PCB设计基础教程：从术语到布局的全面指南

PCB设计基础教程：从术语到布局的全面指南

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CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/m0_63847623/article/details/143725889

PCB（Printed Circuit Board）设计是电子工程领域的重要基础技能。本文将从PCB设计术语、焊盘堆和过孔的构成、主流设计工具、设计流程以及布局设计要点等方面，系统地介绍PCB设计的基础知识。

一、PCB设计术语与定义

PCB全称为Printed Circuit Board，印刷电路板。它是电子元器件的支撑体，是重要的电子部件以及电气连接的载体。

PCB的组成元素：

• 焊盘：用于焊接元器件引脚的金属孔。
• 过孔：用于连接各层之间元器件引脚的金属孔。
• 安装孔：用于固定印刷电路板。
• 导线：用于连接元器件引脚的电气网络铜膜。
• 接插件：用于电路板之间连接的元器件。
• 填充：用于地线网络的敷铜，可以有效的减小阻抗。
• 电气边界：用于确定电路板的尺寸，所有电路板上的元器件都不能超过该界。

按照层数分类：

• 单层板：一面敷铜啊，一边不敷铜的电路板，通常元器件放在没有敷铜的一面，敷铜的一面主要用于布线和焊接。
• 双层板：两个面都敷铜的电路板。
• 多层板：包含多个层面的电路板，除了顶层和底层外，还包含多个中间层，通常中间层当作导线层、信号层、电源层以及接地层等。

按照材质分类：

PCB中常用的单位：

• PCB中偏离主线的那一部分成为Stub。

PCB设计通用原则：

• 3W原则：保持三倍线宽，即两线的中心距是三倍线宽。
• 20H原则：电源层相对于地层之间内缩20H的距离。这里的H指的是电源层到地层的距离。
• 3H原则：布线相对于参考平面内缩3H的距离。H指的是信号层到参考平面之间的距离。

3W可以有效减小线间串扰
20H抑制边缘辐射效应
3H抑制边缘辐射效应

二、焊盘堆和过孔的构成及分类

焊盘堆的定义：用于电气连接、器件固定或电器连接和器件固定兼备的部分导电图形。

焊盘堆的分类：

• 表贴焊盘堆：由铜、阻焊、助焊组成。
• 通孔焊盘堆：由过孔、铜、阻焊组成。
• 过孔焊盘堆：由孔、铜、阻焊组成。
• 安装孔焊盘堆：由孔、铜、阻焊组成。其作用是将印刷电路板安装到外壳或表面上。

非金属化孔是没有沉铜或者没有任何属性的孔，只用于结构连接，无电气连接，此时它的组成里面是没有铜的。

金属化孔是具有电气属性的，一般是GND或GNDP的属性，最终需要接地。

过孔：用以连通各层之间的印制导线，是多层PCB重要组成部分。费用占比高，一般占PCB制板费用的30%到40%。

过孔的分类：

• 盲孔位于顶层和底层表面，用于表层线路和内层线路的连接。
• 埋孔位于内层的连接孔，不会延伸到表面。
• 通孔穿过整个线路板，用于内部互连或安装定位。

过孔设计选取要点

1. 一般密度PCB，0.25mm钻孔0.5mm焊盘
2. 高密度PCB，0.20mm钻孔0.4mm焊盘，或考虑盲埋孔:
3. 电源或地线的过孔，考虑较大尺寸的过孔。

使用较薄的PCB板有利于减小过孔的两种寄生参数，如下公式可知。

三、PCB主流设计工具

主流设计工具有四种：Mentor Xpedition、Altium Designer、PADS、Candance Allegro

四、PCB设计流程

1. 创建设计
2. 布局设计
3. 叠层设计
4. 布线设计
5. 检查验证
6. 文件输出

五、PCB布局设计

1.通用器件布局

1. 信号流向:功能流向,
2. 电源:电源流向、去耦、散热;
3. 信号分类:数模、高低频、高低速
4. 结构定位:接口、限高;
5. 模块电路:布局相同,
6. 散热:散热风向;
7. 工艺:间距要求;
8. 关键器件:敏感元器件。

2.器件布局注意问题

1. 读懂信号流向图;
2. 均匀分布，重心平衡;
3. 注意发热元件布局。

• 在布局的时候对电路按照模块、功能、信号类型进行区分；
• 对同一功能的元器件应该尽量靠近布置；
• 使用同一类型的电源和地网络的元器件应该尽量靠近布置。
• 相同电路应该对称标准布局；

3.时钟电路布局注意问题

1. 晶振晶体及相关电路远离I/0接口或板边;
2. 时钟电路远离敏感器件布局，如射频、模拟电路
3. 时钟源的滤波电路尽量靠近振荡器的电源输入引脚；
4. 晶振去耦电容靠近芯片的电源管脚;
5. 时钟电路的布局远离大功率的元器件、散热器等发热器件；
6. 晶体和晶振尽量靠近与其相关联的IC器件

4.滤波电路布局注意问题

滤波器件布局考虑就近原则

1. 去耦电容要尽量靠近IC的电源管脚；
2. 电源滤波要尽量靠近电源输入或电源输出；
3. 局部功能模块的滤波要靠近模块的入口；
4. 对外接口的滤波(如磁珠等)要尽量靠近插件;