解读PCB设计规范

PCB 设计规范

一、引言

1. 目的

本规范规定了我公司 PCB 设计流程和设计原则，为 PCB 设计人员提供必须遵循的规则和约定。

提高 PCB 的设计质量和设计效率。

提高 PCB 的可生产性，可测试性，可维护性。

使得 PCB 的设计满足安规、EMC、EMI 等威廉希尔官方网站 规范要求。

2. 术语定义

● PCB：印制电路板

● 原理图：用原理图设计工具绘制成的表达硬件电路中各种之间的连接关系图。

● 网表：由原理图设计工具生成的表达元器件间电气连接关系的文本文件。

● 布局：PCB 设计过程中按照设计要求把元器件摆放在板上的过程。

● 仿真：利用 EDA 设计工具对 PCB 布局布线效果进行仿真分析从而在物理实现

之前发现设计中存在的 EMC 问题、时序问题和信号完整性问题。

3. 适用范围

本规范适用于所有产品的 PCB 工艺设计，运用于但不限于 PCB 的设计、PCB 投板工艺审查等活动。

4. 概述

电路原理图设计完毕，就要进行 PCB 设计。PCB 设计是一项专业性很强的工作，而且对产品开发周期起着举足轻重的作用。PCB 设计质量除了直接同设计人员素质有关以外，还同原理图设计的正确性、提交原理图者的准备情况有关。

PCB 设计必须考虑生产工艺流程及维护测试需要，例如选用表贴器件还是插件、单面还是双面放置器件、机械安装孔及表贴加工定位孔、测试点、元器件摆放方向、散热器及固定件的位置，特殊接插件的位置等等，这些常常为经验不足的硬件开发人员所忽略，导致设计出的板只能是废板。硬件工程师对此要引起足够的重视。

本规范不讨论其中的原理，只是给出相应要求，以便于 PCB 评审时有依据。

二、 设计过程

设计任务受理

2.1 PCB 设计申请流程

当硬件设计人员需要进行 PCB 设计时提出申请，由项目经理下达任务。进行设之前必须做好如下材料的准备。

● 经过评审的完全正确的原理图，包括纸面文件和电子文件。

● 带有元器件编码的 BOM 清单

● PCB 结构图，注明外型尺寸、安装孔位置及大小、接插件定位尺寸、禁止布线区（可选）

● 对于新器件要提供器件封装资料

● PCB 布线规则约束文档

● 相关源文件已经上传到 SVN

2.2 理解设计要求并制定设计规划

●仔细阅读原理图，理解电路工作条件(比如，interwetten与威廉的赔率体系 电路的工作频率，数字电路的速度)，理解相关的布线要求

●在于原理图设计者充分交流的基础上，并阅读相应的布线规则文档，理解和确认板上的关键网络，比如电源、时钟、高速信号等

●如果发现原理图中有不符合硬件设计规范的地方，理解提出，并协助修改。●制定 PCB 设计计划及进度，包括

▲ 原理图网表导入成功

▲ 布局完成

▲ 布线完成

▲ 信号完整性和 EMC 分析

▲ GERBER 文档的生成

● 制定出每一步完成的具体时间，每一步完成后均要由原理图设计者及相关设计人员进行评审，评审通过后方可进行下一步。

2.3 创建 PCB 板

1) 根据单板结构图或对应的标准板框，创建 PCB 设计文件，包括安装孔、禁布区，

SMT 光学定位孔等，

2) 正确选定单板坐标原点的位置，原点的设置原则如下：

●单板左边和下边的交叉点或延长线的交叉点。● 单板左角的第一个焊盘

（优先）

3) 一旦原点确定，元件布局布线均以此为准，布局推荐设置格点为 25MIL。

4) 板框的线宽应该为 8MIL。安装孔在没有特殊要求的情况下，孔内径为 130，外径

为 260。

5) 板框四周倒圆角，倒角半径为 100MIL。特殊情况参考机械设计要求。

6) 板子大于 400X200MM 的 BGA 板子，需要 BGA 附近的对角上面放置机械固定孔。

2.4 布局

1) 元件布局区域需离板边至少 3MM，推荐使用 5MM

2) 在安装孔周围，布局和布线均需距离 3MM

3) 需先放置与结构有关的元件，如对外的接口，电源接口，板与板之间的接口等。

4) 优先放置核心电路元件或体积较大的元件，再以该元件为中心，放置外围电路。

5) 高功率的器件，应尽量放在利于散热的位置，如通风口附件。

6) 质量比较大的元器件，应尽量不放在线路板的中间。

7) 元器件尽量布在正面，尽量在反面只有一种元器件（去藕电容），若无特殊情况，

反面尽量不布芯片。

8) 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。

9) 在布局时，应考虑同一电源的器件尽量放在一起，双方便电源分割。

10) 考虑信号流向，合理布局，尽量使信号流向一致。

11) 输入、输出应尽量远离。

12) 带高压的元器件应放在手不易触及的地方。

13) 可调元件应放于方便调节的地方。

14) 布局应均匀、整齐、紧凑。

15) 表面贴元件焊盘排列方向应尽量一致，以方便焊接。

16) 表面贴元件和高的元器件应留有一个的焊接空间，建议大于 10MM，以方便焊接。

17) 去藕电容应尽量放置在电源输入端。

18) 用于阻抗匹配的阻容器件，应根据其属性合理布局。串联匹配电阻的布局要靠近信

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端，对

于多负载的终端匹配一定要在信号的最远端匹配。在同一电路，在各个产品里，尽量保持布局一致。

2.5 叠层设计

2.5.1. 在 CPB 的 EMC 和 SI 设计

在 CPB 的 EMC 和 SI 设计考虑中，首先涉及的便是层的设置；PCB 板的层数由电源、地的层数和信号层数组成；电源层、地层、信号层的相对位置以及电源、地平面的分割对单板的 MEC 和 SI 的指标至关重要。

1) 合理的层数

根据电源、地的种类，信号密度，工作频率，有特殊布线要求的信号数量，以及综合单板的性能指标要求与成本承受能力来综合评定，根据评定结果最终确定单板的层数；对于 MEC 和 SI 指标要求苛刻而相对成本能承受的情况下，适当增加地平面乃是 PCB 的 EMC 设计的杀手锏之一。

a) 电源、地的层数

电源的层数由其种类数量准定；单一电源供电，一个电源平面足够了；多种电源，若相互不交错，可以采用电源层割；若多种电源相互交错，则需考虑 2 个或以上的电源平面。电源平面的设置满足以下条件：

● 单一电源或多种互不交错的电源；

● 相邻层的关键信号不跨分割区；地的层数除满足电源平面的要求外，还要考虑：

● 元件面下面（第 2 层或倒数第 2 层）有相对完整的地平面

● 高频、高速、时钟等关键信号有一相邻地坪面

● 关键电源有一对应地平面相邻。

b) 信号层数

基本布局完成后，根据布线密度对所需的层数进行大致判断。然后结合板上的工作频率、有特殊布线要求的信号数量以及性能要求与成本承受能力，最后确定信号层数。

2) 性能指标与成本要求

在设计过程中，需根据产品定位、 推出时间、 质量要求等相关方面，进行统一评估，以达到最佳的性价比。

为了尽快将稳定产品推向市场，在开发的初始阶段，过于强调成本、加工工艺因素毫无疑问会对产品的开发进度、质量造成一定的影响。

3) 环境规则导入

在 SVN 的 SOURCE 下面，将逐步添加相关环境规则，具体分类如下：

4) 电源层、地层、信号层的相对位置

a) 电源、地平面的阻抗以及电源、地之间的 EMC 环境问题

● 电源、地平面存在自身的特性阻抗，电源平面的阻抗比地平面阻抗高；

● 为降低电源平面的阻抗，尽量将 PCB 的主电源平面与其对应的地平面相邻排布并且尽量靠近，利用两者的耦合电容，降低电源平面的阻抗；

● 电源、地平面构成的平面电容与 PCB 上的退耦电容一起构成频响曲线比较复杂的电源、地电容，它的有效退耦频带比较宽。

b) 电源、地作为参考平面，两者的区别

电源、地平面均能作参考平面，且有一定的屏蔽作用，但相对而言，电源平面具有较高的特性阻抗，与参考电平存在较大的电位差；从屏蔽的角度，地平面一般均作了接地处理，并作为基准电平参考点，其屏蔽效果远远优于电源平面

在选择参考平面时，应优选地平面。

c) 电源层、地层、信号层的相对

板层的排布一般原则：

● 元件面下面（第二层或倒数第二层）为地平面，提供器件屏蔽层以及为顶

层布线提供参考平面；

● 所有信号层尽可能与地平面相邻；

● 尽量避免两信号层直接相邻；

● 主电源层尽可能与其对应地相邻；

● 兼顾层压结构对称。

2.5.2. 具体层数设置探讨

S 代表信号层，G 代表地层，P 代表电源层

2.6 布线

2.6.1 线宽和线间距设置

线宽和线间距设置需考虑以下因素：

1) 单板密度。

单板密度越高，使用更细的线宽和更窄的线间距。

2) 信号的电流强度。

当信号平均电流较大时，需考虑布线宽度所能承受的电流多小。经宽与电流关系可参照以下表格：

注 A：用铜皮作导线通过大电流的时候，铜箔宽度的载流量应参照表中的数值降低 50%去选择。

注 B：在 PCB 加工作，通常用 OZ（盎司）作为铜皮厚度单位，1 盎司铜厚的定义为1 平方

英尺面积内铜箔重量为一盎司。对应的物理厚度为 35UM，2OZ 的厚度为 70UM。

3) 可靠性要求。

在可靠性要求高时，使用较宽的布线和较大的线间距。

4) PCB 加工限制。

现在国内的 PCB 加工工艺为：推荐最小线宽/线间距为 6MIL/6MIL，极限线宽线间距为：4MIL6MIL。

2.6.2 孔的设置

1. 制成板的孔的大小取决于板的厚度，板厚孔径比应介于 5-8 2. 过孔孔径优选系列如下（单位 MIL）：

2.6.3 进行 PCB 设计应遵循的规则

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。针对这一规则，在地平面分割时，要考虑地平面与重要信号走线的分布，防止由于地平面开槽等带来的问题。在双层板设计中，在为电源留下足够空间的情况下，应该将留下的部分用参考地填充，且增加一些必要的过孔，将双面地信号有效连接起来，对一些关键信号尽量采用地线隔离，对一些频率较高的设计，需要特别考虑其也平面信号回路问题。

2) 串扰控制

串扰是指 PCB 上不同网络这间因较长的平行布线引起的相互干扰，主要由于平行线间的分

布电容和分布电感的作用。解决串扰的主要措施是：

A、 加大平行布线的间距，遵循 3W 规则。

B、 在平行线间插入地线。

C、 减小布线层与地线间的距离。

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，多见于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，应该考虑采用铜轴电缆屏蔽结构设计，即将所布的线上下左右同地线隔离，而且还要考虑好如何有效让屏蔽地与实际地平面有效结合。

相邻层的走线方向成正交结构。避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向，以减少不必要的层间串扰。当由于板结构限制，难以避免出现该情况，特别是信号速率较高时，应考虑用地平面隔离各布线层，有地信号线隔离各信号线。

一般不允许出线一端浮空的走线。

主要以免产生不必要的天线效应，减小不必要的干拢辐射和接收，带来不必要的不可预知的错误和问是。

同一网线的布线宽度应尽量保持一致，线宽的变化会变成线路的特征阻抗不均匀，不传输速率较高时，会产生发射。在设计中应尽量避免这种情况的发生。在有些条件下，如BGA 走线，可能无法避免这种情况的发生。在这种情况下，应尽量减小中间宽度不一致的走线的有效长度。

信号线在各个不同层走线，不能形成自环，特别在多层板设计中，容易产生这样的问题。自环将引起幅射干扰。

尽量控制分枝的长度，一般要求是 Tdelay<=Trise/20

9) 走线长度控制

在设计时，应该尽量让布线长度尽量短，以减少由于走线过长带来的干扰问题，特别是一些重要信号线，如时钟线，务必将其振荡器放在离器件很近的地方。对驱动多个器件的情况，应根据具体情况决定采用何种网络拓扑结构。

10) 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。

11) 走线倒角

PCB 设计中应避免产生锐角和直角，直角和锐角会产生不必要的辐射，同时工艺性能也不好。

12) 器件去藕

A、 在线路板上，加上必要的去藕电容，滤去电源上的干扰信号，使电源稳定。在多层板中，对电源的去藕电容，要求不是很高，但是在双层板子，去藕电容的布局和布线方式，将直接影响到整个系统的稳定性。

B、 在双层板设计中，一般应该使电流先经过滤波电容滤波再供器件使用，同时还要充分考虑到由于器件产生的电源噪声对下游的器件的影响，一般来说，采用总线结构 设计比较好，在设计时，还要考虑到由于传输距离过长而带来的电压跌落给器件造成的影响，必要时增加一些电源滤波环路，避免产生电位差，影响系统稳定性。

C、 在高速电路设计中，能否正确使用去藕电容，直接影响系统的稳定性。D、 去藕电容一般布在芯片电源输入处，越靠近电源，效果越好。

A、 主要是为了防止不同工作频率的模块之间的相互干扰，同时，尽量缩短高频部分的走线长度。通常将高频部分布在接口部分减少走线长度，同时，也要考虑低频信号可能受到的干扰。在处理高频和低频部分的地，一般采用两者分割，再在接口处单单点接地。B、 对模拟数字混合信号的处理，同样也是一般采用分别布在线路板的两边，走线也走在不同的两个层上。

14) 孤立铜区控制

孤立铜区的出现，将会带来一些不可控的问题，因此孤立铜和别的信号连接将有助改善信号质量。一般将孤立铜区和地平面相连。

在过也密集区域，应注意避免过孔在电源和地层平面探空区域相互连接，形成对平面的分割，从面破坏整个平面的完整性，导致信号回路面积增大。

16) 重叠电源和地层规则

不同电源，在空间上要避免重叠。主要是为了减小电源平面之间的干扰，特别是一些电压相差比较大的电源层之间，必须想办法避免重叠，如果实在没办法避免重叠，则需在两个电源之间加上一个地层。

17) 3W 规则

为了减少线间串扰，应该保持线间有足够宽的线间距离，当线中心距不少 3T 时，则可保持 70%的电场不相互干扰，称为 3T 规则。如果要在到 98%的电场不相互干扰，则需要 10T。

由于电源层和地层之间的电场是变会在，在电路板边缘会向外辐射电磁干扰，称为边缘效应。解决办法是电源层内缩，使得电场只能在接地层内传导，以 H（电源和地之间的介质厚度）为单位，若缩进去 20H，则 70%的电场在接地层内传导，或 100H，则 98%的电场在接地层同传导。

2.6.4 具体布线原则

2.6.4.1 电源和地平面

1) 尽量给出单独的电源层和地层，即使要在表层接线，电源线和地线也要尽量的短而

且要足够粗。

2) 对于多层板，一般都有电源层和地层，需要注意的只是模拟部分和数字部分的地和

电源即使电压相同也要分割开来。

3) 对于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。

4) 为了防止电源线较长时，电源线上的藕合杂讯直接进入负载器件，应在进入每个负

载器件之前进行去藕，且为了防止各器件之间的相互干扰，需对每个器件进行独立

去藕。并且做到先滤波，再进行负载器件。

2.6.5 特殊信号布线

1) 时钟布线

● 时钟作为对 EMC 最大的影响之一，走时钟线应尽量少打过孔，尽量避免和其它信号线平行，且应远离信号线，避免对信号线干扰。

● 同时应该避开电源部分，以避免电源和时钟互相干扰。

● 当一个线路板上有多个不同频率的时钟信号时，两个不同频率的时钟不可并行走线。

● 时钟线应尽量避免靠近输出接口，以免高频时钟藕合到 CABLE 线上并延线发射出去。

● 如果板上有专门的时钟芯片，时钟芯片下不能走线，应该在其下方铺铜，必要时可以对他进行单独割地。

● 对于很多芯片都有参考晶振，这些晶振下方也不可以走线，要铺铜隔离。晶振外壳需接地。

● 对于双层板，没有电源和地层，时钟走线方式如下：

2) 差分信号布线

● 成对差分线，一般平行走线，尽量少打过也，必需打过孔时，必须两对线同时打，

以做到阻抗匹配。

3) 相同属性的信号线

相同属性的一组总线，应尽量并排走线，并且尽量做到等长。

4) 一些基本的走线原则

● 考虑到散热，连焊等因素，正确的走线方法如下：

● 两焊盘间距很小时，焊盘间不可直接相连

● 从贴片焊盘引出的过孔尽量远离焊盘

2.6.6 工艺设计要求

2.6.6.1. 所有器件都应有唯一的标号。

2.6.6.2. 器件的标号应尽量靠近所指的器件, 尽量避免标号远离所指器件或与两个器件的距离相近等使生产人员无法识别的情况。

● 如下图中的标号 R1 就比较难以识别。

2.6.6.3. 器件的标号必须在 X 轴方向，只有一个方向，在 Y 轴上，也只有一个方向。2.6.6.4. 器件在线路板设计完成后，需要重新排，按照从左到右，从上到下依次增大。2.6.6.5. 当器件周围确实没有空间放置标号时，可采用如下二图所示的变通方法。

2.6.6.6. 器件位号，板子名称，版本，编码的字体大小一律采用如下图的 19 号字。

2.6.6.7. 在决定板子的整体的放置方向时，应考虑在使用过程中需要进行手工操作的器件本身的标识方向。

2.6.6.8. 在拨动开关边上应有表格说明每一位拨动开关的作用，在所有接插件边上除了器件标号外也应有必要的说明，如输入输出，正负极性等，所有指示灯边上也应有简单的内容说明。

2.6.6.9. 电阻（包括排阻）标号采用 R＋编号，电容采用 C＋编号，拨动开关采用 S＋编号，集成块（包括晶振）采用 U＋编号，二极管采用 D＋编号，接插件（包括跳线开关）采用 J＋编号，变压器采用 T＋编号，线圈电感采用 L＋编号,振荡器采用 X+编号。

2.6.6.10. 板上有极性的器件（如电解电容、直流电源），必须注明正极（或能唯一确定其安装方向标识）的位置。

2.6.6.11. 所有线路板，设计完成后，需加上线路板版本信息，格式如下：

● 第一行：线路板名称

● 第二行：线路板版本号

● 第三行：线路板设计日期

2.6.6.12. 在 PCB 板上上，必须设计条形码贴放位置和 PASS 标签的位置。如下图:

2.6.6.13. 在 PCB 板上空的位置，需添加防静电标志，如果 PCB 非常密集，可以不加。防静电标志在 PCB 库的 Format symbols 下面的 ESD 标志。

2.6.6.14. 在用贴片元件的 PCB 板上，为了提高贴片元件的贴装准确性，PCB 板上必须设有校正标志（MARKS），且每一块板最少要两个标记，分别设于 PCB 的一组对角上，如下图：

审核编辑：汤梓红