PCB设计教程及布局技巧

一、PCB布局规则

1）一般情况下，所有元件应布置在电路板的同一侧。只有当顶部元件过于密集时，一些高度有限、发热低的器件，如片式电阻器、片式电容器、片式IC等，才能放在底部。

2）为保证电气性能，应将组件放置在网格上，并相互平行或垂直排列以保持整齐。一般来说，它们不允许重叠。组件的布置应紧凑，并应均匀分布在整个布局上。

3）电路板上不同元件的相邻焊盘图案之间的最小距离应在1mm以上。

4）距电路板边缘的距离一般不小于2mm。电路板的最佳形状是矩形， 纵横比为 3：2 或 4：3.当电路板尺寸大于200mm×150mm时，

应考虑PCB机械强度。

一、PCB布局规则

1）一般情况下，所有元件应布置在电路板的同一侧。只有当顶部元件过于密集时，一些高度有限、发热低的器件，如片式电阻器、片式电容器、片式IC等，才能放在底部。

2）为保证电气性能，应将组件放置在网格上，并相互平行或垂直排列以保持整齐。一般来说，它们不允许重叠。组件的布置应紧凑，并应均匀分布在整个布局上。

3）电路板上不同元件的相邻焊盘图案之间的最小距离应在1mm以上。

4）距电路板边缘的距离一般不小于2mm。电路板的最佳形状是矩形， 纵横比为 3：2 或 4：3.当电路板尺寸大于200mm×150mm时，

应考虑PCB机械强度。

三、设计步骤

3.1 版面设计

在PCB中，特殊元件是指高频部分的关键元件，如电路中的核心元件、易受干扰的元件、高电压元件、发热大的元件、一些异性的元件等。它们的位置需要仔细分析，皮带布局符合电路功能和生产要求。放置不当可能会导致电路兼容性问题和信号完整性问题，从而导致PCB设计失败。

在设计如何放置特殊元件时， 首先是PCB尺寸。当PCB尺寸太大时，印刷线会很长，阻抗会增加，抗干燥能力会下降，成本也会增加。确定PCB的尺寸后，接下来是特殊元件的摆动位置。最后， 根据功能单元， 对PCB上的所有组件进行整体布局。

3.2 PCB元件放置

一个产品的成功首先要关注它的内在质量;其次，它必须考虑到整体设计。

首先，放置与结构紧密匹配的组件，例如电源插座，指示灯，开关，连接器等。

接下来，放置特殊元件，如大型元件、重型元件、发热元件、变压器、IC 等。

最后，放置小组件。

3.3 PCB布局检查

1）电路板尺寸是否符合产品图纸要求的加工尺寸。

2）组件的布局是否平衡，排列整齐，是否都布置好了。

3）各级是否存在冲突。例如，组件，框架和丝印应该是合理的。

3）常用部件使用方便。如开关、插板插入设备、必须经常更换的元器件等。

4）热元件与加热元件之间的距离是否合理。

5）散热性是否好。

6）是否需要考虑线路干扰问题。

四、PCB板设计细节

4.1 通过

过孔主要由两部分组成，一部分是中间的钻孔，另一部分是钻孔周围的垫片区域，如下图所示。这两个部分的大小决定了过孔的大小。显然，在高速高密度PCB设计中， 设计人员总是希望通孔越小越好，这样就可以在板上留下更多的布线空间。此外，通孔越小，其自身的寄生电容越小。更重要的是，它越小，就越适合高速电路。然而，孔尺寸的减小也带来了成本的增加，并且过孔的尺寸不能无限减小。它受到钻孔和电镀等工艺技术的限制：孔越小，钻孔时间越长，也越容易偏离中心位置。当孔的深度超过钻孔直径的6倍时，不能保证孔壁可以均匀地镀铜。例如，厚度 （通孔深度） 普通的 6 层PCB板约为 50mil， 所以PCB制造商可以提供的最小钻孔直径只能达到 8mil.

图1.电路板

同样，过孔中也有寄生电容和寄生电感。在高速数字电路的设计中，过孔寄生电感造成的危害往往大于寄生电容的影响。因为它会削弱旁路电容器的贡献，削弱整个电力系统的滤波效果。

在高速PCB设计中， 通常， 简单的过孔往往会给电路设计带来很大的负面影响。为了减少过孔寄生效应带来的不良影响，在设计中可以做以下提示：

1）考虑成本和信号质量，选择合理的通孔尺寸。例如， 对于 6-10 层内存模块 PCB 设计， 最好使用 10/20mil （钻孔/焊盘）

过孔。对于一些高密度的小尺寸板，可以尝试使用8/18mil。根据目前的技术条件，很难使用较小的过孔。对于电源或接地过孔，可以考虑使用更大的尺寸来降低阻抗。

2）基于PCB技术， 更薄的PCB有利于减少过孔的两个寄生参数。

3）尽量不要改变PCB板上信号走线的层数，即减少不必要的过孔。

4）电源和接地引脚应在附近钻孔。并且过孔和引脚之间的引线应尽可能短，因为它们会增加电感。同时，电源和接地引线应尽可能粗，以降低阻抗。

5）

在信号变化层的过孔附近放置一些接地过孔，为信号提供最近的环路。甚至可以在PCB板上放置大量冗余接地过孔。当然，设计需要灵活。前面讨论的过孔模型是每层都有焊盘的情况。有时，我们可以减少甚至去除某些层的焊盘。特别是当过孔的密度非常高时，可能会导致铜层中形成断槽以隔离回路。为了解决这个问题，除了移动过孔的位置外，我们还可以考虑减小铜层上的过孔尺寸。

4.2 丝印

丝印是指印制电路板上下表面上所需的标志图案和文字代码，如元件标签和标称值、元件轮廓形状和制造商标志、生产日期等。为了方便电路的安装和维护。所以丝印必须非常注重细节。

大部分：放置 一般来说，在放置

电阻器、电容器、管子等元件的丝印时，不要使用四个方向。这将导致调试、维护和焊接过程中的焊接方向错误。因此，建议将它们放置在两个方向上，如下图所示。这样，丝印将非常清晰地查看。

如下图所示，如果组件太密而无法容纳丝印，则可以在附近的空白处写下丝印。标记箭头时，最好画一个框，以便于识别。

尽量不要在丝印

上制作过孔如下图所示，通孔在数字 8 上打孔。打板后，您将无法分辨它是R48还是R49。

不要在高速信号线（如时钟线等）上按丝印

它适用于顶层或底层的高速信号线，因为这样的信号线可以看作是微带线。微带线上信号的速度（相位速度）与介质有关。如果将丝印压在线上，如下图所示，介质将变得不均匀，导致相位速度发生变化，最终会出现不连续阻抗，影响信号质量。当然，在内电层的信号线中不会出现这样的问题。

丝印的读取方向应与使用方向一致。

如下图所示，丝印的读取方向与芯片的使用方向相同，主要是为了降低焊接时反向焊接的概率。但是，如电解电容器，不能遵循此建议，因为可以指示正极性和负极性。

针号应在丝印上清楚地标明。

如下图所示，P4连接器上标有3个引脚号，方便调试/安装。此外，最好用密集的引脚标记位置，例如芯片，FPC插座等。同时，P3的读取方向与连接器的使用方向一致。

特殊封装用丝印 对于BGA、QFN等特殊封装，丝印的尺寸必须与芯片的尺寸完全相同（如下图所示），否则难以对准，影响焊接。

安装孔丝印 在这里，在安装孔附近增加了螺钉的丝印，并且还标明了螺钉的长度和总数，以便于安装。

标记功能

某些组件，如按钮、灯、旋钮等，需要注明功能和用途。

添加LOGO

如果有空间，可以在黑板上添加公司的LOGO、防静电logo、一维码、二维码。对于认证，应添加认证徽标。还有一些警告信号。

4.3 外平面和填充

外平面是将大面积的铜箔加工成网状，

填充区域只保持铜箔完好无损。初学者在设计过程中往往无法在计算机上看到两者之间的区别。因为在正常使用中不容易看出两者的区别，所以在使用时，更是粗心地区分两者。需要强调的是，前者具有很强的抑制电路中高频干扰的功能，适用于需要大面积的应用，特别是当某些区域用作屏蔽区、分区区或大电流电源线时。后者主要用于需要小面积的地方，例如一般线端或转弯区域。

4.4 垫

焊盘类型的选择应综合考虑元件的形状、尺寸、布局、振动和加热条件以及受力方向。包装库中有一系列不同尺寸和形状的焊盘，如圆形、方形、八角形、圆形和定位焊盘，但有时这还不够，需要自己编辑。一般来说，除上述内容外，自行编辑焊盘时应考虑以下原则：

（1）当形状长度不一致时，导线宽度与焊盘具体边长之间的差异不宜太大。

（2）在元件引出角之间布线时，经常需要使用长度不对称的不对称焊盘。

（3）每个元件垫孔的尺寸应根据元件销的厚度分别确定。原理是孔的尺寸比销直径大0.2至0.4毫米。

4.5 放置/垫

1） 放置方法

您可以在主菜单中执行“放置/放置”命令，或使用组件在工具栏中放置“放置/放置”按钮。进入垫放置状态后，鼠标将变成十字形。将鼠标移动到合适的位置，然后单击以完成垫的放置。

2）属性设置

使用鼠标放置垫时，鼠标将变成十字形。按 Tab 键，将弹出 Pad（pad

属性）设置对话框。双击已经放置在PCB上的焊盘，也可以弹出焊盘属性设置对话框。焊盘特性设置对话框中有多种设置，如下所示：孔尺寸：用于设置焊盘的内径。

旋转：用于设置焊盘放置的旋转角度。

位置：用于设置焊盘中心的 x 和 y 坐标。

图层下拉列表：从此下拉列表中，您可以选择放置焊盘的布线层。

网络下拉列表：此下拉列表用于设置焊盘的净值。

电气类型下拉列表：用于选择焊盘的电气特性。它有3种选择方法：负载，源和终结器。

测试点多选项：用于设置焊盘用作测试点。只有顶部和底部垫可以用作测试点。

锁定检查选项：选择此检查选项，表示放置后垫的位置将固定。

尺寸和形状选项区域：用于设置焊盘

的大小和形状 X 尺寸和 Y 尺寸：分别设置焊盘的 x 和 y 尺寸。

形状下拉列表：用于设置画垫的形状，包括圆形、八角形和矩形。

粘贴蒙版扩展：用于设定粘贴蒙版的属性。

阻焊层扩展：用于设置阻焊层的属性。

五、PCB设计基础

（1）避免在PCB边缘排列重要的信号线，如时钟和复位信号。

（2）机箱地线与信号线之间的距离至少为4mm，保持机箱地线的长宽比小于5：1，以降低电感效应。

（3）已确定位置的设备和线路使用LOCK功能锁定，以防止其误移动。

（4）最小线宽应不小于0.2mm（8mil）。在高密度和高精度的印刷电路中，线宽和间距一般可以为12mil。

（5）

10-10和12-12原理可应用于DIP封装IC引脚之间的接线。也就是说，当两根导线在两个引脚之间通过时，焊盘直径可以设置为50mil，线宽和线间距均为10mil;当两个引脚之间只有一根导线通过时，焊盘直径可以设置为64mil，线宽和线间距均为12mil。

（6）当焊盘直径为1.5mm时，为了增加焊盘的剥线强度，可以使用长度不小于1.5mm，宽度为1.5mm的焊盘。

（7）焊盘连接有较细的走线时，焊盘与走线的连接应设计成滴形，使焊盘不易剥离，走线与焊盘不易断开。

（8）设计大面积铜涂层时，应在铜涂层上设置开窗，增加散热孔，并将开窗设计成网状。

（9）尽可能缩短高频元件之间的连接，减少其分布参数，避免相互电磁干扰。易受干扰的组件不应彼此靠得太近。并且输入和输出组件应尽可能远离