PCB 設計規范

一、引言

1. 目的

本規范規定了我公司 PCB 設計流程和設計原則，為 PCB 設計人員提供必須遵循的規則和約定。

提高 PCB 的設計質量和設計效率。

提高 PCB 的可生產性，可測試性，可維護性。

使得 PCB 的設計滿足安規、EMC、EMI 等技術規范要求。

2. 術語定義

● PCB：印制電路板

● 原理圖：用原理圖設計工具繪制成的表達硬件電路中各種之間的連接關系圖。

● 網表：由原理圖設計工具生成的表達元器件間電氣連接關系的文本文件。

● 布局：PCB 設計過程中按照設計要求把元器件擺放在板上的過程。

● 仿真：利用 EDA 設計工具對 PCB 布局布線效果進行仿真分析從而在物理實現

之前發現設計中存在的 EMC 問題、時序問題和信號完整性問題。

3. 適用范圍

本規范適用于所有產品的 PCB 工藝設計，運用于但不限于 PCB 的設計、PCB 投板工藝審查等活動。

4. 概述

電路原理圖設計完畢，就要進行 PCB 設計。PCB 設計是一項專業性很強的工作，而且對產品開發周期起著舉足輕重的作用。PCB 設計質量除了直接同設計人員素質有關以外，還同原理圖設計的正確性、提交原理圖者的準備情況有關。

PCB 設計必須考慮生產工藝流程及維護測試需要，例如選用表貼器件還是插件、單面還是雙面放置器件、機械安裝孔及表貼加工定位孔、測試點、元器件擺放方向、散熱器及固定件的位置，特殊接插件的位置等等，這些常常為經驗不足的硬件開發人員所忽略，導致設計出的板只能是廢板。硬件工程師對此要引起足夠的重視。

本規范不討論其中的原理，只是給出相應要求，以便于 PCB 評審時有依據。

二、 設計過程

設計任務受理

2.1 PCB 設計申請流程

當硬件設計人員需要進行 PCB 設計時提出申請，由項目經理下達任務。進行設之前必須做好如下材料的準備。

● 經過評審的完全正確的原理圖，包括紙面文件和電子文件。

● 帶有元器件編碼的 BOM 清單

● PCB 結構圖，注明外型尺寸、安裝孔位置及大小、接插件定位尺寸、禁止布線區（可選）

● 對于新器件要提供器件封裝資料

● PCB 布線規則約束文檔

● 相關源文件已經上傳到 SVN

2.2 理解設計要求并制定設計規劃

●仔細閱讀原理圖，理解電路工作條件(比如，模擬電路的工作頻率，數字電路的速度)，理解相關的布線要求

●在于原理圖設計者充分交流的基礎上，并閱讀相應的布線規則文檔，理解和確認板上的關鍵網絡，比如電源、時鐘、高速信號等

●如果發現原理圖中有不符合硬件設計規范的地方，理解提出，并協助修改。●制定 PCB 設計計劃及進度，包括

▲ 原理圖網表導入成功

▲ 布局完成

▲ 布線完成

▲ 信號完整性和 EMC 分析

▲ GERBER 文檔的生成

● 制定出每一步完成的具體時間，每一步完成后均要由原理圖設計者及相關設計人員進行評審，評審通過后方可進行下一步。

2.3 創建 PCB 板

1) 根據單板結構圖或對應的標準板框，創建 PCB 設計文件，包括安裝孔、禁布區，

SMT 光學定位孔等，

2) 正確選定單板坐標原點的位置，原點的設置原則如下：

●單板左邊和下邊的交叉點或延長線的交叉點。● 單板左角的第一個焊盤

（優先）

3) 一旦原點確定，元件布局布線均以此為準，布局推薦設置格點為 25MIL。

4) 板框的線寬應該為 8MIL。安裝孔在沒有特殊要求的情況下，孔內徑為 130，外徑

為 260。

5) 板框四周倒圓角，倒角半徑為 100MIL。特殊情況參考機械設計要求。

6) 板子大于 400X200MM 的 BGA 板子，需要 BGA 附近的對角上面放置機械固定孔。

2.4 布局

1) 元件布局區域需離板邊至少 3MM，推薦使用 5MM

2) 在安裝孔周圍，布局和布線均需距離 3MM

3) 需先放置與結構有關的元件，如對外的接口，電源接口，板與板之間的接口等。

4) 優先放置核心電路元件或體積較大的元件，再以該元件為中心，放置外圍電路。

5) 高功率的器件，應盡量放在利于散熱的位置，如通風口附件。

6) 質量比較大的元器件，應盡量不放在線路板的中間。

7) 元器件盡量布在正面，盡量在反面只有一種元器件（去藕電容），若無特殊情況，

反面盡量不布芯片。

8) 布局應盡量滿足以下要求:總的連線盡可能短，關鍵信號線最短;高電壓、大電流信號

與小電流，低電壓的弱信號完全分開;模擬信號與數字信號分開；高頻信號與低頻信號

分開；高頻元器件的間隔要充分。

9) 在布局時，應考慮同一電源的器件盡量放在一起，雙方便電源分割。

10) 考慮信號流向，合理布局，盡量使信號流向一致。

11) 輸入、輸出應盡量遠離。

12) 帶高壓的元器件應放在手不易觸及的地方。

13) 可調元件應放于方便調節的地方。

14) 布局應均勻、整齊、緊湊。

15) 表面貼元件焊盤排列方向應盡量一致，以方便焊接。

16) 表面貼元件和高的元器件應留有一個的焊接空間，建議大于 10MM，以方便焊接。

17) 去藕電容應盡量放置在電源輸入端。

18) 用于阻抗匹配的阻容器件，應根據其屬性合理布局。串聯匹配電阻的布局要靠近信

號的驅動端，距離一般不超過 500mil。匹配電阻、電容的布局一定要分清信號端，對

于多負載的終端匹配一定要在信號的最遠端匹配。在同一電路，在各個產品里，盡量保持布局一致。

2.5 疊層設計

2.5.1. 在 CPB 的 EMC 和 SI 設計

在 CPB 的 EMC 和 SI 設計考慮中，首先涉及的便是層的設置；PCB 板的層數由電源、地的層數和信號層數組成；電源層、地層、信號層的相對位置以及電源、地平面的分割對單板的 MEC 和 SI 的指標至關重要。

1) 合理的層數

根據電源、地的種類，信號密度，工作頻率，有特殊布線要求的信號數量，以及綜合單板的性能指標要求與成本承受能力來綜合評定，根據評定結果最終確定單板的層數；對于 MEC 和 SI 指標要求苛刻而相對成本能承受的情況下，適當增加地平面乃是 PCB 的 EMC 設計的殺手锏之一。

a) 電源、地的層數

電源的層數由其種類數量準定；單一電源供電，一個電源平面足夠了；多種電源，若相互不交錯，可以采用電源層割；若多種電源相互交錯，則需考慮 2 個或以上的電源平面。電源平面的設置滿足以下條件：

● 單一電源或多種互不交錯的電源；

● 相鄰層的關鍵信號不跨分割區；地的層數除滿足電源平面的要求外，還要考慮：

● 元件面下面（第 2 層或倒數第 2 層）有相對完整的地平面

● 高頻、高速、時鐘等關鍵信號有一相鄰地坪面

● 關鍵電源有一對應地平面相鄰。

b) 信號層數

基本布局完成后，根據布線密度對所需的層數進行大致判斷。然后結合板上的工作頻率、有特殊布線要求的信號數量以及性能要求與成本承受能力，最后確定信號層數。

2) 性能指標與成本要求

在設計過程中，需根據產品定位、 推出時間、 質量要求等相關方面，進行統一評估，以達到最佳的性價比。

為了盡快將穩定產品推向市場，在開發的初始階段，過于強調成本、加工工藝因素毫無疑問會對產品的開發進度、質量造成一定的影響。

3) 環境規則導入

在 SVN 的 SOURCE 下面，將逐步添加相關環境規則，具體分類如下：

4) 電源層、地層、信號層的相對位置

a) 電源、地平面的阻抗以及電源、地之間的 EMC 環境問題

● 電源、地平面存在自身的特性阻抗，電源平面的阻抗比地平面阻抗高；

● 為降低電源平面的阻抗，盡量將 PCB 的主電源平面與其對應的地平面相鄰排布并且盡量靠近，利用兩者的耦合電容，降低電源平面的阻抗；

● 電源、地平面構成的平面電容與 PCB 上的退耦電容一起構成頻響曲線比較復雜的電源、地電容，它的有效退耦頻帶比較寬。

b) 電源、地作為參考平面，兩者的區別

電源、地平面均能作參考平面，且有一定的屏蔽作用，但相對而言，電源平面具有較高的特性阻抗，與參考電平存在較大的電位差；從屏蔽的角度，地平面一般均作了接地處理，并作為基準電平參考點，其屏蔽效果遠遠優于電源平面

在選擇參考平面時，應優選地平面。

c) 電源層、地層、信號層的相對

板層的排布一般原則：

● 元件面下面（第二層或倒數第二層）為地平面，提供器件屏蔽層以及為頂

層布線提供參考平面；

● 所有信號層盡可能與地平面相鄰；

● 盡量避免兩信號層直接相鄰；

● 主電源層盡可能與其對應地相鄰；

● 兼顧層壓結構對稱。

2.5.2. 具體層數設置探討

S 代表信號層，G 代表地層，P 代表電源層

2.6 布線

2.6.1 線寬和線間距設置

線寬和線間距設置需考慮以下因素：

1) 單板密度。

單板密度越高，使用更細的線寬和更窄的線間距。

2) 信號的電流強度。

當信號平均電流較大時，需考慮布線寬度所能承受的電流多小。經寬與電流關系可參照以下表格：

注 A：用銅皮作導線通過大電流的時候，銅箔寬度的載流量應參照表中的數值降低 50%去選擇。

注 B：在 PCB 加工作，通常用 OZ（盎司）作為銅皮厚度單位，1 盎司銅厚的定義為1 平方

英尺面積內銅箔重量為一盎司。對應的物理厚度為 35UM，2OZ 的厚度為 70UM。

3) 可靠性要求。

在可靠性要求高時，使用較寬的布線和較大的線間距。

4) PCB 加工限制。

現在國內的 PCB 加工工藝為：推薦最小線寬/線間距為 6MIL/6MIL，極限線寬線間距為：4MIL6MIL。

2.6.2 孔的設置

1. 制成板的孔的大小取決于板的厚度，板厚孔徑比應介于 5-8 2. 過孔孔徑優選系列如下（單位 MIL）：

2.6.3 進行 PCB 設計應遵循的規則

環路最小規則，即信號線與其回路構成的環面積要盡可能小，環面積越小，對外的輻射越少，接收外界的干擾也越小。針對這一規則，在地平面分割時，要考慮地平面與重要信號走線的分布，防止由于地平面開槽等帶來的問題。在雙層板設計中，在為電源留下足夠空間的情況下，應該將留下的部分用參考地填充，且增加一些必要的過孔，將雙面地信號有效連接起來，對一些關鍵信號盡量采用地線隔離，對一些頻率較高的設計，需要特別考慮其也平面信號回路問題。

2) 串擾控制

串擾是指 PCB 上不同網絡這間因較長的平行布線引起的相互干擾，主要由于平行線間的分

布電容和分布電感的作用。解決串擾的主要措施是：

A、 加大平行布線的間距，遵循 3W 規則。

B、 在平行線間插入地線。

C、 減小布線層與地線間的距離。

對應地線回路規則，實際上也是為了盡量減小信號的回路面積，多見于一些比較重要的信號，如時鐘信號，同步信號。對一些特別重要，頻率特別高的信號，應該考慮采用銅軸電纜屏蔽結構設計，即將所布的線上下左右同地線隔離，而且還要考慮好如何有效讓屏蔽地與實際地平面有效結合。

相鄰層的走線方向成正交結構。避免將不同的信號線在相鄰層走成同一方向，以減少不必要的層間串擾。當由于板結構限制，難以避免出現該情況，特別是信號速率較高時，應考慮用地平面隔離各布線層，有地信號線隔離各信號線。

一般不允許出線一端浮空的走線。

主要以免產生不必要的天線效應，減小不必要的干攏輻射和接收，帶來不必要的不可預知的錯誤和問是。

同一網線的布線寬度應盡量保持一致，線寬的變化會變成線路的特征阻抗不均勻，不傳輸速率較高時，會產生發射。在設計中應盡量避免這種情況的發生。在有些條件下，如BGA 走線，可能無法避免這種情況的發生。在這種情況下，應盡量減小中間寬度不一致的走線的有效長度。

信號線在各個不同層走線，不能形成自環，特別在多層板設計中，容易產生這樣的問題。自環將引起幅射干擾。

盡量控制分枝的長度，一般要求是 Tdelay<=Trise/20

9) 走線長度控制

在設計時，應該盡量讓布線長度盡量短，以減少由于走線過長帶來的干擾問題，特別是一些重要信號線，如時鐘線，務必將其振蕩器放在離器件很近的地方。對驅動多個器件的情況，應根據具體情況決定采用何種網絡拓撲結構。

10) 走線的諧振規則：

主要針對高頻信號設計而言，即布線長度不得與其波長成整數倍關系，以免產生諧振現象。

11) 走線倒角

PCB 設計中應避免產生銳角和直角，直角和銳角會產生不必要的輻射，同時工藝性能也不好。

12) 器件去藕

A、 在線路板上，加上必要的去藕電容，濾去電源上的干擾信號，使電源穩定。在多層板中，對電源的去藕電容，要求不是很高，但是在雙層板子，去藕電容的布局和布線方式，將直接影響到整個系統的穩定性。

B、 在雙層板設計中，一般應該使電流先經過濾波電容濾波再供器件使用，同時還要充分考慮到由于器件產生的電源噪聲對下游的器件的影響，一般來說，采用總線結構 設計比較好，在設計時，還要考慮到由于傳輸距離過長而帶來的電壓跌落給器件造成的影響，必要時增加一些電源濾波環路，避免產生電位差，影響系統穩定性。

C、 在高速電路設計中，能否正確使用去藕電容，直接影響系統的穩定性。D、 去藕電容一般布在芯片電源輸入處，越靠近電源，效果越好。

A、 主要是為了防止不同工作頻率的模塊之間的相互干擾，同時，盡量縮短高頻部分的走線長度。通常將高頻部分布在接口部分減少走線長度，同時，也要考慮低頻信號可能受到的干擾。在處理高頻和低頻部分的地，一般采用兩者分割，再在接口處單單點接地。B、 對模擬數字混合信號的處理，同樣也是一般采用分別布在線路板的兩邊，走線也走在不同的兩個層上。

14) 孤立銅區控制

孤立銅區的出現，將會帶來一些不可控的問題，因此孤立銅和別的信號連接將有助改善信號質量。一般將孤立銅區和地平面相連。

在過也密集區域，應注意避免過孔在電源和地層平面探空區域相互連接，形成對平面的分割，從面破壞整個平面的完整性，導致信號回路面積增大。

16) 重疊電源和地層規則

不同電源，在空間上要避免重疊。主要是為了減小電源平面之間的干擾，特別是一些電壓相差比較大的電源層之間，必須想辦法避免重疊，如果實在沒辦法避免重疊，則需在兩個電源之間加上一個地層。

17) 3W 規則

為了減少線間串擾，應該保持線間有足夠寬的線間距離，當線中心距不少 3T 時，則可保持 70%的電場不相互干擾，稱為 3T 規則。如果要在到 98%的電場不相互干擾，則需要 10T。

由于電源層和地層之間的電場是變會在，在電路板邊緣會向外輻射電磁干擾，稱為邊緣效應。解決辦法是電源層內縮，使得電場只能在接地層內傳導，以 H（電源和地之間的介質厚度）為單位，若縮進去 20H，則 70%的電場在接地層內傳導，或 100H，則 98%的電場在接地層同傳導。

2.6.4 具體布線原則

2.6.4.1 電源和地平面

1) 盡量給出單獨的電源層和地層，即使要在表層接線，電源線和地線也要盡量的短而

且要足夠粗。

2) 對于多層板，一般都有電源層和地層，需要注意的只是模擬部分和數字部分的地和

電源即使電壓相同也要分割開來。

3) 對于雙層板電源線應盡量粗而短，電源線和地線的寬度要求可以根據 1MM 的線寬

最大對應 1A 的電流來計算，電源和地構成的環路盡量小。

4) 為了防止電源線較長時，電源線上的藕合雜訊直接進入負載器件，應在進入每個負

載器件之前進行去藕，且為了防止各器件之間的相互干擾，需對每個器件進行獨立

去藕。并且做到先濾波，再進行負載器件。

2.6.5 特殊信號布線

1) 時鐘布線

● 時鐘作為對 EMC 最大的影響之一，走時鐘線應盡量少打過孔，盡量避免和其它信號線平行，且應遠離信號線，避免對信號線干擾。

● 同時應該避開電源部分，以避免電源和時鐘互相干擾。

● 當一個線路板上有多個不同頻率的時鐘信號時，兩個不同頻率的時鐘不可并行走線。

● 時鐘線應盡量避免靠近輸出接口，以免高頻時鐘藕合到 CABLE 線上并延線發射出去。

● 如果板上有專門的時鐘芯片，時鐘芯片下不能走線，應該在其下方鋪銅，必要時可以對他進行單獨割地。

● 對于很多芯片都有參考晶振，這些晶振下方也不可以走線，要鋪銅隔離。晶振外殼需接地。

● 對于雙層板，沒有電源和地層，時鐘走線方式如下：

2) 差分信號布線

● 成對差分線，一般平行走線，盡量少打過也，必需打過孔時，必須兩對線同時打，

以做到阻抗匹配。

3) 相同屬性的信號線

相同屬性的一組總線，應盡量并排走線，并且盡量做到等長。

4) 一些基本的走線原則

● 考慮到散熱，連焊等因素，正確的走線方法如下：

● 兩焊盤間距很小時，焊盤間不可直接相連

● 從貼片焊盤引出的過孔盡量遠離焊盤

2.6.6 工藝設計要求

2.6.6.1. 所有器件都應有唯一的標號。

2.6.6.2. 器件的標號應盡量靠近所指的器件, 盡量避免標號遠離所指器件或與兩個器件的距離相近等使生產人員無法識別的情況。

● 如下圖中的標號 R1 就比較難以識別。

2.6.6.3. 器件的標號必須在 X 軸方向，只有一個方向，在 Y 軸上，也只有一個方向。2.6.6.4. 器件在線路板設計完成后，需要重新排，按照從左到右，從上到下依次增大。2.6.6.5. 當器件周圍確實沒有空間放置標號時，可采用如下二圖所示的變通方法。

2.6.6.6. 器件位號，板子名稱，版本，編碼的字體大小一律采用如下圖的 19 號字。

2.6.6.7. 在決定板子的整體的放置方向時，應考慮在使用過程中需要進行手工操作的器件本身的標識方向。

2.6.6.8. 在撥動開關邊上應有表格說明每一位撥動開關的作用，在所有接插件邊上除了器件標號外也應有必要的說明，如輸入輸出，正負極性等，所有指示燈邊上也應有簡單的內容說明。

2.6.6.9. 電阻（包括排阻）標號采用 R＋編號，電容采用 C＋編號，撥動開關采用 S＋編號，集成塊（包括晶振）采用 U＋編號，二極管采用 D＋編號，接插件（包括跳線開關）采用 J＋編號，變壓器采用 T＋編號，線圈電感采用 L＋編號,振蕩器采用 X+編號。

2.6.6.10. 板上有極性的器件（如電解電容、直流電源），必須注明正極（或能唯一確定其安裝方向標識）的位置。

2.6.6.11. 所有線路板，設計完成后，需加上線路板版本信息，格式如下：

● 第一行：線路板名稱

● 第二行：線路板版本號

● 第三行：線路板設計日期

2.6.6.12. 在 PCB 板上上，必須設計條形碼貼放位置和 PASS 標簽的位置。如下圖:

2.6.6.13. 在 PCB 板上空的位置，需添加防靜電標志，如果 PCB 非常密集，可以不加。防靜電標志在 PCB 庫的 Format symbols 下面的 ESD 標志。

2.6.6.14. 在用貼片元件的 PCB 板上，為了提高貼片元件的貼裝準確性，PCB 板上必須設有校正標志（MARKS），且每一塊板最少要兩個標記，分別設于 PCB 的一組對角上，如下圖：

審核編輯：湯梓紅