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

　　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。

　　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。

　　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。

　　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

　　0.5oz的铜厚，最细线宽可以做到3mil，最小间距2mil。

　　1oz的铜厚最细线宽3.5mil，最小间距4mil

　　2oz铜厚最细线宽4mil，最小间距5.5mil。

　　内电层避铜至少20mil。

　　小的分立器件，两边的走线要对称。

　　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。

　　对于SMT焊盘在大面积铺铜时需要花焊盘连接。

　　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

　　避免锐角、直角走线。

　　关键信号布线尽量使用较少的的过孔。

　　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

　　高速信号与低速信号要分层分区布线

　　数字信号与模拟信号一号分层分区布线

　　敏感信号与干扰信号分层分区布线

　　时钟信号要优先走在内层

　　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）

　　关键信号要布在优选层，以地为参考平面

　　关键信号考虑使用包地处理。

　　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。

　　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

　　电源入口电路要做好防护后滤波原则

　　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

　　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。

　　严格计算布线通道，满足载流要求。

　　还要关注过孔的载流能力，合理规划过孔数量和位置。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。