印制电路板的设计原则方法和要求

印制电路板的设计

摘要：本文介绍了印制电路板设计的基本原则、方法和要求，对电磁兼容设计有一定的作用。

关键字：印制电路板,电磁兼容, 布局,布线

A bs t ra ct：The pa pe r int ro du ces t he p r in c ip les, me tho ds an d req u ir e men ts fo r p r ing ed bo a rd d es ign,w h ich may b e o f h e lp fo r e lct ro ma gn et is m Co mp a t ib ility d es ign. K e y wo rd：P r int ed boa r d, Elc t ro ma gn et is m c o mp at ib ility,La you t, W ir ing

1引言

随着电子技术的快速发展，印制电路板广泛应用于各个领域，目前几乎所有的电子设备中都包含相应的印制电路板。为保证电子设备正常工作，减少相互间的电磁干扰，降低电磁污染对人类及生态环境的不利影响，电磁兼容设计不容忽视。本文介绍了印制电路板的设计方法和技巧。

在印制电路板的设计中，元器件布局和电路连接的布线是关键的两个环节。来源:大比特半导体器件网

2布局

布局，是把电路器件放在印制电路板布线区内。布局是否合理不仅影响后面的布线工作，而且对整个电路板的性能也有重要影响。在保证电路功能和性能指标后，要满足工艺性、检测和维修方面的要求，元件应均匀、整齐、紧凑布放在P CB上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接，以得到均匀的组装密度。

2.1电气性能

⑴信号通畅

按电路流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，输入和输出信号、高电平和低电平部分尽可能不交叉，信号传输路线最短。

⑵功能区分

元器件的位置应按电源电压、数字及模拟电路、速度快慢、电流大小等进行分组，以免相互干扰。来源:大比特半导体器件网

电路板上同时安装数字电路和模拟电路时，两种电路的地线和供电系统完全分开，有条件时将数字电路和模拟电路安排在不同层内。电路板上需要布置快速、中速和低速逻辑电路时，应安放在紧靠连接器范围内;而低速逻辑和存储器，应安放在远离连接器范围内。这样，有利于减小共阻抗耦合、辐射和交扰的减小。时钟电路和高频电路是主要的骚扰辐射源，一定要单独安排，远离敏感电路。

⑶热磁兼顾

发热元件与热敏元件尽可能远离，要考虑电磁兼容的影响。

2.2工艺性

⑴层面

贴装元件尽可能在一面，简化组装工艺。

⑵距离

元器件之间距离的最小限制根据元件外形和其他相关性能确定，目前元器件之间的距离一般不小于0.2 m m～0.3m m，元器件距印制板边缘的距离应大于2m m。来源:大比特半导体器件网

⑶方向

元件排列的方向和疏密程度应有利于空气的对流。考虑组装工艺，元件方向尽可能一致。

3布线

3.1导线

⑴宽度

印制导线的最小宽度，主要由导线和绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。印制导线可尽量宽一些，尤其是电源线和地线，在板面允许的条件下尽量宽一些，即使面积紧张的条件下一般不小于1mm。特别是地线，即使局部不允许加宽，也应在允许的地方加宽，以降低整个地线系统的电阻。对长度超过80mm的导线，即使工作电流不大，也应加宽以减小导线压降对电路的影响。来源:大比特半导体器件网

⑵长度

要极小化布线的长度，布线越短，干扰和串扰越少，并且它的寄生电抗也越低，辐射更少。特别是场效应管栅极，三极管的基极和高频回路更应注意布线要短。

⑶间距

相邻导线之间的距离应满足电气安全的要求，串扰和电压击穿是影响布线间距的主要电气特性。为了便于操作和生产，间距应尽量宽些，选择最小间距至少应该适合所施加的电压。这个电压包括工作电压、附加的波动电压、过电压和因其它原因产生的峰值电压。当电路中存在有市电电压时，出于安全的需要间距应该更宽些。

⑷路径

信号路径的宽度，从驱动到负载应该是常数。改变路径宽度对路径阻抗(电阻、电感、和电容)产生改变，会产生反射和造成线路阻抗不平衡。所以，最好保持路径的宽度不变。在布线中，最好避免使用直角和锐角，一般拐角应该大于90°。直角的路径内部的边缘能产生集中的电场，该电场产生耦合到相邻路径的噪声，45°路径优于直角和锐角路径。当两条导线以锐角相遇连接时，应将锐角改成圆形。来源:大比特半导体器件网

3.2孔径和焊盘尺寸

元件安装孔的直径应该与元件的引线直径较好的匹配，使安装孔的直径略大于元件引线直径的(0.15～0.3)m m。通常D I L封装的管脚和绝大多数的小型元件使用0.8mm的孔径，焊盘直径大约为2mm。对于大孔径焊盘为了获得较

好的附着能力，焊盘的直径与孔径之比，对于环氧玻璃板基大约为2，而对于苯酚纸板基应为(2.5～3)。

过孔，一般被使用在多层P CB中，它的最小可用直径是与板基的厚度相关，通常板基的厚度与过孔直径比是6：1。高速信号时，过孔产生(1～4)n H 的电感和(0.3～0.8)p F的电容的路径。因此，当铺设高速信号通道时，过孔应该被保持到绝对的最小。对于高速的并行线(例如地址和数据线)，如果层的改变是不可避免，应该确保每根信号线的过孔数一样。并且应尽量减少过孔数量，必要时需设置印制导线保护环或保护线，以防止振荡和改善电路性能。

3.3地线设计

不合理的地线设计会使印制电路板产生干扰，达不到设计指标，甚至无法工作。地线是电路中电位的参考点，又是电流公共通道。地电位理论上是零电位，但实际上由于导线阻抗的存在，地线各处电位不都是零。因为地线只要有一定长度就不是一个处处为零的等电位点，地线不仅是必不可少的电路公共通道，又是产生干扰的一个渠道。来源:大比特半导体器件网

一点接地是消除地线干扰的基本原则。所有电路、设备的地线都必须接到统一的接地点上，以该点作为电路、设备的零电位参考点(面)。一点接地分公用地线串联一点接地和独立地线并联一点接地。

公用地线串联一点接地方式比较简单，各个电路接地引线比较短，其电阻相对小，这种接地方式常用于设备机柜中的接地。独立地线并联一点接地，只有一个物理点被定义为接地参考点，其他各个需要接地的点都直接接到这一点上，各电路的地电位只与本电路的地电流基地阻抗有关，不受其他电路的影响。来源:大比特半导体器件网

具体布线时应注意以下几点:

⑴走线长度尽量短，以便使引线电感极小化。在低频电路中，因为所有电路的地电流流经公共的接地阻抗或接地平面，所以避免采用多点接地。

⑵公共地线应尽量布置在印制电路板边缘部分。电路板上应尽可能多保留铜箔做地线，可以增强屏蔽能力。

⑶双层板可以使用地线面，地线面的目的是提供一个低阻抗的地线。

⑷多层印制电路板中，可设置接地层，接地层设计成网状。地线网格的间距不能太大，因为地线的一个主要作用是提供信号回流路径，若网格的间距过大，会形成较大的信号环路面积。大环路面积会引起辐射和敏感度问题。另外，信号回流实际走环路面积小的路径，其他地线并不起作用。

⑸地线面能够使辐射的环路最小。来源:大比特半导体器件网

4结语

印制电路板的设计是每个从事电子技术工作者都需要的基本技能，本文主要介绍了印制电路板在布局和布线方面的一些基本规则，对电磁兼容设计有一定的作用。

参考文献

[1]杨克俊.电磁兼容原理与设计技术.人民邮电出版社，2005年1月