在PCB设计中，如何完美的布线

在PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而做的，在整个PCB中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细、工作量最大。

‌PCB设计中的抗干扰措施主要包括以下几个方面‌：

‌电源线和地线设计‌：

‌加粗电源线‌：根据电流大小适当加宽电源线的宽度，以减少环路电阻。电源线和地线的布局应与数据传输方向一致，这有助于提升抗噪声性能‌12。

‌单点接地与多点接地‌：在低频电路中采用单点接地，高频电路中采用多点接地。当信号工作频率在1至10MHz时，地线长度不应超过波长的1/20，否则应采用多点接地法‌1。

‌数字地与模拟地分开‌：在布局时，尽量将数字和模拟电路的地线分开，低频电路采用单点并联接地，高频电路采用多点串联接地‌12。

‌加粗接地线‌：接地线应尽量加粗，确保能通过三倍于印制电路板的允许电流，宽度建议大于3mm‌12。

‌闭环地线‌：对于纯数字电路的印制板，构成闭环路的地线有助于提高抗噪声能力‌12。

‌退耦电容配置‌：

‌电源输入端跨接电容‌：在电源输入端跨接10至100μF的电解电容器，并在每个集成芯片的Vcc和GND之间跨接0.01至0.1μF的陶瓷电容‌13。

‌高频旁路电容‌：对抗噪能力弱的器件，如ROM、RAM等，应在Vcc和GND间接去耦电容‌3。

‌布局和布线‌：

‌元器件布局‌：高频元器件应尽量靠近，输入和输出元件应远离。重量超过15g的元器件应固定在支架上‌4。

‌导线布设‌：导线的种类、线径、走线方式、线间距离等都会影响电感、电阻和噪声耦合，合理布线可以减少干扰‌5。

‌屏蔽‌：对于高频信号和数字信号，屏蔽电缆的两端都接地，以防止电磁干扰‌5。

‌其他措施‌：

‌滤波‌：在电源输入端接入滤波器，降低来自电网的电磁干扰‌5。

‌隔离‌：采取电位隔离或空间隔离措施，预防外界干扰‌5。

PCB布线有单面布线、 双面布线及多层布线。布线的方式也有两种：自动布线及交互式布线，在自动布线之前，可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行， 以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。

自动布线的布通率，依赖于良好的布局，布线规则可以预先设定， 包括走线的弯曲次数、导通孔的数目、步进的数目等。一般先进行探索式布经线，快速地把短线连通，然后进行迷宫式布线，先把要布的连线进行全局的布线路径优化，它可以根据需要断开已布的线。并试着重新再布线，以改进总体效果。

对目前高密度的PCB设计已感觉到贯通孔不太适应了， 它浪费了许多宝贵的布线通道，为解决这一矛盾，出现了盲孔和埋孔技术，它不仅完成了导通孔的作用，还省出许多布线通道使布线过程完成得更加方便，更加流畅，更为完善，PCB 板的设计过程是一个复杂而又简单的过程，要想很好地掌握它，还需广大电子工程设计人员去自已体会，才能得到其中的真谛。

1 、电源、地线的处理

既使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源、 地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。所以对电源、地线的布线要认真对待，把电源、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量。

对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因，现只对降低式抑制噪音作以表述：

众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。

尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线>电源线>信号线，通常信号线宽为：0.2～0.3mm,最经细宽度可达0.05～0.07mm,电源线为1.2～2.5 mm

对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用)

用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板，电源，地线各占用一层。

2、数字电路与模拟电路的共地处理

现在有许多PCB不再是单一功能电路(数字或模拟电路)，而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题，特别是地线上的噪音干扰。

数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强，对信号线来说，高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件，对地线来说，整人PCB 对外界只有一个结点，所以必须在PCB内部进行处理数、模共地的问题，而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连，只是在PCB与外界连接的接口处(如插头等)。数字地与模拟地有一点短接，请注意，只有一个连接点。也有在PCB上不共地的，这由系统设计来决定。

3、信号线布在电(地)层上

在多层印制板布线时，由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多，再多加层数就会造成浪费也会给生产增加一定的工作量，成本也相应增加了，为解决这个矛盾，可以考虑在电(地)层上进行布线。首先应考虑用电源层，其次才是地层。因为最好是保留地层的完整性。

4、大面积导体中连接腿的处理

在大面积的接地(电)中，常用元器件的腿与其连接，对连接腿的处理需要进行综合的考虑，就电气性能而言，元件腿的焊盘与铜面满接为好，但对元件的焊接装配就存在一些不良隐患如：①焊接需要大功率加热器。②容易造成虚焊点。所以兼顾电气性能与工艺需要，做成十字花焊盘，称之为热隔离(heat shield)俗称热焊盘(Thermal)，这样，可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。多层板的接电(地)层腿的处理相同。

5、布线中网络系统的作用

在许多CAD系统中，布线是依据网络系统决定的。网格过密，通路虽然有所增加，但步进太小，图场的数据量过大，这必然对设备的存贮空间有更高的要求，同时也对象计算机类电子产品的运算速度有极大的影响。而有些通路是无效的，如被元件腿的焊盘占用的或被安装孔、定们孔所占用的等。网格过疏，通路太少对布通率的影响极大。所以要有一个疏密合理的网格系统来支持布线的进行。

标准元器件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm),所以网格系统的基础一般就定为0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍数，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

6、设计规则检查(DRC)

布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求，一般检查有如下几个方面：

线与线，线与元件焊盘，线与贯通孔，元件焊盘与贯通孔，贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理，是否满足生产要求。

电源线和地线的宽度是否合适，电源与地线之间是否紧耦合(低的波阻抗)?在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。

对于关键的信号线是否采取了最佳措施，如长度最短，加保护线，输入线及输出线被明显地分开。

模拟电路和数字电路部分，是否有各自独立的地线。

后加在PCB中的图形(如图标、注标)是否会造成信号短路。

对一些不理想的线形进行修改。

在PCB上是否加有工艺线?阻焊是否符合生产工艺的要求，阻焊尺寸是否合适，字符标志是否压在器件焊盘上，以免影响电装质量。

多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小，如电源地层的铜箔露出板外容易造成短路。

在电子产品设计中，接地是控制干扰的关键方法。若能将接地与屏蔽合理结合，可解决大部分干扰问题。电子产品中的地线结构主要有系统地、机壳地(屏蔽地)、数字地(逻辑地)和模拟地等。地线设计需注意以下几点：

1. 准确选择单点接地与多点接地：

a. 在低频电路中，当信号工作频率小于 1MHz 时，布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，所以应采用一点接地方式。

b. 当信号工作频率大于 10MHz 时，地线阻抗会变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，采用就近多点接地。

c. 当工作频率在 1 至 10MHz 时，如果采用一点接地，其地线长度不应超过波长的 1/20，否则应采用多点接地法。

2. 数字地与模拟地分开：

a. 电路板上既有高速逻辑电路又有线性电路时，应尽量将它们分开，且两者的地线不要混合，分别与电源端地线相连。

b. 低频电路的地应尽量采用单点并联接地，若实际布线有困难，可部分串联后再并联接地。

c. 高频电路适宜采用多点串联接地，地线应短而粗，高频元件周围尽量使用栅格状大面积地箔，并尽量加大线性电路的接地面积。

3. 接地线应尽量加粗：

a. 若接地线过细，接地电位会随电流变化而变化，导致电子产品的定时信号电平不稳定，抗噪声性能降低。因此，应将接地线尽量加粗，使其能通过三倍于印制电路板的允许电流。如有可能，接地线宽度应大于 3mm。

4. 接地线构成闭环路：

a. 在设计仅由数字电路组成的印制电路板地线系统时，将接地线做成闭路可以显著提高抗噪声能力。原因在于印制电路板上有很多集成电路元件，尤其是有耗电多的元件时，受接地线粗细限制会在地线上产生较大电位差，引起抗噪能力下降。而将接地线构成环路，则会缩小电位差值，提升电子设备的抗噪声能力。