图3 两向布线时布线策略
3. PCB设计中的布线
在PCB设计中,布线是关系PCB设计成功与否的关键阶段,PCB板上铜箔导线的位置、密度、宽窄、间距、走线形式等因素会决定PCB的抗干扰能力,因此,要获得PCB的最佳性能,必须要做到合理布线。
3.1 布线遵循原则
3.1.1 布线时板型选择和密度设计
在满足布线要求的前提下,PCB布线时选择的板型,单面板应优先考虑,其次是双面板、多层板。其布线密度,要结合电路结构及产品性能要求,合理选择,力求布线简单、均匀。
3.1.2 布线时的线宽与间距选择
PCB中选择的导线,其最小宽度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。导线最小宽度和间距一般不应小于8mil,如果布线密度允许,可以适当加宽导线宽度及导线间距。对铜箔厚度为2mil,宽度在40mil到600mil的导线,当流经该条导线的电流2A时,其温度不会高于3℃,一般选择导线宽度为60mil可满足要求。在没有特殊要求的情况下,布线通常选8~12mil导线宽度。而对于集成电路,尤其是数字电路,导线宽度最小可选择达到2~2.8mil,设计中,在条件允许的范围内,电源、地线宽度可尽量加宽,一般选择地线宽度大于电源线,而电源线宽度大于信号线宽度,必要时,可采用大面积敷铜接地。
在制作PCB布线设计中,输入输出端的导线应尽量避免交叉,可通过添加线间电容的方式避免发生反馈耦合。导线的间距一般选择为大于等于线宽,其最小值由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定,在数字电路中,在工艺允许的情况下,间距可选择5~8mil。
3.1.3 走线形式的选择
印制导线的布设应尽可能短。当电路为高频电路或布线密集的情况下,印制导线的拐弯应成圆角,如图1所示。当印制导线的拐弯成直角或尖角时,在高频电路或布线密集的情况下会影响电路的电气特性,在PCB设计中,由于直角或夹角在高频电路中会影响电气性能,导线拐弯一般选用45度折线或圆弧形,一般不使用90度折线布线,如图2所示。当两面布线时,PCB双面的导线一般选择正交垂直、斜交或弯曲走线,避免相互平行,以减小板间寄生耦合,如图3所示。
3.2 电源线和地线的处理
PCB布线中,要采取必要措施降低电源线和地线阻抗,减少公共阻抗、串扰和反射等所引起的波形畸变和振荡现象。电源线宽度,一般印制线路板电流的大小决定,电源线宽度一般选择48~100mil,在条件允许的情况下,电源线宽度尽量加宽,同时注意减少环路电阻,尽量使电源线、地线的走向和信号流向保持一致,增强PCB的抗噪声干扰能力。
3.2.1 电源设计原则
随着电路规模的增大,电路中的电源种类和数量也在增加,对于简单电路电源的分布,所有电源可汇总为一路。对于复杂电路,可将电路分成若干模块,电源的数目仍不变,还为1个。但是,对于有多种不同电压的电源,要根据电路特性,按照就近原则,使得多点电源分散在各自电路模块中,对于具体布线方法,如果各模块电源及地线拥有公共布线电阻,那么,任何一个模块上的电流发生变动,都将影响到其他的基板,因此,一般将其各个基板电源GND的布线分别由电源引出,各自有布线电阻,即使因电流变化而产生电压降,也仅仅停留在该模块上,不会对其他电路模块产生影响。
3.2.2 地线设计原则
克服电磁干扰,最主要的手段就是接地。地线设计的原则主要有:
(1)对于工作频率小于1MHz的低频信号,布线和元器件间的电感影响比较小,但接地电路形成的环流干扰比较大,因而应采用一点接地的方式,但是,对于工作频率在1MHz~10MHz的信号,采用一点接地,其地线长度不应超过波长的1/20。对于工作频率大于10MHz的信号,随着频率的增大,其地线阻抗也变得很大,应想办法降低地线阻抗,可应采用就近多点接地的方式。
(2)模拟地、数字地、大功率器件地分开;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;对于高频和数字信号,屏蔽电缆两端都接地;交流中线(交流地)与直流地严格分开,以免相互干扰,影响系统正常工作。
(3)接地线应尽量加粗。若接地线用很纫的线条,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80~120mil以上。
(4)使用大面积接地铜箔。用大面积铜层作地线对未布线区域进行地线填充,但是要注意避免使用大面积实心铜箔,因为大面积实心铜箔经过长时间受热,易发生铜箔起皮脱落现象;对于必须用大面积铜箔的区域,可以用采用栅格替代,网状栅格有利于排除铜箔与基板之间粘合剂受热产生挥发性气体。高频元件周围尽量用栅格状大面积接地铜箔,对贯穿的零件脚上(DIPPIN)铺的铜箔采用热焊盘处理。
3.2.3 布线的美观设计
PCB设计中,不仅要考虑元器件放置的整齐有序,更要考虑走线的优美流畅。在保证满足国标标准要求和电路电气规则的情况下,还应注重布线的美观设计,尤其是对于一些可能暴露在用户面前的电路部分,布线的美观设计,可能会影响为了产品的形象。