原创 Pcb电路设计技巧 1

电磁兼容

电磁兼容问题在目前人们对环保产品倍加关注的情况下显得更加重要了。一般来说电磁信号的来源有３个：信号源，辐射，传输线。晶振是常见的一种高频信号源，在功率谱上晶振的各次谐波能量值会明显高出平均值。可行的做法是控制信号的幅度，晶振外壳接地，对干扰信号进行屏蔽，采用特殊的滤波电路及器件等。

需要特别说明的是蛇形走线，因为应用场合不同其作用也是不同的，在电脑的主板中用在一些时钟信号上，如 ＰＣＩＣｌｋ、ＡＧＰ-Ｃｌｋ，它的作用有两点：１、阻抗匹配 ２、滤波电感。

对一些重要信号，如 ＩＮＴＥＬＨＵＢ架构中的ＨＵＢＬｉｎｋ，一共１３根，频率可达２３３ＭＨＺ，要求必须严格等长，以消除时滞造成的隐患，这时，蛇形走线是唯一的解决办法。

 一般来讲，蛇形走线的线距＞＝２倍的线宽；若在普通PCB板中，除了具有滤波电感的作用外，还可作为收音机天线的电感线圈等等。

在产品详细方案设计阶段主要提出对产品总体硬件EMC设计方案，如:电源接口，信号接口，电缆选型，接口结构设计，连接器选型等提出详细的EMC设计与选型要求.确保后续实施过程中能够重点关注注意这些要点。
如果我们设计一款医疗器械产品，就需要注意内部数字电路模块与模拟电路模块的隔离，需要从内部空间考虑数字电路对模拟电路的干扰，同时重点注意内部电缆接口滤波处理。
这个阶段产品硬件设计人员根据已有的规范提出EMC详细方案，品质或专门的EMC工程师依据检查列表进行把关检查。产品原理图设计
在产品原理图设计阶段主要对产品内部的主芯片的滤波电路设计，晶振电源管脚的滤波电路，时钟驱动芯片的滤波电路设计，电源输入插座的滤波电路设计，对外信号接口的滤波电路设计，以及滤波和防护元器件选型，单板功能地和保护地属性的划分，单板螺丝孔的属性定义等提出详细的方案，确保滤波、接地的EMC手段在此阶段进行实施。
我们通常设计以太网接口产品都会用到25MHZ或125MHZ时钟，那么对时钟电路的滤波处理就是原理图设计阶段的重点，需要考虑时钟电路的电源以及走线如何滤波，磁珠、电阻如何选择。
这个阶段产品硬件原理图设计人员根据详细方案要求进行EMC原理图详细方案设计，品质或专门的EMC工程师依据检查列表进行把关检查。
产品PCB设计
在产品PCB设计阶段，主要考虑对EMC影响巨大的层叠结构设计、关键元器件的布局考虑以及高速数字信号布线。层叠结构设计主要考虑高速信号与电源平面的回流。布局阶段特别要考虑PCB上面的关键芯片器件摆放，如晶振位置，数字模拟电路设置，接口防护滤波电路的摆放，高频滤波电容等摆放，PCB的接地螺钉个数和位置设置，连接器的接地管脚设置，地平面和电源平面的详细分割等。在布线阶段将重点考虑高速不跨分割，关键敏感信号的走线保护，减小串绕等。
曾经有一款产品由于晶振布局位置不当，靠近接口电缆导致电磁兼容辐射发射项目测试超标，就是因为在PCB布局阶段没有考虑好晶振这样关键器件的布局！
这个阶段产品PCB设计人员根据公司相关设计规范要求进行PCB单板的设计，品质或专门的EMC工程师依据检查列表进行把关检查。
产品结构设计方案
在产品结构方案设计阶段，主要针对产品需要满足EMC法规标准，对产品采用什么屏蔽设计方案、选择什么屏蔽材料，以及材料的厚度提出设计方案，另外对屏蔽体之间的搭接设计，缝隙设计考虑，同时重点考虑接口连接器与结构件的配合。
如果我们设计一款ADSL上网的终端产品，进行结构设计就有金属架构或塑料机构选择，这对与EMC屏蔽会导致有完全不同的结果！另外对于金属屏蔽结构产品，需要考虑接口如232、以太网口、USB接口连接器与结构搭接，保证搭接阻抗足够小，否则会导致系统EMI测试超标！
这个阶段产品结构设计人员根据公司相关设计规范要求进行产品的结构设计，品质或专门的EMC工程师依据检查列表进行把关检查。
产品初样试装

在产品初样试装阶段，主要是对产品设计前期总体设计方案，详细设计方案，PCB布局设计以及结构模型等各个环节的EMC设计控制措施的检验，看看前期提出设计方案的执行程度；另外主要检查检查电路单板与结构之间的配合，是否还存在EMC隐患，提前发现问题，便于后续做产品正样的时候一起完善。
通常我们会在这个阶段发现一些结构加工工艺问题以及设备内部电缆走线错误，需要更正。
这个阶段主要是产品整机相关设计人员共同对产品样品进行检视评估，检查出加工问题以及产品的EMC隐患，以便后续摸底测试与改进版本时完善。
产品EMC摸底验证
在产品试装完成后，如果没有什么特别配合上面的问题，就可以对样机按照总体设计方案预设的目标市场的法规标准进行EMC摸底测试，看看产品是否能够满足预设标准要求.前期设计方案能否满足标准要求都需要在这个阶段验证出来，如果还存在什么问题就需要把存在的问题定位出来，便于产品在下次PCB改板和结构正样的时候一起优化更改。
这个阶段主要是EMC工程师共同按照产品销售市场进行相应的EMC摸底测试，如果有小问题就进行修改，没有问题就可以根据市场开拓情况决定是否启动认证。
产品认证
如果在产品按照预先设计的方案和方法EMC测试能够通过，那么我们可以进行产品的认证，如CE、FCC、VCCI等认证。

元器件布局

1. 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。

2. 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。

3. 综合考虑PCB性能和加工的效率选择加工流程。

加工工艺的优选顺序为：元件面单面贴装——元件面贴、插混装（元件面插装焊接面贴装一次波峰成型）——双面贴装——元件面贴插混装、焊接面贴装。

4. 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； 7

Q/DKBA-Y004-1999

F. 器件布局栅格的设置，一般IC器件布局时，栅格应为50--100 mil，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。

5. 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。

6. 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。

7. 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。

8. 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。

9. 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。

10. BGA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。

11. IC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。

12. 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。

13. 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。

14. 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

元件的布局与走线对产品的寿命、稳定性、电磁兼容都有很大的影响，是应该特别注意的地方。一般来说应该有以下一些原则：

（1）放置顺序

 先放置与结构有关的固定位置的元器件，如电源插座、指示灯、开关、连接件之类，这些器件放置好后用软件的ＬＯＣＫ功能将其锁定，使之以后不会被误移动。再放置线路上的特殊元件和大的元器件，如发热元件、变压器、IC等。最后放置小器件。

（3）注意散热

 元件布局还要特别注意散热问题。对于大功率电路，应该将那些发热元件如功率管、变压器等尽量靠边分散布局放置，便于热量散发，不要集中在一个地方，也不要高电容太近以免使电解液过早老化。

印制电路板(PCB)是电子产品中电路元件和器件的支撑件。它提供电路元件和器件 之间的电气连接。随着电于技术的飞速发展，PGB的密度越来越高。PCB设计的好坏对抗 干扰能力影响很大。因此，在进行PCB设计时。必须遵守PCB设计的一般原则，并应符合 抗干扰设计的要求。要使电子电路获得最佳性能，元器件的布且及导线的布设是很重要 的。为了设计质量好、造价低的PCB。应遵循以下一般原则： 

布局 

　　首先，要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后。再确定特殊元件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。 易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。 

重量超过15g的元器件、应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件，不宜装在印制板上，而应装在整机的机箱底板上，且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机 

的结构要求。若是机内调节，应放在印制板上方便于调节的地方；若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。 

应留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。根据电路的功能单元。对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则： 

按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上。尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。 

在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样，不但美观。而且装焊容易。易于批量生产。位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形。长宽比为3：2成4：3。电路板面尺寸大于200x150mm时。应考虑电路板所受的机械强度。

印制电路板(PCB)是电子产品中电路元件和器件的支撑件。它提供电路元件和器件之间的电气连接。随着电于技术的飞速发展，PGB的密度越来越高。PCB设计的好坏对抗干扰能力影响很大。因此，在进行PCB设计时。必须遵守PCB设计的一般原则，并应符合抗干扰设计的要求。要使电子电路获得最佳性能，元器件的布且及导线的布设是很重要的。为了设计质量好、造价低的PCB。应遵循以下一般原则：

 2.2.1 布局 

首先，要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后。再确定特殊元件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。

2.2.2 尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。 

2.2.3 某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。

2.2.4 重量超过15g的元器件、应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件，不宜装在印制板上，而应装在整机的机箱底板上，且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。

2.2.5 对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节，应放在印制板上方便于调节的地方；若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。

2.2.6 应留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。根据电路的功能单元。对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则：

2.2.6.1 按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。

2.2.6.2 以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上。尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。

2.2.6.3在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样，不但美观。而且装焊容易。易于批量生产。

2.2.6.4位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形。长宽比为3：2成4：3。电路板面尺寸大于200x150mm时。应考虑电路板所受的机械强度。

2.2.7 布线 布线的原则如下：

2.2.7.1 输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线，以免发生反馈藕合。

2.2.7.2 印制摄导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为 0.05mm、宽度为 1 ~ 15mm 时。通过 2A的电流，温度不会高于3℃，因此。导线宽度为1.5mm可满足要求。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选0.02~0.3mm导线宽度。当然，只要允许，还是尽可能用宽线。尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路，尤其是数字电路，只要工艺允许，可使间距小至5~8mm。

2.2.7.3 印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外，尽量避免使用大面积铜箔，否则。长时间受热时，易发生 胀和脱落现?。必须用大面积铜箔时，最好用栅格状。这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。

2.2.7.4 印刷线路板的布线要注意以下问题：专用零伏线，电源线的走线宽度≥1mm；电源线和地线尽可能靠近，整块印刷板上的电源与地要 呈“井”字形分布，以便使分布线电流达到均衡；要为模拟电路专门提供一根零伏线；为减少线间串扰，必要时可增加印刷线条间距离，在意；安插一些零伏线作为线间隔离；印刷电路的插头也要多安排一些零伏线作为线间隔离；特别注意电流流通中的导线环路尺寸；如有可能在控制线（于印刷板上）的入口处加接R-C去耦，以便消除传输中可能出现的干扰因素；印刷弧上的线宽不要突变，导线不要突然拐角(≥90度)。

2.2.7.5焊盘

概讨行目 要比器件引线直径?大一些。焊盘太大易形成虚焊。?盘外径D一般不小于 

(d+1.2)mm，其中d为引线孔径。对高密度的数字电路，焊盘最小直径可取(d+1.0)mm。 

2.3 PCB及电路抗干扰措施 

　　印制电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系，这里仅就PCB抗干扰设计的几 

项常用措施做一些说明。 

2.3.1.电源线设计 

　　根据印制线路板电流的大小，尽量加租电源线宽度，减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。 

2.3.2地线设计 地线设计的原则是： 

2.3.3 数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开。低 

频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高 

频电路宜采用多点串联接地，地线应短而租，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。 

2.3.4 接地线应尽量加粗。若接地线用很细的线条，则接地电位随电流的变化而变化，使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗，使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能，接地线应在2~3mm以上。