺面积内铜箔的重量为一盎司，对应的物理厚度为35um；2OZ铜厚为70um。¾可靠性要求。可靠性要求高时，倾向于使用较宽的布线和较大的间距¾PCB加工技术限制。推荐使用最小线宽/间距6mil/6mil（4mil/4mil），极限最小线宽/间距4mil/6mil（2mil/2mil）。8.4孔的设置8.4.1过孔制成板的最小孔径定义取决于板厚度，板厚孔径比应小于5--8。孔径优选系列如表：过孔设置规则孔径24mil20mil16mil12mil8mil焊盘直径40mil35mil28mil25mil20mil内层热焊盘尺寸50mil45mil40mil35mil30mil板厚度与最小孔径的关系板厚3.0mm2.5mm2.0mm1.6mm1.0mm最小孔径24mil20mil16mil12mil8mil8.4.2盲孔和埋孔盲孔是连接表层和内层而不贯通整板的导通孔，埋孔是连接内层之间而在成品板表层不可见的导通孔，这两类过孔尺寸设置可参考过孔。应用盲孔和埋孔设计时应对PCB加工流程有充分的认识，避免给PCB加工带来不必要的问题，必要时要与PCB供应商协商。8.4.3测试孔测试孔是指用于ICT（InCircuitTest)测试目的的过孔，可以兼做导通孔，原则上孔径不限，焊盘直径应不小于25mil，测试孔之间中心距不小于50mil。不推荐用元件焊接孔作为测试孔。8.5特殊布线区间的约束设置特殊布线区间是指单板上某些特殊区域需要用到不同于一般设置的布线参数，如某些高密度器件需要用到较细的线宽、较小的间距和较小的过孔等，或某些网络的布线参数的调整等，需要在布线前加以确认和设置。8.6定义和分割平面层A.平面层一般用于电路的电源和地层（参考层），由于电路中可能用到不同的电源和地层，需要对电源层和地层进行分隔，其分隔宽度要考虑不同电源之间的电位差，电位差大于12V时，分隔宽度为50mil，反之，可选20--25mil。B.平面分隔要考虑高速信号回流路径的完整性。C.当由于高速信号的回流路径遭到破坏时，应当在其他布线层给予补尝。例如可用接地的铜箔将该信号网络包围，以提供信号的地回路。9布线前仿真（布局评估，待定）10印制板PCB布线10.1布线优先次序关键信号线优先：电源、摸拟小信号、高速信号、时钟信号和同步信号等关键信号优先布线密度优先原则：从单板上连接关系最复杂的器件着手布线。从单板上连线最密集的区域开始布线。10.2自动布线（待定）10.3关键信号布线注意关键信号:尽量为时钟信号、差分线、高频信号、敏感信号等关键信号提供专门的布线层，并保证其最小的回路面积。必要时应采取手工优先布线、屏蔽和加大安全间距等方法。保证信号质量。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布置在阻抗控制层上10.4进行PCB设计时应该遵循的规则10.4.1地线回路规则：环路最小规则，即信号线与其回路构成的环面积要尽可能小，环面积越小，对外的辐射越少，接收外界的干扰也越小。针对这一规则，在地平面分割时，要考虑到地平面与重要信号走线的分布，防止由于地平面开槽等带来的问题；在双层板设计中，在为电源留下足够空间的情况下，应该将留下的部分用参考地填充，且增加一些必要的孔，将双面地信号有效连接起来，对一些关键信号尽量采用地线隔离，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，建议采用多层板为宜。10.4.2窜扰控制串扰（CrossTalk)是指PCB上不同网络之间因较长的平行布线引起的相互干扰，主要是由于平行线间的分布电容和分布电感的作用。克服串扰的主要措施是：¾加大平行布线的间距，遵循3W规则。¾在平行线间插入接地的隔离线。¾减小布线层与地平面的距离。10.4.3屏蔽保护对应地线回路规则，实际上也是为了尽量减小信号的回路面积，多见于一些比较重要的信号，如时钟信号，同步信号；对一些特别重要，频率特别高的信号，应该考虑采用铜轴电缆屏蔽结构设计，即将所布的线上下左右用地线隔离，而且还要考虑好如何有效的让屏蔽地与实际地平面有效结合。10.4.4走