PCB布局布线注意事项

一、 布局
1.遵循先大后小，先难后易的布局原则，即重要的单元电路和核心部件应优先布局；

2.布局应参考原理框图，主要部件应按主信号流向规律安排；

3.元器件的排列应便于调试和维护。小元件周围不能放置大元件，需要调试的元器件周围应有足够的空间；

4.同一结构电路部分应尽可能采用对称标准布局；

5.按照均匀分布、重心平衡、布局美观的标准优化布局；

6.X或X同类型插装元件Y方向应朝一个方向放置。同一类型的极性分立元件也应尽可能在X或XY方向一致，便于生产和检验。

7.加热元件应均匀分布，有利于单板和整机的散热。除温度检测元件外，温度敏感元件应远离加热元件。

8、布局应尽可能满足以下要求：总线尽可能短，关键信号线最短；高压、大电流信号与小电流、低电压弱信号完全分离；模拟信号与数字信号分离；高频信号与低频信号分离；高频元件之间的间隔应足够。

9.去偶电容的布局应尽可能靠近IC与电源和地面形成的电源管脚最短。

10.元件布置时，应尽量将使用相同电源的设备放在一起， 便于未来的电源分离。

二、布线
(1)布线优先顺序
关键信号线优先：触摸小信号、高速信号、时钟信号和同步信号
密度优先原则：从单板上连接关系最复杂的设备开始布线。从单板上最密集的区域开始布线
注:尽量为时钟信号、高频信号、敏感信号等关键信号提供专用布线层，保证其最小回路面积。必要时，应手动优先布线、屏蔽和增加安全间距。确保信号质量。
在电源层和地层之间EMC环境恶劣，应避免对干扰敏感的信号布置。
有阻抗控制要求的网络应尽量按线长线宽要求布线。
(2)四种具体的布线方式
1.时钟布线:
时钟线是对EMC 影响最大的因素之一。在时钟线上应少打过孔，尽量避免与其他信号线并行，远离一般信号线，避免干扰信号线。同时，避免板上的电源，防止电源和时钟相互干扰。
如果板上有一个特殊的时钟，芯片就不能在下面布线，铜应该铺在下面，必要时也可以特别切割。对于许多芯片都有参考的晶体振荡器，这些晶体振荡器不应该在下面布线，而应该铺铜隔离。

2.直角线：
直角线一般是PCB布线中要求尽可能避免的情况几乎成为衡量布线质量的标准之一。原则上，直角布线会改变传输线的线宽，导致阻抗不连续。事实上，不仅直角布线、顿角布线和锐角布线都可能导致阻抗变化。
直角线对信号的影响主要体现在三个方面：
转角可等同于传输线上的容性负载，减缓上升时间；
不连续的阻抗会导致信号反射；
直角尖端产生的EMI。
3.差分线：
差分信号（Differential Signal）在高速电路设计中的应用越来越广泛，电路中最关键的信号往往采用差异化结构设计。一般来说，它是驱动端发送两个等值和相反的信号，接收器通过比较两个电压之间的差值来判断逻辑状态是0还是1。携带差异信号的一对接线称为差异接线。

与普通单端信号相比，差分信号最明显的优势体现在以下三个方面：
①、抗干扰能力强，因为两条差异线之间的耦合很好，当外部噪声干扰时，几乎同时耦合到两条线上，接收端只关心两个信号的差异，因此外部共模噪声可以完全抵消。
②、能有效抑制EMI，同样，由于两个信号的极性相反，它们的外部辐射电磁场可以相互抵消，耦合越紧密，泄漏到外部世界的电磁能量就越少。
③、时间定位准确。由于差分信号的开关变化位于两个信号的交点，与普通单端信号不同，由于过程和温度的影响较小，可以减少时间误差，更适合低范围信号的电路。目前流行的LVDS（low voltage differential signaling）指这种小振幅差信号技术。

布线设计差异时，应遵循以下原则。
a. 两个信号线之间的信号线之间的距离S是整个线上的常数。
b. 确保D＞2S，信号之间的串扰以最小化两个差异。
c. 使差分对的两个信号线之间的距离S满足S=3H，使元件的反射阻抗最小化。
d. 为了消除信号的相位差，等，以消除信号的相位差。
e. 避免在差分对上使用多个过孔，因为过孔会产生阻抗不匹配和电感。

4、蛇形线:
蛇形线的主要目的是调整延迟，满足系统时序设计的要求。蛇形线会破坏信号质量，改变传输延迟，布线时尽量避免使用。但在实际设计中，为了保证信号有足够的保持时间，或减少同组信号之间的时间偏移，往往要故意绕线。
注：成对出现的差分信号线，一般平行走线，尽量少打孔，必须打孔时，应两条线一起打孔，以达到阻抗匹配。
一组属性相同的总线，应尽量并排走线，尽量等长。

(3)布线常用规则
1、方向控制规则：
也就是说，相邻层的接线方向为正交结构。避免在相邻层的同一方向使用不同的信号线，以减少不必要的层间串扰；由于板结构的限制，特别是当信号速率较高时，应考虑用地信号线隔离信号线，用地平面隔离信号层。

2.开环检查规则:
一端浮空布线一般不允许， 主要是为了避免发生"天线效应"，减少不必要的干扰辐射和接收，否则可能带来不可预知的结果。

3、阻抗匹配检查规则：
同一网络的线宽应保持一致。线宽的变化会导致线路特性阻抗不均匀。当传输速度较高时，会产生反射，应尽量避免这种情况。在某些情况下，如连接器导线，BGA在类似的结构中，可能无法避免线宽的变化，应尽量减少中间不一致部分的有效长度。

4.线长控制规则:
短期规则，中，布线长度应尽可能短，以减少长布线造成的干扰，特别是一些重要的信号线，如时钟线，必须将其振荡器放置在靠近设备的地方。对于驱动多个设备的情况，应根据具体情况确定网络拓扑结构。

5.倒角规则:
PCB设计中应避免锐角和直角， 产生不必要的辐射，工艺性能差。

6、焊盘及过孔：
焊盘内不允许有过孔，以避免焊料损失造成的焊接不良。如果过孔需要与焊盘连接，应尽量用细线延长连接。连接应覆盖焊油，切割孔与焊盘边缘之间的距离大于0.5MM

7.焊盘引出布线规则
连接线路与SOIC、PLCC、SOT设备焊盘时，一般建议将导线从焊盘两端引出。

8.导线与板式元件焊盘的连接
原则上，连接导线和片式元件时，可以在任何点连接。但对于采用再流焊焊接的片式元件，最好按以下原则设计。
a. 对于采用两个焊盘安装的元器件，如电阻、电容，与其焊盘连接的印制导线最好从焊盘中心位置对称引出，且与焊盘连接的印制导线必须具有一样宽度。对线宽小于0.3mm（12mil）不考虑本规定的引出线.
b. 与宽印线连接的焊盘最好通过窄印线过渡。这条窄印线通常被称为隔热路径。否则，对于包装0805及以下板材类别SMD，焊接时容易出现立片。

9.设备去耦规则：

在印刷版本中添加必要的去耦电容器，过滤电源上的干扰信号，稳定电源信号。在多层板中，去耦电容器的位置一般不太高，但对于双层板，去耦电容器的布局和布线方式将直接影响整个系统的稳定性，有时甚至与设计的成败有关。
在双层板设计中，电流应先通过滤波电容滤波器再用于设备。
去耦电容能否在高速电路设计中正确使用，关系到整个板的稳定性。

10.设备布局分区/分层规则:

主要目的是防止不同工作频率的模块间的相互干扰，同时尽量缩短高频部分的布线长度。
对于混合电路，模拟电路和数字电路分别布置在印刷板的两侧，使用不同的层布线，中间隔离地层。

11、地线回路规则：

环路最小规则，即信号线与其回路构成的环面积要尽可能小，环面积越小，对外的辐射越少，接收外界的干扰也越小。

12、设计接地保护走线
在一个没有完整的地平面的两层板中，如果在一个敏感的音频输入电路的走线两边并行走一对接地的走线，串扰可以减少一个数量级。
在数字电路中，可以采用一个完整的接地平面取代接地保护走线，接地保护走线在很多地方比完整的接地平面更有优势。

13、电源与地线层的完整性规则：

对于导通孔密集的区域，要注意避免孔在电源和地层的挖空区域相互连接，形成对平面层的分割，从而破坏平面层的完整性，进而导致信号线在地层的回路面积增大。

14、3W规则：

为了减少线间串扰，应保证线间距足够大，当线中心间距不少于3倍线宽时，则可保持70%的电场不互相干扰，称为3W规则。如要达到98%的电场不互相干扰，可使用10W的间距。

15、屏蔽保护

对应地线回路规则，实际上也是为了尽量减小信号的回路面积，一些比较重要的信号，如时钟信号，同步信号；对一些特别重要，频率特别高的信号，应该考虑采用同轴电缆屏蔽结构设计，即将所布的线上下左右用地线隔离，而且还要考虑好如何有效的让屏蔽地与实际地平面有效结合。

16、走线终结网络规则：
在高速数字电路中， 当PCB布线的延迟时间大于信号上升时间（或下降时间） 的1/4时，该布线即可以看成传输线，为了保证信号的输入和输出阻抗与传输线的阻抗正确匹配，可以采用多种形式的匹配方法， 所选择的匹配方法与网络的连接方式和布线的拓朴结构有关。
对于点对点（一个输出对应一个输入） 连接， 可以选择始端串联匹配或终端并联匹配。前者结构简单，成本低，但延迟较大。后者匹配效果好，但结构复杂，成本较高。
对于点对多点（一个输出对应多个输出） 连接， 当网络的拓朴结构为菊花链时，应选择终端并联匹配。当网络为星型结构时，可以参考点对点结构。星形和菊花链为两种基本的拓扑结构, 其他结构可看成基本结构的变形, 可采取一些灵活措施进行匹配。
在实际操作中要兼顾成本、 功耗和性能等因素， 一般不追求完全匹配，只要将失配引起的反射等干扰限制在可接受的范围即可。

17、走线闭环检查规则：
防止信号线在不同层间形成自环。 在多层板设计中容易发生此类问题， 自环将引起辐射干扰。

18、走线的分枝长度控制规则：
尽量控制分枝的长度，一般的要求是T_delay<=T_rise/20。
T_delay就是信号传输时延，信号从发送端到接收端的时间，和布线长度和走线层有关。
T_rise是信号上升时延，就是信号由低到高的那个斜坡的时间。

19、走线的谐振规则：
主要针对高频信号设计而言， 即布线长度不得与其波长成整数倍关系， 以免产生谐振现象。

20、孤立铜区控制规则：
孤立铜区的出现， 将带来一些不可预知的问题， 因此将孤立铜区与别的信号相接， 有助于改善信号质量，通常是将孤立铜区接地或删除。 在实际的制作中， PCB厂家将一些板的空置部分增加了一些铜箔，这主要是为了方便印制板加工，同时对防止印制板翘曲。

21、重叠电源与地线层规则：

不同电源层在空间上要避免重叠。 主要是为了减少不同电源之间的干扰， 特别是一些电压相差很大的电源之间， 电源平面的重叠问题一定要设法避免， 难以避免时可考虑中间隔地层。

22、20H规则：

由于电源层与地层之间的电场是变化的， 在板的边缘会向外辐射电磁干扰，为边沿效应。
解决的办法是将电源层内缩， 使得电场只在接地层的范围内传导。
H为电源和地之间的介质厚度
电源层内缩20H则可以将70%的电场限制在接地层边沿内；内缩100H则可以将98%的电场限制在内。

23、对于单双层板电源线应尽量粗而短。电源线和地线的宽度要求可以根据1mm的线宽最大对应1A 的电流来计算，电源和地构成的环路尽量小。

24、为了防止电源线较长时，电源线上的耦合杂讯直接进入负载器件，应在进入每个器件之前，先对电源去藕。且为了防止它们彼此间的相互干扰，对每个负载的电源独立去藕，并做到先滤波再进入负载。