淺談PCB板設計中的三大注意事項

摘 要：PCB板（印制電路板）是電子元器件電氣連接的提供者。PCB設計過程中極容易出現因為忽略一些小問題，導致系統不能夠完全正常的工作，不能實現足夠的電磁兼容的能力，影響性能。本文是筆者進行freescale智能小車比賽時制作硬件過程中的一些總結出來的三大注意事項。

關鍵詞：PCB板；電磁兼容；性能；freescale智能小車

中圖分類號：TN41 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 12-0000-01

一、封裝

零件封裝是指實際零件焊接到電路板時所指示的外觀和焊點的位置，是純粹的空間概念。因此不同的元件可共用同一零件封裝，同種元件也可有不同的零件封裝。像電阻，有傳統的針插式，這種元件體積較大，電路板必須鉆孔才能安置元件，完成鉆孔后，插入元件，再過錫爐或噴錫（也可手焊），成本較高，較新的設計都是采用體積小的表面貼片式元件（SMD）這種元件不必鉆孔，用鋼膜將半熔狀錫膏倒入電路板，再把SMD元件放上，即可焊接在電路板上了。封裝的處理是個沒有多大學問但是頗費功夫的“瑣事”。我們在自己制作PCB板的時候，會發現一個問題：不管你用什么樣的軟件，他的元件封裝庫都不是完整的。所以我們不應該去奢求找到一個現成的元件封裝庫，唯一的辦法就是我們應該要學會自己去制作封裝，形成自己的專用的元件封裝庫。

二、布局

（一）布局操作的基本原則。（1）位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于2mm。電路板的最佳形狀為矩形。長寬比為3：2或4：3；（2）遵照“先大后小，先難后易”的布置原則，即重要的單元電路、核心元器件應當優先布局；（3）布局中應參考原理框圖，根據單板的主信號流向規律安排主要元器件；（4）布局應盡量滿足以下要求：總的連線盡可能短，關鍵信號線最短；高電壓、大電流信號與小電流，低電壓的弱信號完全分開；模擬信號與數字信號分開；高頻信號與低頻信號分開；高頻元器件的間隔要充分；（5）以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進行布局。元器件應均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上.盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接；（6）相同結構電路部分，盡可能采用“對稱式”標準布局；同類型插裝元器件在X或Y方向上應朝一個方向放置；同一種類型的有極性分立元件也要力爭在X或Y方向上保持一致，便于生產和檢驗。

（二）布局操作過程中應該掌握的技巧。（1）元器件的排列要便于調試和維修，亦即小元件周圍不能放置大元件、需調試的元、器件周圍要有足夠的空間；（2）元件布局時，應適當考慮使用同一種電源的器件盡量放在一起，以便于將來的電源分隔；（3）IC去耦電容的布局要盡量靠近IC的電源管腳，并使之與電源和地之間形成的回路最短；（4）盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設法減少它們的分布參數和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應盡量遠離；（5）某些元器件或導線之間可能有較高的電位差，應加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應盡量布置在調試時手不易觸及的地方；（6）發熱元件要一般應均勻分布，以利于單板和整機的散熱，除溫度檢測元件以外的溫度敏感器件應遠離發熱量大的元器件；（7）輸入輸出端用的導線應盡量避免相鄰平行。最好加線間地線，以免發生反饋藕合。

（三）印刷電路板中的過孔設計。為了減小過孔的寄生效應帶來的不利影響，在設計中可以盡量做到：（1）PCB板上的信號走線盡量不換層，也就是說盡量不要使用不必要的過孔；（2）電源和地的管腳要就近打過孔，過孔和管腳之間的引線越短越好，因為它們會導致電感的增加。同時電源和地的引線要盡可能粗，以減少阻抗；（3）在信號換層的過孔附近放置一些接地的過孔，以便為信號提供最近的回路。甚至可以在PCB板上大量放置一些多余的接地過孔。

三、布線

PCB布線技巧：布線是整個PCB設計中最重要的工序。這將直接影響著PCB板的性能好壞。

（1）一般情況下，首先應對電源線和地線進行布線，以保證電路板的電氣性能。在條允許的范圍內，盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關系是：地線>電源線>信號線；（2）預先對要求比較嚴格的線（如高頻線）進行布線，輸入端與輸出端的邊線應避免相鄰平行，以免產生反射干擾。必要時應加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產生寄生耦合；（3）振蕩器外殼接地，時鐘線要盡量短，且不能引得到處都是。時鐘振蕩電路下面、特殊高速邏輯電路部分要加大地的面積，而不應該走其它信號線，以使周圍電場趨近于零；（4）盡可能采用45o的折線布線，不可使用90o折線，以減小高頻信號的輻射；（要求高的線還要用雙弧線）；（5）任何信號線都不要形成環路，如不可避免，環路應盡量小；信號線的過孔要盡量少；（6）關鍵的線盡量短而粗，并在兩邊加上保護地；（7）關鍵信號應預留測試點，以方便生產和維修檢測用；（8）原理圖布線完成后，應對布線進行優化；同時，經初步網絡檢查和DRC檢查無誤后，對未布線區域進行地線填充，用大面積銅層作地線用，在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用。或是做成多層板，電源，地線各占用一層。

有些問題雖然發生在后期制作中，但卻是PCB設計中帶來的，它們是：（1）過線孔太多，沉銅工藝稍有不慎就會埋下隱患。所以，設計中應盡量減少過線孔；（2）同向并行的線條密度太大，焊接時很容易連成一片。所以，線密度應視焊接工藝的水平來確定；（3）焊點的距離太小，不利于人工焊接，只能以降低工效來解決焊接質量。否則將留下隱患。所以，焊點的最小距離的確定應綜合考慮焊接人員的素質和工效；（4）焊盤或過線孔尺寸太小，或焊盤尺寸與鉆孔尺寸配合不當。前者對人工鉆孔不利，后者對數控鉆孔不利。容易將焊盤鉆成“c”形，重則鉆掉焊盤；（5）導線太細，而大面積的未布線區又沒有設置敷銅，容易造成腐蝕不均勻。即當未布線區腐蝕完后，細導線很有可能腐蝕過頭，或似斷非斷，或完全斷。所以，設置敷銅的作用不僅僅是增大地線面積和抗干擾。

以上諸多因素都會對電路板的質量和將來產品的可靠性大打折扣，都是設計者應該在設計過程中考慮的問題。

參考文獻：

[1]高敬鵬，武超群.Altium Designer原理圖與PCB設計教程[M].北京：機械工業出版社，2013.

[2]Mark I.Montrose.電磁兼容的印制電路板設計[M].呂英華，譯.北京：機械工業出版社，2010.

[作者簡介]朱軍（1992.12-），男，浙江人，中南大學，本科生，中南大學信息科學與工程學院，研究方向：自動化。