PCB布局和布線的設計技巧

0 引言

PCB(PrintedCircuitBoard)，中文名稱為印制電路板，又稱印刷電路板、印刷線路板，是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體，是電子元器件電氣連接的提供者。由于它是采用電子印刷術制作的，故被稱為印刷電路板。

隨著PCB 尺寸要求越來越小，器件密度要求越來越高，PCB 設計的難度也越來越大。如何實現PCB 高的布通率以及縮短設計時間，在這筆者談談對PCB 規劃、布局和布線的設計技巧。

在開始布線之前應該對設計進行認真的分析以及對工具軟件進行認真的設置，這會使設計更加符合要求。

1 確定PCB 的層數

電路板尺寸和布線層數需要在設計初期確定。布線層的數量以及層疊(stack-up)方式會直接影響到印制線的布線和阻抗。板的大小有助于確定層疊方式和印制線寬度，實現期望的設計效果。目前多層板之間的成本差別很小，在開始設計時最好采用較多的電路層并使敷銅均勻分布。

2 設計規則和限制

要順利完成布線任務，布線工具需要在正確的規則和限制條件下工作。要對所有特殊要求的信號線進行分類，每個信號類都應該有優先級，優先級越高，規則也越嚴格。規則涉及印制線寬度、過孔的最大數量、平行度、信號線之間的相互影響以及層的限制， 這些規則對布線工具的性能有很大影響。

認真考慮設計要求是成功布線的重要一步。

3 組件的布局

在最優化裝配過程中，可制造性設計(DFM)規則會對組件布局產生限制。如果裝配部門允許組件移動，可以對電路適當優化，更便于自動布線。所定義的規則和約束條件會影響布局設計。自動布線工具一次只會考慮一個信號，通過設置布線的約束條件以及設定可布信號線的層，可以使布線工具能像設計師所設想的那樣完成布線。

比如，對于電源線的布局： ①在PCB 布局中應將電源退耦電路設計在各相關電路附近， 而不要放置在電源部分，否則既影響旁路效果， 又會在電源線和地線上流過脈動電流，造成竄擾;②對于電路內部的電源走向，應采取從末級向前級供電，并將該部分的電源濾波電容安排在末級附近;③對于一些主要的電流通道，如在調試和檢測過程中要斷開或測量電流，在布局時應在印制導線上安排電流缺口。

另外，要注意穩壓電源在布局時，盡可能安排在單獨的印制板上。當電源與電路合用印制板時，在布局中，應該避免穩壓電源與電路元件混合布設或是使電源和電路合用地線。

因為這種布線不僅容易產生干擾，同時在維修時無法將負載斷開，到時只能切割部分印制導線，從而損傷印制板。

4 扇出設計

在扇出設計階段，表面貼裝器件的每一個引腳至少應有一個過孔，以便在需要更多的連接時，電路板能夠進行內層連接、在線測試和電路再處理。

為了使自動布線工具效率最高，一定要盡可能使用最大的過孔尺寸和印制線，間隔設置為50mil 較為理想。要采用使布線路徑數最大的過孔類型。經過慎重考慮和預測，電路在線測試的設計可在設計初期進行， 在生產過程后期實現。

根據布線路徑和電路在線測試來確定過孔扇出類型，電源和接地也會影響到布線和扇出設計。

5 手動布線以及關鍵信號的處理

手動布線在現在和將來都是印刷電路板設計的一個重要過程， 采用手動布線有助于自動布線工具完成布線工作。

通過對挑選出的網絡(net)進行手動布線并加以固定，可以形成自動布線時可依據的路徑。

首先對關鍵信號進行布線，手動布線或結合自動布線工具均可。布線完成后，再由有關的工程技術人員對這些信號布線進行檢查，檢查通過后，將這些線固定，然后開始對其余信號進行自動布線。

由于地線中阻抗的存在，會給電路帶來共阻抗干擾。因此，在布線時不可將凡有接地符號的點隨意連接，這可能會產生有害的耦合，影響電路的工作。

頻率較高時，導線的感抗將比導線本身的電阻大幾個數量級。這時導線上即使只流過很小的高頻電流，也會產生一定的高頻電壓降。因此，對高頻電路來說，PCB 布局盡可能排列緊湊，使印制導線盡可能短。

印制導線之間還有互感和電容， 當工作頻率較大時，會對其它部分產生干擾，稱為寄生耦合干擾。可以采取的抑制方式有：①盡量縮短各級間的信號走線;②按信號的順序排列各級電路，避免各級信號線相互跨越;③相鄰的兩面板的導線要垂直或交叉，不能平行;④當板內要平行布設信號導線時，應使這些導線盡可能間隔一定的距離，或用地線、電源線隔開，達到屏蔽的目的。

6 自動布線

對關鍵信號的布線需要考慮在布線時控制一些電參數，比如減小分布電感等，在了解自動布線工具有哪些輸入參數以及輸入參數對布線的影響后，自動布線的質量在一定程度上可以得到保證。

在對信號進行自動布線時應該采用通用規則。通過設置限制條件和禁止布線區來限定給定信號所使用的層以及所用到的過孔數量，布線工具就能按照工程師的設計思想來自動布線。在設置好約束條件和應用所創建的規則后，自動布線將會達到與預期相近的結果， 在一部分設計完成以后，將其固定下來，以防止受到后邊布線過程的影響。

布線次數取決于電路的復雜性和所定義的通用規則的多少。現在的自動布線工具功能非常強大，通常可完成100%的布線。但是，當自動布線工具未完成全部信號布線時，就需對余下的信號進行手動布線。

7 布線的整理

一些約束條件很少的信號，布線的長度很長，這時可以先判斷出哪些布線合理，哪些布線不合理，再通過手動編輯來縮短信號布線長度和減少過孔數量。