1.        概述

建立PCB板设计、制作规范,可以统一设计风格,提高工作效率,避免出现不必要的重复工时浪费。

PCB设计的总则如下：

l          外观大方：器件选择合适,布局布线合理,尺寸比例协调,文字说明清晰。

l          电路可靠：良好的连线方式,合适的封装与焊盘尺寸,较强的电磁兼容能力。

l          接口友好：符合通常的操作习惯,向操作者提供意义明确的提示。

l          工艺良好：能为批量化生产提供良好的加工条件。

2.        说明

2．1      使用软件

此文档所涉及的软件为Protel 99 se SP6版。该软件主要包含4个模块：SCH、PCB、PLD、SIM模块,文档中的操作以PCB模块为准。

2．2      尺寸标准

此文档所涉及的尺寸均采用英制,以mil为单位。英制与公制的转换公式如下：

100 mil ＝ 2.54 mm　　　　即　　　　4 mil ≈ 0.1mm

3.        电路元素

3．1      电路板（CircuitBoard）

电路板是安装电路元件的载体。按功能区分,可分为单面板、双面板、多层板等。按材质区分,可分为纸基板、环氧聚脂板。

除上述说明外,电路板的厚度也是制作时的主要选择参数,其厚度有0.5mm～2.0mm。一般情况下,邦定板、单面板选择较薄的尺寸,双面板、大面积板选择较厚的尺寸。

设计时,电路板需划分为不同的层。以双面板为例,可分为：

l    TopLayer（元件面层）：电路板正面,可布信号线。

l    BottomLayer（焊接面层）：电路板背面,可布信号线。

l    Top Overlayer（元件面丝印层）：电路板正面的丝网印刷,可布元件标识符、说明文字。

l    Bottom Overlay（焊接面丝印层）：电路板背面的丝网印刷,当仅单面放置元件时,此层可不用。

l    Mechanical1 Layer（机械尺寸层）：标注尺寸,或设定电路板外观,或设置板上的安装孔。

l    Keepout Layer（禁止布线层）：设置自动布线算法中不允许放置信号线的区域。

l    Multi Layer（钻孔层）：设置焊盘、过孔的钻孔尺寸。

对于电路板的外形,应根据应用场合、安装尺寸作具体的分析与考虑。

一般应用时,可将电路板设计成具有黄金分割比的长方形,四角应具有按一定比例的圆弧。

3．2      导线（Track）

导线位于为信号层,即为信号线、电源线;导线位于其它层,即为设置线,用于设置布线范围、电路板外观等。

导线宽通常 ≥ 8mil;极限值 ≥ 5mil。线间距 通常 ≥ 8mil;极限值 ≥ 5mil。若布线条件允许,电源线、地线可在一定范围内（≤ 80mil）增加宽度。

设置线的宽度为 8mil。

3．3      焊盘（Pad）

焊盘用于承载元件管脚,用焊锡将元件与电路板连接在一起。

按常规应用区分,焊盘分为通孔（Multilayer）焊盘、表面（SMD）焊盘两种。

对于通孔焊盘,需要设置焊盘形状、尺寸、孔径。形状主要有圆形（Round）、方形（Rectangle）、八角形（Octagonal）三种,应根据实际元件的引脚形状选择。尺寸应保证留有足够的焊接空间,一般比孔径大20-40mil。孔径需比元件管脚的实际尺寸大4-8mil。

部分元件管脚尺寸参考：瓷片电容为16 mil;双列DIP集成电路为28 mil;直插排针为32mil;电解电容为32-36 mil;二极管IN4001为36 mil。注意：部分焊盘的孔并不能设置为圆形（例如：电源插座的管脚一般为长方形）,需在图纸上加以标注,并在工艺文件中加以说明。

对于表面焊盘,需要设置焊盘形状、尺寸。形状应根据实际元件的管脚形状选择。尺寸应比实际焊盘尺寸大 4-12mil。此类焊盘的孔径为 0mil （即无孔）。注意：在表面焊盘的附近区域（< 12mil）内,不允许放置通孔焊盘或过孔,以防止在生产中进行回流焊时焊锡流失。

所有焊盘上不放置阻焊油墨。

3．4      过孔（Via）

过孔用于连接不同信号层之间的导线。过孔不能与焊盘混为一谈。

过孔需要设置过孔孔径、孔盘尺寸。通常的设置是：孔径≥ 12mil,孔盘尺寸≥孔径+16mil。

过孔的载流量越大,所需的孔径尺寸越大,如与电源线和地线相连接所用的过孔就要大一些。但过孔不宜设置过大,这将影响电路的外观。

过孔上允许放置阻焊油墨。

3．5      标注（Designator、Comment）

标注用于说明元件的型号、器件标号。

一般情况下,元件仅标注标号,而不标注型号。需特别标识的元件例外。

标注需要设置尺寸。通常的设置是：标注字符高度 40-60 mil,字符宽度6-10 mil。

标注的放置应排列整齐,便于查找。标注不得放置于焊盘上。标注也不能放置于无法视及的区域。

标注字符布置原则：不出歧义,见缝插针,美观大方。

3．6      文字（String）

文字标注于电路板上,提供给操作者一些辅助提示信息。

文字需要设置尺寸、字体。通常的设置是：标注字符高度 40-100 mil,字符宽度6-15 mil。

在同一电路板上,所有的文字均具有统一的风格。

文字的放置规则同标注。

3．7      覆铜（Polygon）

覆铜位于信号层,在电气特性上有较强的抑制高频干扰的作用,也可改善加工工艺。覆铜可分为网格式覆铜（GridSize> TrackWidth）或实心式覆铜（GridSize = TrackWidth）,应根据实际电路类型进行选择。通常选用实心式覆铜,高频电路选用网格式覆铜。

通常,设置覆铜的电气网格尺寸≥ 20mil,覆铜与导线、焊盘、过孔的电气间距≥ 20mil。覆铜与同一网络内的过孔按直连方式（DirectConnect）连接,与焊盘按十字花盘方式（ReliefConnect）连接。

覆铜可设置为特定的形状。

3．8      安装孔

安装孔设定电路板的安装位置、方式。安装孔由绘制于机械尺寸层的圆所决定。

安装孔的直径与机械尺寸应能匹配。一般可设置为128mil（安装螺丝3.0mm）、148mil（一般推荐）、168mil（安装螺丝4.0mm）。

安装孔距离电路板的边距保持一致。一般可设置：安装孔圆心距电路板边距为200mil、 240mil。

安装孔不需作搪锡处理（非金属化）。

3．9      其他（Others）

针对具体的电路设计,可采用内电层分割、补泪滴（Teardrops）等功能,提高电路的整体性能。

特殊应用的场合,可在阻焊层（TopSolderLayer、BottomSolderLayer）、阻焊层（TopPasteLayer、BottomPasteLayer）放置实心的图形区域（导线Track、填充Fill、圆弧Arc等）,建立助焊区与阻焊区。

根据要求,可在电路板上增加中文文字、公司徴记。

4.        设计规范

4．1      关于原理图

原理图应整齐、紧湊、美观,原理正确,连线清晰,层次分明。

原理图可绘制为单张图纸或层次式图纸。

4．2      电路板设计前的准备

确定所使用的各种元件封装。有必要的话,制作特殊元件的封装库。

确认电路的功能,对单元电路可在实验板上用模拟运行方式验证。

确定电路板的合理尺寸。

电路板设计直接影响着应用系统的抗干扰能力。在设计电路板前,应认真考虑控制噪声源、减小噪声传播与耦合、减小噪声吸收等方面的思路。

4．3      布局

将电路板合理分区,通常可按以下分区：电源区、模拟电路区、数字电路区、功率驱动区、用户接口区。各个区按各自的电气特性放置元件,不可交叉放置元件。

布局原则：元件排列美观,并使各元件之间的导线尽可能短。

对于特殊的元件,放置规则如下：

l          连接件应放置于电路板的四周。

l          时钟器件应尽量靠近使用该时钟器件的元件。

l          噪声元件与非噪声元件的间隔要远。

l          I／O驱动器件、功率放大器件尽量靠近电路板的四周,并靠近其所引出的接插件。

l          每个集成电路旁应放置一个104pF去耦电容,去耦电容尽可能靠近集成电路,引线应短而粗。

l          合理放置电源的去耦电容。当电路板尺寸较大时,可在适当位置增加电源的去耦电容。

4．4      布线

采用手工布线的方法,部分电路辅以自动布线。

信号线宽度合理,排列匀称,并尽可能减少过孔。信号线越短、越粗,信号传输就越好。

特别注意电源线、地线的放置。电源线、地线要尽量粗。若电路板上具有模拟电路区、数字电路区、功率驱动区,应使用单点接电源、单点接地原则。注意：模拟电路的地线不能布成环路。

l          时钟振荡电路、特殊高速逻辑电路部分用地线包围。

l          石英晶体振荡器外壳接地线,时钟线要尽量短。

l          石英晶体振荡器、噪声敏感器件下要布大面积覆铜,不应穿过其它信号线。

l          时钟线垂直于信号线比平行于信号线,所受干扰小;允许时,时钟线要远离信号线。

l          使用45°的折线布线,不要使用90°折线,这可以减小高频信号的发射。

4．5      元件封装

所有元件的封装,均需经过验证,才能放置于电路板上。选取元件时,优先考虑采用表面安装元件。

分立元件的封装形式应采用公司现有的标准封装库;表面安装元件的封装形式应采用生产厂家提供的封装库。

当新增元件时,应及时加入公司的元件封装库中,并在修改记录中说明。

4．6      连接件

选择合理的连接件,将有助于改善电路板的布局,使电路整体更美观。

采用国际标准的连接件,注意选择合适的外观尺寸、引脚间距（100mil、80mil、50mil）。

连接件附近标注清晰的文字,说明该连接件的功能。

连接件的放置应参考人们的使用习惯。连接件可统一安放于电路板的四周,方便操作。

4．7      用户接口

用户接口应放置于指定的区域,并符合通常的操作习惯。

用户接口的设置同连接件。

4．8      EMI

注意各类元件的分布,元件电源线、地线、信号线的排列方式,尽可能降低所设计电路的EMI,提高应用系统抗干扰的能力。

5.        应用技巧

5.1 焊盘与覆铜的连接

在大面积覆铜时,对应网络的元件管脚与该覆铜相连接,其管脚连接方式的处理需要综合考虑。从电气性能方面考虑,管脚与覆铜直接连接（DirectConnect）为好,但对元件的焊接就会存在一些不良隐患,如：焊接功率加大、容易造成虚焊等。因此,需兼顾电气性能与工艺需要,做成十字花焊盘（ReliefConnect）连接。这样,可提高工艺处理的可靠性。多层板中,管脚与覆铜、内电层的连接与此处理方法相同。

5．2 覆铜的设置

设置覆铜时,注意电气网格（GridSize）与线宽（TrackWidth）的尺寸设置。覆铜布线是依据该参数决定的。尺寸过小,通路虽然有所增加,但造成图形的数据量过大,文件的存贮空间也相应增加,对计算机造成的负担也重;尺寸过大,通路则会减少,对覆铜的外观会有影响。所以,需要设置一个合理的尺寸。标准元器件两腿之间的距离为 100mil,所以,该尺寸一般设置为10mil的整数倍,如：10mil、20mil、50mil等。另外,长度（Length）的设置也可参考以上参数。

5．3 多块电路板绘制于同一文件中

当多块不同的板绘制在一个文件中,并希望分割交货时,需要在机械尺寸层（Mechanical1 Layer）为每块电路板画一个边框,各电路板间留100mil的间距。

6.        设计检查

电路设计完成后,需认真检查电路板的设计是否符合规则、是否符合生产工艺的需求。一般来说,检查有如下几个方面：

l          原理图、PCB图是否完全一致？

l          导线、焊盘、过孔的尺寸是否合理,是否满足生产要求？

l          导线、焊盘、过孔、覆铜、填充之间的距离是否合理,是否满足生产要求？

l          电源线、地线的宽度是否合适,是否具有较低的的阻抗？地线是否具有加宽的可能？

l          信号线是否采取了最佳措施,如长度最短、加保护线等,输入线及输出线是否经过处理？

l          导线形状是否理想,有没有需要修改的导线？

l          模拟电路和数字电路部分是否有各自独立的地线？

l          文字、标注是否大小合适,排列合理？

l          工艺标注、阻焊标注、助焊标注是否合理,符合工艺要求和使用习惯？

l          多层板中的电源层、地线层设置是否合理？