布局的DFM要求

 

1 已確定優(yōu)選工藝路線，所有器件已放置板面。

 

2 坐標(biāo)原點(diǎn)為板框左、下延伸線交點(diǎn)，或者左下邊插座的左下焊盤。

 

3 PCB實(shí)際尺寸、定位器件位置等與工藝結(jié)構(gòu)要素圖吻合，有限制器件高度要求的區(qū)域的器件布局滿足結(jié)構(gòu)要素圖要求。

 

4 撥碼開關(guān)、復(fù)位器件，指示燈等位置合適，拉手條與其周圍器件不產(chǎn)生位置干涉。

 

5 板外框平滑弧度197mil，或者按結(jié)構(gòu)尺寸圖設(shè)計(jì)。

 

6 普通板有200mil工藝邊；背板左右兩邊留有工藝邊大于400mil，上下兩邊留有工藝邊大于680mil。 器件擺放與開窗位置不沖突。

 

7 各種需加的附加孔（ICT定位孔125mil、拉手條孔、橢圓孔及光纖支架孔）無遺漏，且設(shè)置正確。

 

8 過波峰焊加工的器件pin間距、器件方向、器件間距、器件庫等考慮到波峰焊加工的要求。

 

9 器件布局間距符合裝配要求：表面貼裝器件大于20mil、IC大于80mil、BGA大于200mil。

 

10 壓接件在元件面距高于它的器件大于120mil，焊接面壓接件貫通區(qū)域無任何器件。

 

11 高器件之間無矮小器件，且高度大于10mm的器件之間5mm內(nèi)未放置貼片器件和矮、小的插裝器件。

 

12 極性器件有極性絲印標(biāo)識(shí)。同類型有極性插裝元器件X、Y向各自方向相同。

 

13 所有器件有明確標(biāo)識(shí)，沒有P*，REF等不明確標(biāo)識(shí)。

 

14 含貼片器件的面有3個(gè)定位光標(biāo)，呈"L"狀放置。定位光標(biāo)中心離板邊緣距離大于240mil。

 

15 如需做拼板處理，布局考慮到便于拼版，便于PCB加工與裝配。

 

16 有缺口的板邊（異形邊）應(yīng)使用銑槽和郵票孔的方式補(bǔ)齊。郵票孔為非金屬化空，一般為直徑40mil，邊緣距16mil。

 

17 用于調(diào)試的測試點(diǎn)在原理圖中已增加，布局中位置擺放合適。

 

 

18 發(fā)熱元件及外殼裸露器件不緊鄰導(dǎo)線和熱敏元件，其他器件也應(yīng)適當(dāng)遠(yuǎn)離。

 

19 散熱器放置考慮到對流問題，散熱器投影區(qū)域內(nèi)無高器件干涉，并用絲印在安裝面做了范圍標(biāo)示。

 

20 布局考慮到散熱通道的合理順暢。

 

21 電解電容適當(dāng)離開高熱器件。

 

22 考慮到大功率器件和扣板下器件的散熱問題。

 

 

23 始端匹配靠近發(fā)端器件，終端匹配靠近接收端器件。

 

24 退耦電容靠近相關(guān)器件放置

 

25 晶體、晶振及時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)芯片等靠近相關(guān)器件放置。

 

26 高速與低速，數(shù)字與模擬按模塊分開布局。

 

27 根據(jù)分析仿真結(jié)果或已有經(jīng)驗(yàn)確定總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確保滿足系統(tǒng)要求。

 

28 若為改板設(shè)計(jì)，結(jié)合測試報(bào)告中反映的信號(hào)完整性問題進(jìn)行仿真并給出解決方案。

 

29 對同步時(shí)鐘總線系統(tǒng)的布局滿足時(shí)序要求。

 

 

30 電感、繼電器和變壓器等易發(fā)生磁場耦合的感性器件不相互靠近放置。 有多個(gè)電感線圈時(shí)，方向垂直，不耦合。

 

31 為避免單板焊接面器件與相鄰單板間發(fā)生電磁干擾，單板焊接面不放置敏感器件和強(qiáng)輻射器件。

 

32 接口器件靠近板邊放置，已采取適當(dāng)?shù)腅MC防護(hù)措施（如帶屏蔽殼、電源地挖空等措施），提高設(shè)計(jì)的EMC能力。

 

33 保護(hù)電路放在接口電路附近，遵循先防護(hù)后濾波原則。 ）貼片知識(shí)課堂，用通俗的文字介紹專業(yè)貼片知識(shí)。 科技，全國首家PCB( )樣板打板，元器件代采購，及貼片的一站式服務(wù)提供者！

 

34 發(fā)射功率很大或特別敏感的器件（例如晶振、晶體等）距屏蔽體、屏蔽罩外殼500mil以上。

 

35 復(fù)位開關(guān)的復(fù)位線附近放置了一個(gè)0.1uF電容，復(fù)位器件、復(fù)位信號(hào)遠(yuǎn)離其他強(qiáng)*件、信號(hào)。

 

 

37 兩信號(hào)層直接相鄰時(shí)須定義垂直布線規(guī)則。

 

38 主電源層盡可能與其對應(yīng)地層相鄰，電源層滿足20H規(guī)則。

 

39 每個(gè)布線層有一個(gè)完整的參考平面。

 

40 多層板層疊、芯材（CORE）對稱，防止銅皮密度分布不均勻、介質(zhì)厚度不對稱產(chǎn)生翹曲。

 

41 板厚不超過4.5mm，對于板厚大于2.5mm（背板大于3mm）的應(yīng)已經(jīng)工藝人員確認(rèn)PCB加工、裝配、裝備無問題，PC卡板厚為1.6mm。

 

42 過孔的厚徑比大于10：1時(shí)得到PCB廠家確認(rèn)。

 

43 光模塊的電源、地與其它電源、地分開，以減少干擾。

 

44 關(guān)鍵器件的電源、地處理滿足要求。

 

45 有阻抗控制要求時(shí)，層設(shè)置參數(shù)滿足要求。

 

 

46 電源部分的布局保證輸入輸出線的順暢、不交叉。

 

47 單板向扣板供電時(shí)，已在單板的電源出口及扣板的電源入口處，就近放置相應(yīng)的濾波電路。

 

其他方面的要求

 

48 布局考慮到總體走線的順暢，主要數(shù)據(jù)流向合理。

 

49 根據(jù)布局結(jié)果調(diào)整排阻、FPGA、EPLD、總線驅(qū)動(dòng)等器件的管腳分配以使布線最優(yōu)化。

 

50 布局考慮到適當(dāng)增大密集走線處的空間，以避免不能布通的情況。

 

51 如采取特殊材料、特殊器件（如0.5mmBGA等）、特殊工藝，已經(jīng)充分考慮到到貨期限、可加工性，且得到PCB廠家、工藝人員的確認(rèn)。

 

52 扣板連接器的管腳對應(yīng)關(guān)系已得到確認(rèn)，以防止扣板連接器方向、方位搞反。

 

53 如有ICT測試要求，布局時(shí)考慮到ICT測試點(diǎn)添加的可行性，以免布線階段添加測試點(diǎn)困難。

 

54 含有高速光模塊時(shí)，布局優(yōu)先考慮光口收發(fā)電路。

 

55 布局完成后已提供1：1裝配圖供項(xiàng)目人對照器件實(shí)體核對器件封裝選擇是否正確。

 

56 開窗處已考慮內(nèi)層平面成內(nèi)縮，并已設(shè)置合適的禁止布線區(qū)。

 

 

以下從直角走線，差分走線，蛇形線三個(gè)方面闡述PCB LAYOUT的走線技巧：

 

一、直角走線 （三個(gè)方面）

 

直角走線的對信號(hào)的影響就是主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是拐角可以等效為傳輸線上的容性負(fù)載，減緩上升時(shí)間；二是阻抗不連續(xù)會(huì)造成信號(hào)的反射；三是直角尖端產(chǎn)生的EMI，到10GHz以上的RF設(shè)計(jì)領(lǐng)域，這些小小的直角都可能成為高速問題的重點(diǎn)對象。

 

二、差分走線 （“等長、等距、參考平面”）

 

何為差分信號(hào)（Differential Signal）？通俗地說就是驅(qū)動(dòng)端發(fā)送兩個(gè)等值、反相的信號(hào)，接收端通過比較這兩個(gè)電壓的差值來判斷邏輯狀態(tài)“0”還是“1”。而承載差分信號(hào)的那一對走線就稱為差分走線。差分信號(hào)和普通的單端信號(hào)走線相比，最明顯的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下三方面：

 

1、抗干擾能力強(qiáng)，因?yàn)閮筛罘肿呔€之間的耦合很好，當(dāng)外界存在噪聲干擾時(shí)，幾乎是同時(shí)被耦合到兩條線上，而接收端關(guān)心的只是兩信號(hào)的差值，所以外界的共模噪聲可被完全抵消。

 

2、能有效抑制EMI，同樣的道理，由于兩根信號(hào)的極性相反，他們對外輻射的電磁場可以相互抵消，耦合的越緊密，泄放到外界的電磁能量越少。

 

3、時(shí)序定位精確，由于差分信號(hào)的開關(guān)變化是位于兩個(gè)信號(hào)的交點(diǎn)，而不像普通單端信號(hào)依靠高低兩個(gè)閾值電壓判斷，因而受工藝，溫度的影響小，能降低時(shí)序上的誤差，同時(shí)也更適合于低幅度信號(hào)的電路。目前流行的LVDS（low voltage differential signaling）就是指這種小振幅差分信號(hào)技術(shù)。

 

三、蛇形線 (調(diào)節(jié)延時(shí))

 

蛇形線是Layout中經(jīng)常使用的一類走線方式。其主要目的就是為了調(diào)節(jié)延時(shí)，滿足系統(tǒng)時(shí)序設(shè)計(jì)要求。其中最關(guān)鍵的兩個(gè)參數(shù)就是平行耦合長度（Lp）和耦合距離（S），很明顯，信號(hào)在蛇形走線上傳輸時(shí)，相互平行的線段之間會(huì)發(fā)生耦合，呈差模形式，S越小，Lp越大，則耦合程度也越大?？赡軙?huì)導(dǎo)致傳輸延時(shí)減小，以及由于串?dāng)_而大大降低信號(hào)的質(zhì)量，其機(jī)理可以參考對共模和差模串?dāng)_的分析。下面是給Layout工程師處理蛇形線時(shí)的幾點(diǎn)建議：

 

1、盡量增加平行線段的距離（S），至少大于3H，H指信號(hào)走線到參考平面的距離。通俗的說就是繞大彎走線，只要S足夠大，就幾乎能完全避免相互的耦合效應(yīng)。

 

2、減小耦合長度Lp，當(dāng)兩倍的Lp延時(shí)接近或超過信號(hào)上升時(shí)間時(shí)，產(chǎn)生的串?dāng)_將達(dá)到飽和。

 

3、帶狀線（Strip-Line）或者埋式微帶線（Embedded Micro-strip）的蛇形線引起的信號(hào)傳輸延時(shí)小于微帶走線（Micro-strip）。理論上，帶狀線不會(huì)因?yàn)椴钅４當(dāng)_影響傳輸速率。

 

4、高速以及對時(shí)序要求較為嚴(yán)格的信號(hào)線，盡量不要走蛇形線，尤其不能在小范圍內(nèi)蜿蜒走線。

 

5、可以經(jīng)常采用任意角度的蛇形走線，能有效的減少相互間的耦合。

 

6、高速PCB設(shè)計(jì)中，蛇形線沒有所謂濾波或抗干擾的能力，只可能降低信號(hào)質(zhì)量，所以只作時(shí)序匹配之用而無其它目的。

 

7、有時(shí)可以考慮螺旋走線的方式進(jìn)行繞線，仿真表明，其效果要優(yōu)于正常的蛇形走線。

 

 

電磁兼容性（EMC， Electromagnetic Compatibility）是指電子設(shè)備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調(diào)、有效地進(jìn)行工作的能力。電磁兼容性設(shè)計(jì)的目的是使電子設(shè)備既能抑制各種外來的干擾，使電子設(shè)備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作，同時(shí)又能減少電子設(shè)備本身對其它電子設(shè)備的電磁干擾。印刷電路板（PCB）設(shè)計(jì)中的電磁兼容性涉及多方面因數(shù)，以下主要從三大部分加以闡述，具體選擇要綜合各方面因數(shù)。

 

一 印刷電路板整體布局及器件布置

 

1.一個(gè)產(chǎn)品的成功與否，一是要注重內(nèi)在質(zhì)量，二是兼顧整體的美觀，兩者都較完美才能認(rèn)為該產(chǎn)品是成功的；在一個(gè)PCB板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能頭重腳輕或一頭沉，過孔要盡量少；電路板的最佳形狀為矩形。長寬比為3：2或4：3；4 層板比雙面板噪聲低20dB.6層板比4層板噪聲低10dB.經(jīng)濟(jì)條件允許時(shí)盡量用多層板。

 

2.電路板一般分模擬電路區(qū)（怕干擾），數(shù)字電路區(qū)（怕干擾、又產(chǎn)生干擾），功率驅(qū)動(dòng)區(qū)（干擾源），故步板時(shí)要合理地分成三區(qū)。

 

3.器件一般選擇功耗低，穩(wěn)定性好的器件，而且盡量少用高速器件。

 

4.線條有講究：有條件做寬的線決不做細(xì)；高壓及高頻線應(yīng)園滑，不得有尖銳的倒角，拐彎也不得采用直角。地線應(yīng)盡量寬，最好使用大面積敷銅，這對接地點(diǎn)問題有相當(dāng)大的改善。

 

5.外時(shí)鐘是高頻的噪聲源，除能引起對本應(yīng)用系統(tǒng)的干擾之外，還可能產(chǎn)生對外界的干擾，使電磁兼容檢測不能達(dá)標(biāo)。在對系統(tǒng)可靠性要求很高的應(yīng)用系統(tǒng)中，選用頻率低的單片機(jī)是降低系統(tǒng)噪聲的原則之一。以8051單片機(jī)為例，最短指令周期1？s時(shí)，外時(shí)鐘是12MHz.而同樣速度的Motorola 單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘只需4MHz，更適合用于工控系統(tǒng)。近年來，一些生產(chǎn)8051兼容單片機(jī)的廠商也采用了一些新技術(shù)，在不犧牲運(yùn)算速度的前提下將對外時(shí)鐘的需求降至原來的1/3.而Motorola 單片機(jī)在新推出的68HC08系列以及其16/32位單片機(jī)中普遍采用了內(nèi)部鎖相環(huán)技術(shù)，將外部時(shí)鐘頻率降至32KHz，而內(nèi)部總線速度卻提高到8MHz乃至更高。

 

6.布線要有合理的走向：如輸入/輸出，交流/直流，強(qiáng)/弱信號(hào)，高頻/低頻，高壓/低壓等……，它們的走向應(yīng)該是呈線形的（或分離），不得相互交融。其目的是防止相互干擾。最好的走向是按直線，但一般不易實(shí)現(xiàn)，最不利的走向是環(huán)形。對于是直流，小信號(hào)，低電壓PCB設(shè)計(jì)的要求可以低些。所以“合理”是相對的。上下層之間走線的方向基本垂直。整個(gè)板子的不想要均勻，能不擠的不要擠在一齊。

 

7.在器件布置方面與其它邏輯電路一樣，應(yīng)把相互有關(guān)的器件盡量放得靠近些，這樣可以獲得較好的抗噪聲效果。時(shí)鐘發(fā)生器、晶振和CPU的時(shí)鐘輸入端都易產(chǎn)生噪聲，要相互靠近些，特別是晶振下方不要走信號(hào)線。易產(chǎn)生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應(yīng)盡量遠(yuǎn)離邏輯電路，如有可能，應(yīng)另做電路板，這一點(diǎn)十分重要。

 

二 地線技術(shù)SkE安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)

 

1.模擬電路和數(shù)字電路在元件布局圖的設(shè)計(jì)和布線方法上有許多相同和不同之處。模擬電路中，由于放大器的存在，由布線產(chǎn)生的極小噪聲電壓，都會(huì)引起輸出信號(hào)的嚴(yán)重失真，在數(shù)字電路中，TTL噪聲容限為0.4V～0.6V，CMOS噪聲容限為Vcc的0.3～0.45倍，故數(shù)字電路具有較強(qiáng)的抗干擾的能力。良好的電源和地總線方式的合理選擇是儀器可靠工作的重要保證，相當(dāng)多的干擾源是通過電源和地總線產(chǎn)生的，其中地線引起的噪聲干擾最大。

 

2.數(shù)字地與模擬地分開（或一點(diǎn)接地），地線加寬，要根據(jù)電流決定線寬，一般來說越粗越好（100mil線經(jīng)約通過1到2A的電流）。地線＞電源線＞信號(hào)線是線寬的合理選擇。

 

3.電源線和地線盡可能靠近，整塊印刷板上的電源與地要呈“井”字形分布，以便使分布線電流達(dá)到均衡。

 

4.為減少線間串?dāng)_，必要時(shí)可增加印刷線條間距離，在其安插一些零伏線作為線間隔離。特別是輸入輸出信號(hào)間，

 

三 去耦、濾波、隔離三大技術(shù)

 

1.去耦、濾波、隔離是硬件抗干擾常用的三大措施。

 

2.電源輸入端跨接10~100uf的電解電容器。如有可能，接100uF以上的更好；原則上每個(gè)集成電路芯片都應(yīng)布置一個(gè)0.01pF的瓷片電容，如遇印制板空隙不夠，可每4~8個(gè)芯片布置一個(gè)1~10pF的但電容；對于抗噪能力弱、關(guān)斷時(shí)電源變化大的器件，如RAM、ROM存儲(chǔ)器件，應(yīng)在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容；

 

3.濾波指各類信號(hào)按頻率特性分類并控制它們的方向。常用的有各種低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器。低通濾波器用在接入的交流電源線上，旨在讓50周的交流電順利通過，將其它高頻噪聲導(dǎo)入大地。低通濾波器的配置指標(biāo)是插入損耗，選擇的低通濾波器插入損耗過低起不到抑制噪聲的作用，而過高的插入損耗會(huì)導(dǎo)致“漏電”，影響系統(tǒng)的人身安全性。高通、帶通濾波器則應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)中對信號(hào)的處理要求選擇使用。

 

4.典型的信號(hào)隔離是光電隔離。使用光電隔離器件將單片機(jī)的輸入輸出隔離開，一方面使干擾信號(hào)不得進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)，另一方面單片機(jī)系統(tǒng)本身的噪聲也不會(huì)以傳導(dǎo)的方式傳播出去。屏蔽則是用來隔離空間輻射的，對噪聲特別大的部件，如開關(guān)電源，用金屬盒罩起來，可減少噪聲源對單片機(jī)系統(tǒng)的干擾。對特別怕干擾的模擬電路，如高靈敏度的弱信號(hào)放大電路可屏蔽起來。而重要的是金屬屏蔽本身必須接真正的地SkE安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)。