您需要知道的5大PCB设计规则

#2 - 微调元件布置

PCB布局设计过程中的元件布置阶段既是一门艺术也是一门科学，需要从战略角度考虑PCB上可用的主要空间。元件布置的目标是创建一个可轻松布线的电路板。理想情况下，层过渡越少越好。此外，必须符合设计规则并满足必备的元件布置。这些点可能很难平衡，但一个简单的过程可以帮助电路板设计人员满足这些要求：

1. 首先放置必备元件。通常有些元件必须放置在特定位置，有时是由于机械外壳的约束或者由于其尺寸。最好先放置这些元件并锁定其位置，然后再继续布局的其余部分。
2. 放置大型处理器和IC。高引脚数IC或处理器等元件通常需要连接到设计中的多个元件。将这些元件集中安置，可以使PCB布局中的迹线布线更加容易。
3. 尽量避免横跨网络。元件放置在PCB布局中时，未布线的网络通常可见。请尽量减少横跨网络的数量。每个网络交叉点都需要通过过孔进行层过渡。如果可以借助创造性的元件布置来避免网络交叉点，那么将更容易为PCB布局实施最佳布线指南。
4. SMD PCB板设计规则。建议将所有表面安装器件（SMD）元件放置在电路板的同一侧。造成这种情况的主要原因是：在装配过程中，电路板的每一面都要求自身沿着SMD焊接焊线，因此将所有SMD放在一侧将帮助您避免一些额外的装配成本。
5. 尝试调整方向。您可以旋转元件以尝试避免网络交叉点。尝试调整连接的焊盘的方向，使其面对彼此，这有助于简化布线。

如果遵循第1点和第2点，则更容易布置电路板的其余部分，而不会在布线之间产生太多交叉。此外，您的电路板将具有现代的布局观感，其中中央处理器向电路板周边的所有其他元件提供数据。

#3 - 放置电源、接地和信号迹线

放置元件后，即可布线电源、接地和信号迹线，以确保信号具有干净且无故障的传输路径。在布局过程的此阶段，请牢记以下指南：

电源和地面层的布置位置

通常情况下，电源和接地应放置在两个内部层上。对于2层电路板，这可能并不容易，因此您可能希望在一层上放置一个大的接地平面，然后在另一层上布线信号和电源迹线。对于4层电路板叠层和更高的层数，应该使用接地平面而不是尝试布线接地迹线。对于需要直连电源的元件，如果不使用电源平面，则建议为每个电源使用共轨，确保迹线足够宽（如果是5到10A，则100密耳即可）并且不要将电源线在零件之间相连。

一些建议指出平面层布置必须对称，但这并不是制造的严格要求。在大型电路板中，可能需要这样做以减少变形的可能，但在较小的电路板中，这并不是问题。首先关注电源和接地的接入，并确保所有迹线与最近的地平面有很强的返回路径耦合，然后再考虑PCB设计叠层中的完美对称性。

面向PCB布局的布线指南

接下来，连接信号迹线以匹配原理图中的网络。PCB布局最佳实践建议，应始终尽可能在元件之间放置短而直接的迹线，尽管这在较大的电路板上可能并不总是实用。如果元件布置强行在电路板的一侧进行水平迹线布线，则应始终在另一侧垂直布线迹线。这是许多重要的2层PCB板设计规则之一。

随着叠层中层数的增加，印刷电路板设计规则和PCB布局指南变得更加复杂。您的布线策略将需要交替层中的水平和垂直迹线，除非使用参考平面分隔每个信号层。在适用于特殊应用的非常复杂的电路板中，许多常被吹捧的PCB最佳实践可能不再适用，您需要遵循特定于应用的PCB板设计指南。

• 详细阅读基本的PCB布线最佳实践。

定义迹线宽度

PCB布局设计使用迹线连接元件，但这些迹线应该有多宽？不同网络所需的迹线宽度取决于三个可能的因素：

1. 可制造性。迹线不能太细，否则无法实现可靠制造。在大多数情况下，您使用的迹线宽度将远大于制造商可以产生的最小值。
2. 电流。迹线中携带的电流将决定防止迹线过热所需的最小宽度。电流更高时，迹线也需要更宽。
3. 阻抗。高速数字信号或RF信号需要具有特定的迹线宽度才能达到所需的阻抗值。这并不适用于所有信号或网络，因此您无需在电路板设计规则中对每个网络实施阻抗控制。

对于不需要特定阻抗或高电流的迹线，10密耳的迹线宽度适用于绝大多数低电流模拟和数字信号。如果载流超过0.3 A，则可能需要更宽的印刷电路板迹线。要检查这一点，您可以使用IPC-2152列线图来确定PCB设计迹线宽度以达到所需的电流容量和温升限制。

通孔元件与平面的热风焊盘连接

接地平面可以充当大型散热器，然后在整个电路板上均匀地传输热量。因此，如果一个特定的过孔连接到接地平面，省略该过孔上的热风焊盘将允许热量传导到接地平面。这比在地表附近保留热量更可取。但是，如果使用波峰焊接技术将通孔元件装配在电路板上，则可能会产生问题，因为您需要将热量保持在表面附近。

热风焊盘是一种PCB布局设计功能，可能需要用于确保电路板在波峰焊接过程中保持可制造状态，或者换句话说，用于直接连接到平面的通孔元件。通孔直接焊接到平面上的焊点时，很难保持工艺温度，因此建议使用热风焊盘以确保焊接温度保持不变。热风焊盘的原理很简单：减缓焊接过程中热量散发到平面中的速度，这将有助于防止冷接。

 

即使热风焊盘只是一个小多边形，一些设计师也会告诉您对连接到内部接地层或电源层的任何过孔或孔使用热风焊盘模式。这种建议往往过于笼统。任何通孔元件是否需要热过孔，将取决于在内部层上进行连接的铜平面或多边形的大小，而这是您在将电路板投入生产之前应该要求制造商审核的问题。

#4 - 分开管理

PCB设计规则有一些布线指南，涉及如何对元件和迹线进行分组和分离，以确保轻松布线，同时防止电气干扰。这些分组指南还有助于热管理，因为您可能需要分离高功率元件。

分组元件

在PCB布局设计中，最好将某些元件分组到一个区域中。因为它们可能是电路的一部分，并且它们可能只相互连接，所以无需将元件放置在电路板的不同侧面或区域。然后，PCB布局成为设计和布置各个电路组的一项练习，以便其很容易地与迹线连接在一起。

在许多布局中，您将有一些模拟元件和一些数字元件，并且您应该防止数字元件干扰模拟元件。几十年前，解决方法是将接地平面和电源平面分成不同的区域，但这在现代电路板设计中并不是一个有效的设计选择。不幸的是，许多电路板布局指南中仍然存在这种情况，这会导致许多不良的布线实践，从而产生EMI。

• 详细阅读如何在PCB布局设计中定义接地。

相反，在您的元件下方使用一个完整的接地平面，并且不要将接地平面从物理层面上分成几个部分。保持模拟元件与其他模拟元件在同一频率工作。此外，将数字元件与其他数字元件保持在一起。您可以将其想象为在PCB布局设计中，每种类型的元件占据接地平面上方的不同区域，但在大多数电路板设计中，接地平面应保持一致。

分离高功率元件

将电路板上会散发大量热量的元件分开放置在不同的区域也很妥当。将这些高功率元件分开，是为了平衡PCB布局周围的温度，而不是在布局中创造大的热点，将高温元件集中在一起。要实现此目的，可以先在元件数据表中找到“热阻”额定值并根据估计的热耗散计算温升。然后，添加散热器和散热风扇以降低元件温度。在设计布线策略时，您可能必须仔细平衡布置元件与保持较短的迹线长度，这可能具有挑战性。

#5 - 完善您的PCB板设计和布局

在设计项目接近尾声时，您需要将剩余的部分装配在一起进行制造，很容易不知所措。在此阶段仔细检查您的工作是否存在任何错误，这可能决定着制造成功或者失败。

为帮助完成此质量控制流程，我们始终建议您从电气规则检查（ERC）和设计规则检查（DRC）开始，以验证您是否满足所有既定约束条件。借助这两个系统，您可以轻松定义间隙宽度、迹线宽度、常见制造要求、高速电气要求以及特定应用的其他物理层面要求。这可以自动执行PCB设计布局审核指南，以验证您的布局。

请注意，许多设计过程声明，您应该在电路板设计阶段结束时运行设计规则检查，同时准备制造。如果使用正确的设计软件，您可以在整个设计过程中运行检查，以便及早发现设计中的潜在问题并快速纠正。当最终ERC和DRC产生无错误的结果时，建议您检查每个信号的布线，并通过逐一排查电线来检查原理图，以确认没有遗漏任何内容。

现在即可收到适用于大多数电路板设计的顶级PCB布局指南！尽管建议列表很短，但该指南可以帮助您快速顺利设计出功能强大、可制造的电路板。这些PCB板设计指南只是粗浅的介绍，但它们构成了构建和巩固所有设计实践持续改进实践的基础。

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“过去我没有接触过太多的3D PCB设计能力。作为一个相对较新的ALTIUM用户，我不得不说使用Altium在3D中设计柔性和刚性PCB比我想象的要容易得多。与我的机械团队交换3D PCB布局设计文件进行审核从未如此简单！”

Kelly Dack，CID+ CIT
PCB设计师/IPC讲师

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