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第1章印制电路板基础知识朱骏Tel:13665218196Email:zhujun@yzu.edu.cnOffice:物理楼412-414原理图电路板(1)PCB：PrintedCircuitBoard电路板(2)电路

板(3)电路板(4)1.1印制电路板概述印制电路板简称为PCB(PrintedCircuitBoard)，又称印制版，是电子产品的重要部件之一。电路设计中，先完成原理图，再设计印制电路板图，最后由制板厂家依据用户所设计的印制

电路板图制作出印制电路板。常用单位：1inch(英寸，in)=1000mil(毫英寸)=2.54cm10mil=0.254mm1mm=39.37mil1.1印制电路板概述1.1.1印制电路板结构印制电路板的结构有单面板、双面板和多层板三种。(1)单面板：一面

敷铜，另一面没有敷铜的电路板，只可在敷铜的一面布线并放置元件。单面板成本低，不用打过孔。但是单面板走线只能在一面上进行，设计往往比双面板或多层板困难得多。(2)双面板：包括顶层(TopLayer)和底层(BottomLayer)两层，顶层一般为元件面，底层一般为焊锡层面，双面板的两面

都可以敷铜和布线。双面板的电路一般比单面板的电路复杂，但布线比较容易，是制作电路板比较理想的选择。1.1印制电路板概述(3)多层板：多层板就是包含了多个工作层的电路板。除了上面讲到的顶层、底层以外，还包括中间层、内

部电源或接地层等。随着电子技术的高速发展，电子产品越来越精密，电路板也越来越复杂，多层板的应用也越来越广泛。1.1.2元件封装元件的封装是印刷电路设计中很重要的概念。其作用是保证取用的元件的引脚和印刷电路板上的焊盘一致。元件的封装就是

实际元件焊接到印刷电路板时的焊接位置与焊接形状，包括了实际元件的外型尺寸，所占空间位置，各管脚之间的间距，以及焊盘的大小，焊盘孔的大小等。元件封装仅仅是空间的概念，因此不同的元件可以共用同一个元件封装；另一方面，同种元件也可以有不同的封装。所以在取用焊接元件时，不仅要知道

元件名称，还要知道元件的封装。元件的封装可以在设计电路图时指定，也可以在引进网络表时指定。1.元件封装的分类普通的元件封装有针脚式封装和表面粘贴式封装两大类。针脚式封装必须把相应的针脚插入焊盘过孔中，再进行焊接。因

此所选用的焊盘必须为穿透式过孔，设计时焊盘板层的属性要设置成MultiLayer。表面粘贴式封装(SMT)元件的管脚焊点只限于表面层(TopLayer或BottomLayer)，焊点没有穿孔。设计的焊盘属性必须为单一层面。

(1)DIP封装(DualIn-linePackage)(2)芯片载体封装➢陶瓷无引线芯片载体封装LCCC:LeadlessCeramicChipCarrier➢塑料有引线芯片载体封装PLCC:PlasticLeadedChipCarrier➢小尺寸封装SOP：Sma

llOutlinePackage➢塑料四边引出扁平装PQFP:PlasticQuadFlatPackage2.元件封装的编号元件封装的编号一般为：封装类型+焊盘距离(焊盘数)+元件外形尺寸如AXIAL-0.4：封装为轴状的，两焊盘间距为400milDIP

-16：双排直列引脚的器件封装，两排共16个引脚。RB.2/.4：Radius,Boundary常用单位：1inch(英寸，in)=1000min(毫英寸)=2.54cm10min=0.254mm1mm=39.37mil常见元件的封装：(1)针脚式电阻：封装系列名为“AXIAL-xx

x”“AXIAL”表示轴状的包装方式；“xxx”为0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,1.0，表示两个焊盘间距离，单位为inch。后缀数字主要与电阻功率有关，功率越大，数字越大。(2)扁平

状电容：RAD-xxxRAD：Radial，径向。“xxx”：0.1,0.2,0.3,0.4，表示两焊盘间距。(3)筒状封装典型元件是极性电解电容器。发光二极管有时也用此封装。RBx-x：如RB5-10.5，RB7.6-15。两个数字分别表示焊盘之间距离和圆筒的直径，单位是mm。C

APPR5-5x5，CAPPR5-4x5，CAPPR7.5-16x35CAP指电容；PR分别为Polar，Radial，三个数字分别代表焊盘间距，圆筒直径，高度，单位是mm。CAP指电容；PA分别为Polar，Axial，三个数字分

别代表焊盘间距，圆筒长度，直径，单位是mm。电解电容的外形大小与其容量、耐压、材料等有关。(4)二极管类元件常用封装为DIODE-0.4，DIODE-0.7，表示焊盘间距为0.4、0.7inch。(5)三极管类元件常用封装系列名称为“TO-xxx”，其中“xxx”

表示三极管类型。(6)其它元件整流桥宽度约10mm17mmLED接插件1.1.3铜膜导线铜膜导线：也称铜膜走线，简称导线，是电路板制作时用铜膜制成导线(Track)，用于连接焊点。是印制电路板最重要的部分，实际上，PCB设计都是围绕如何布置导线进行的。飞线，即预拉线。是在引入网

络表后，系统根据规则生成，用来指引布线的一种连线。区别：飞线只是表示两点在电气上的相连关系，但没有实际连接。导线是根据飞线指示的焊盘间的连接关系而布置的，是具有电气连接意义的连接线路。1.1.4助焊膜和阻焊膜助焊膜(Solder)：涂于焊盘上，提高可

焊性能的一层膜，就是在电路板为焊盘略大的浅色圆。阻焊膜(TOPorBottomPasteMask)：为使制成的板子适应波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盘处的铜箔不能粘锡，因此在焊盘以外的各部位都要涂覆一层涂料，用于阻止这些部位上锡。

它是一种特殊的化学物质，通常为绿色，不粘焊锡，防止在焊接时相邻焊接点的多余焊锡短路，并且防焊层将铜膜导线覆盖住，防止铜膜过快在空气中氧化。1.1.5层AltiumDesigner的“层”不是虚拟的，而是印制电路板材料本身实实在在的铜箔层。由于电

子线路的元件密集安装、抗干扰和布线等特殊要求，一些较新的电子产品中所用的印制电路板不仅上下两面可供走线，在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔。现在的计算机主板所用的印制电路板材料大多在4层以上。这些层因加工相对较难而大多用于设置走线较为简单的电源布线层(Ground

Dever和PowerDever)，并常用大面积填充的办法来布线(如Fill)。上下位置的表面层与中间各层需要连通的地方用“过孔(Via)”来沟通。一旦选定了所用印制电路板的层数，就务必关闭那些未被使用的层，以免布线出现差错。1.1.6焊盘和过

孔(1)焊盘(Pad)焊盘的作用是放置焊锡、连接导线和元件引脚。选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。Designer在封装库中给出了一系列不同大小和形状的焊盘，如圆形、方形、八角形、圆方形和定

位用焊盘等，也可按需要自己编辑。对发热且受力较大、电流较大的焊盘，可自行设计成“泪滴状”。编辑焊盘时还要考虑以下原则：形状上长短不一致时，要考虑连线宽度与焊盘特定边长的大小其差异不能过大。需要在元件引脚之间走线时，选用长短不对称的焊盘往往事半功倍。各元件焊盘孔的大小要按元件引脚粗细分

别编辑确定，原则是孔的尺寸比引脚直径大0.2～0.4mm。(2)过孔(Via)过孔就是用于连接不同板层之间的导线。过孔内侧一般都由焊锡连通。过孔分为3种：从顶层直接通到底层的过孔称为穿透式过孔(Thruhold)；只从顶层通到某一层里层，并没有穿透所有层，或者从里层穿透出来的到底层的过孔称为

盲过孔(Blind)；只在内部两个里层之间相互连接，没有穿透底层或顶层的过孔就称为隐藏式过孔(Buried)。设计线路时对过孔的处理有以下原则：尽量少用过孔，一旦选用了过孔，务必处理好它与周边各实体的间隙，特别是容易被忽视的中间各层

与过孔不相连的线与过孔的间隙。需要的载流量越大，所需的过孔尺寸越大，如电源层和地层与其它层联接所用的过孔就要大一些。过孔的形状一般为圆形。过孔有两个尺寸，即HoleSize(通孔直径)和钻孔加上焊盘后的总的Dia

meter(过孔直径)。通孔和过孔之间的孔壁，由与导线相同的材料构成，用于连接不同层的导线。1.1.7丝印层为方便电路的安装和维修，在印制电路板的上下两表面印上所需要的标志图案和文字代号等，例如元件标号和标称值、元件外廓形状和厂家标志、生产日期等，这层就称为丝印层(SilkscreenTop/

BottomOverlay)。正确的丝印层字符布置原则是：“不出歧义，见缝插针，美观大方”。1.1.8敷铜对于抗干扰要求比较高的电路板，常常需要在PCB上敷铜。敷铜可以有效地实现电路板的信号屏蔽，提高电路板信号的抗电磁干扰能力。敷铜有两种方式：实心填充方式和网格状

的填充方式。尽量避免使用大面积铜箔，否则长时间受热，易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时，最好用栅格状。这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。1.2印制电路板设计流程印制电路板设计的一般步骤如下：1)绘制原理图。2)规划电

路板。3)设置参数。4)装入网络表及元件封装。5)元件的布局。6)手动预布线。7)锁定手动预布的线，然后进行自动布线。8)手工调整。9)文件保存及输出。1.3印制电路板设计的基本原则PCB：质量好(抗干扰性好)、造价低1.3.1布局(1)确定PCB的尺寸。PCB尺寸过大时

，印制线路长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。(2)确定特殊元件的位置。(3)根据电路的功能单元，对电路的全部元件进行布局。1.电路板形状与尺寸PCB的最佳形状为矩

形，长宽比为3:2或4:3。电路板面尺寸大于200mm×150mm时，应考虑电路板所受的机械强度。板厚也可以按照推荐指定。如对于FR4材料来说，一般标准的板厚为0.062"(1.575mm)。其他典型的板厚有0.010"(0.254mm)、0.020"(0.508mm)、0.0

31"(0.787mm)和0.092"(2.337mm)。2.确定特殊元件的位置时要遵循以下原则：尽可能缩短高频元件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元件不能相互挨得太近，输入和输出元件

应尽量远离。某些元件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外短路。带强电的元件应尽量布置在调试时手不易触及的位置。重量超过15g的元件，应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、发

热量多的元件，不宜装在印制电路板上，而应装在整机的机箱底板上，且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局，应考虑整机的结构要求。若是机内调节，应放在印制电

路板上方便于调节的位置；若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。应留出印制电路板的定位孔和固定支架所占用的位置。重量超过15g的元件，应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、发热量多的元件，不宜装在印制电路板上，而应装在整机的机箱底板上，且应考

虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局，应考虑整机的结构要求。若是机内调节，应放在印制电路板上方便于调节的位置；若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。

应留出印制电路板的定位孔和固定支架所占用的位置。3、根据电路的功能单元布局时，要符合以下原则：按照电路的组成安排各个功能单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来

进行布局。元件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上，尽量减少和缩短各元件之间的引线和连接。在高频下工作的电路，要考虑元件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元件平行排列。这样不但美观，而且焊接容易，易于批量生产。位于电路板边缘的元

件，离电路板边缘一般不小于2mm。1.3.2布线1.输入和输出端的导线应避免相邻平行。最好添加线间地线，以免发生反馈耦合。2.印制电路板导线宽度原则：导线的最小宽度由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。导线宽度应以能满足电气性能要求而又便于生产为宜，它的最小值由承受的电流大小而

定，但最小不宜小于0.2mm(8mil)，在高密度、高精度的印制线路中，导线宽度和间距一般可取0.3mm；导线宽度在大电流情况下还要考虑其温升，一般选用宽度约1～1.5mm的导线就可能满足设计要求而不致引起

温升；印制导线的公共地线应尽可能的粗，可能的话，使用大于2～3mm的导线，这点在带有微处理器的电路中尤为重要；在DIP封装的IC引脚间走线，可应用10-10与12-12原则，即当两引脚间通过2根线时，焊盘直径可设为50

mil(1mil=0.0254mm)、线宽与线距都为10mil；当两引脚间只通过1根线时，焊盘直径可设为64mil、线宽与线距都为12mil。电流/A1oz铜的线宽/mil2oz铜的线宽/mil毫欧/英寸/(mW/in)1105522301517.23502510.3480406.4511

0554.76150753.47180902.982201102.392601302.0103001501.7线宽和流过电流大小之间的关系3.拐弯与大面积铜箔(敷铜)印制电路板导线拐弯一般取圆弧形或45°拐角，直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。尽量

避免使用大面积铜箔，否则长时间受热，易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时，最好用栅格状。这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。4.印制导线的间距相邻导线间距必须能满足电气安全要

求。为便于操作和生产，间距也应尽量宽些，只要工艺允许，可使间距小于0.5～0.8mm。最小间距至少要能满足承受的电压，这个电压一般包括工作电压、附加波动电压以及其他原因引起的峰值电压。如果有关技术条件允许导线之间存在金属残粒，设计者在考虑电

压时应把这种因素考虑进去。在布线密度较低时，信号线的间距可适当地加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽可能短且加大间距。电压(DC或AC峰值)PCB内部PCB外部(<3050m)PCB外部(>3050m)0～15V0.05mm0.1mm0.1mm16～30V0.05mm0.1mm0.1mm31

～50V0.1mm0.6mm0.6mm51～100V0.1mm0.6mm1.5mm101～150V0.2mm0.6mm3.2mm151～170V0.2mm1.25mm3.2mm171～250V0.2mm1.25mm6.4mm251～300V0.2mm1.25mm

12.5mm301～500V0.25mm2.5mm12.5mm推荐的导线以及导体之间的间距1.3.3焊盘大小焊盘的内孔尺寸必须从元件引线直径、公差尺寸以及焊锡层厚度、孔径公差、孔金属电镀层厚度等方面考虑；焊盘的内孔直径一般不小于0.6mm，因为小于0.6mm的孔开模冲孔时不易加工，通常情况

下以金属引脚直径值加上0.2mm作为焊盘内孔直径。焊盘直径取决于内孔直径(1)焊盘直径为1.5mm时，为了增加焊盘抗剥强度，可采用长不小于1.5mm，宽为1.5mm的长圆形焊盘，此种焊盘在集成电路引脚焊盘中最常见。对于超出上述范围的

焊盘直径可用下列公式选取(D—焊盘直径，d—内孔直径)：d小于0.4mm：D/d＝1.5～3。d大于2mm：D/d＝1.5～2。2)有关焊盘的其他注意事项：焊盘内孔边缘到印制电路板边的距离要大于1mm，这样可以避免加工时导致焊盘缺损。焊盘的开口。有些

器件是在经过波峰焊后补焊的，但由于经过波峰焊后焊盘内孔被锡封住，使器件无法插下去，解决办法是在印制电路板加工时对该焊盘开一小口，这样波峰焊时内孔就不会被封住，而且也不会影响正常的焊接。焊盘补泪滴。当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成泪滴状，这样的好处是焊盘不容易起皮，而是

走线与焊盘不易断开。相邻的焊盘要避免成锐角或出现大面积的铜箔，成锐角会造成波峰焊困难，而且有桥接的危险，大面积铜箔因散热过快会导致不易焊接。1.3.4印制电路板的抗干扰措施(1)电源线设计尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻使电源线、地线的走向和电流的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。

(2)地线设计数字地与模拟地分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而粗，高频元件周围尽量用栅格状的大面积铜箔。接地线应尽量加粗。使它能通过三倍于印制电路板上的允许电流。如有可

能，接地线应在2～3mm以上。接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制电路板，其接地电路构成闭环能提高抗噪声能力。(3)大面积敷铜印制电路板上的大面积敷铜具有两种作用：一是散热；二是可以减小地线阻抗，并且屏蔽电路板的

信号交叉干扰以提高电路的抗干扰能力。注意：由于印制电路板板材的基板与铜箔间的粘合剂在浸焊或长时间受热时，会产生挥发性气体而无法排除，热量不易散发，以致产生铜箔膨胀、脱落现象。因此使用大面积敷铜时，应将其开窗口设计成栅格状。1.3.5去耦电容配置1)电源输入端跨接10～100µF的电解电容器。如

有可能，接100µF以上的更好。2)原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01µF的瓷片电容，如空隙不够，可每4～8个芯片布置一个1～10µF的钽电容。3)对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的元件，如RAM、ROM存储元件，应在芯片的电源线和地线之间直接接入去耦电容。4)电

容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。5)在印制电路板中有接触器、继电器、按钮等元件时，对其操作均会产生较大火花放电，必须采用RC电路来吸收放电电流。一般R取1～2kΩ，C取2.2～47μF。6)CMOS的输入阻

抗很高，且易受干扰，因此在使用时对不使用的端口要接地或接正电源。1.3.6各元件之间的接线1)印制电路中不允许有交叉电路，对于可能交叉的线条，可以用“钻”、“绕”两种办法解决。在特殊情况下，如果电路很复杂，为简化设计也允许用导线跨接，

解决交叉电路问题。2)电阻、二极管、管状电容器等元件有“立式”和“卧式”两种安装方式。立式指的是元件体垂直于电路板安装、焊接，其优点是节省空间；卧式指的是元件体平行并紧贴于电路板安装、焊接，其优点是元件安装的机械强度较

好。对这两种不同的安装元件，印制电路板上的元件孔距是不一样的。3)同一级电路的接地点应尽量靠近，并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上。采用这样“一点接地法”的电路，工作较稳定，不易自激。4)总地线必须严格按高频—中频—低频逐级按弱电到强

电的顺序排列原则。调频头等高频电路常采用大面积包围式地线，以保证有良好的屏蔽效果。5)强电流引线(公共地线、功放电源引线等)应尽可能宽些，以降低布线电阻及其电压降，可减小寄生耦合而产生的自激。6)阻抗高的走线尽量短，阻抗低的走线可长一些。7)电位器

安放位置应当满足整机结构安装及面板布局的要求，因此应尽可能放在板的边缘，旋转柄朝外。8)设计印制电路板图时，在使用IC座的场合下，一定要特别注意IC座上定位槽放置的方位是否正确，并注意各个IC脚位置是否正确，例如第1脚只能

位于IC座的右下角或者左上角，而且紧靠定位槽(从焊接面看)。9)在对进出接线端布置时，相关联的两引线端的距离不要太大，一般为(2～3)/10in左右较合适。进出接线端尽可能集中在1～2个侧面，不要过于分散。10)在保证电路性能要求的前提下

，设计时应力求合理走线，少用外接跨线，并按一定顺序走线，力求直观，便于安装和检修。11)设计应按一定顺序方向进行，如可以按由左往右或由上而下的顺序进行。1.4印制电路板的叠层设计PCB的叠层常常由板的目标成本、制造技术和所要求的布线通道数所决

定。对于大部分工程设计，存在许多相互冲突的要求，通常最后的设计策略是在考虑各方面的折衷后决定的。PCB可以从最低成本的1层到高性能系统所要求的30层或更多层。1.4.1多层板具有许多层的PCB板常常用于高速、高性能的系统，其中的多层用于DC电源或地参考

平面。这些平面通常是没有任何分割的实体平面，因为具有足够的层用作电源层或地层，因此没有必要将不同的DC电压置于一层上。无论一个层的名称是什么(例如“Ground”、+5V、VCC或Digitalpower等)，

该平面将会用作与它们相邻的传输线上信号的返回电流通路。构造一个好的低阻抗的返回电流通路是这些平面层最重要的EMC(ElectroMagneticCompatibility)目标。信号层分布在实体参考平面层之间，它

们可以是对称的带状线或非对称的带状线。12层PCB的配置“T”为顶层，Top；“P”为参考平面层，Plane；“S”为信号层，Signal；“B”为底层，Bottom。顶层和底层用作元件焊盘，信号在顶层和底层内不会传输太长的距离，以便减少来自走线的直接辐射。确定哪个参

考平面层将必须包含用于不同的DC电压的多个电源区。假设第11层具有多个DC电压。这就意味着设计者必须将高速信号尽可能远离第10层和底层，因为返回电流不能流过第10层以上的参考平面，并且需要使用缝合电容(Stitchi

ngCapacitor)。在该实例中，第3、5、7和9层分别为高速信号的信号层。信号的布线。走线尽可能以一个方向进行布局，以便优化层上可能的布线通道数。第3和第7层可以设定为“东西”走线，而第5和第9层设置为“南北”走线。走线布在那一层上，要根据

其到达目的的方向顶层和底层用作元件焊盘，信号在顶层和底层内不会传输太长的距离，以便减少来自走线的直接辐射。确定高速信号走线时层的变化，以及哪些不同的层将用于一个独立的走线，确保返回电流可以从一个参考平面流到需要流过的新参考平面。实际上，最好的设计并不

要求返回电流改变参考平面，而是简单地从参考平面的一侧改变到另一侧。例如，下面信号层的组合可以一起用作信号层对：第3层和第5层；第5层和第7层；第7层和第9层。这就允许一个东西方向和一个南北方向的层形成一个布线组合。为参考平面层选定DC电压。一个处理器因为内部信号处理的高速特

性，所以在电源/地参考引脚上存在大量的噪声。因此，在为处理器提供的相同DC电压上使用解耦电容非常重要，并且尽可能有效地使用解耦电容。在后面有关解耦的章节中，将会讨论板上解耦电容性能会严重地受到所连接的过孔、焊盘和连接走线所限制。降低这些元件电感的最好方法就是使连接走

线尽可能短和宽，并且尽可能使过孔短而粗。1.4.2六层板1.4.3四层板1.4.4单面和双面板单面和双面板中没有参考平面，所有信号和所有电源，以及电流的返回均通过走线的方式进行布置。在这种设计策略中，主要考

虑就是使信号电流的环面积尽可能最小，不允许大的电流环面积存在。存在大的电流环面积小的电流环面积双面板布局策略1)网格状电源和地的布局结构：将电源和地设置为网格状，使每个网格的总环路面积小于1.5in2(968mm2)。电源和地

的走线以90º角分布，电源在一层，而地在另一层。地的走线以垂直方向置于顶层，而电源的走线以水平方向置于底层。在每个地和信号走线的交汇处及每个IC处，均放置解耦电容。这种布局方式目前已经不常用。2)返回走线必须放置

在靠近最容易受干扰的走线，以使RF能量返回到它的源。电源和返回走线也必须相互平行布局，并且在电源和地之间，以及在产生开关能量的每个元件处均放置解耦电容。使用这种布局方法，可能会产生布线的困难。但是最大的优点就

是能实现EMC兼容。具有较好RF返回电流的双面板布线1.4.5叠层设计布局快速参考叠层123456789102层S1和地S2和电源4层S1地电源S24层地S1S2电源6层S1S2地电源S3S46层S1地S2S3电源S46层S1电源地S2地S38

层S1S2地S3S4电源S5S68层S1地S2地电源S3地S410层S1地S2S3地电源S4S5地S610层S1S2电源地S3S4地电源S5S61.5PCB的布线配置基本的布线配置：微带线(Microstrip)和带状线(Stripline)1.5.

1微带线(Microstrip)微带线指只有一面具有参考平面的PCB走线。微带线使PCB具有对RF的抑制作用，同时也可以容许比带状线更快的时钟或逻辑信号。因为较小的耦合电容以及电源和负载之间较低的空载传输延迟，因此可以容许更快的信号。电容有时候用于时钟信号以减缓数字信号的边沿变化。由于两个实体平

面之间较小的电容耦合，信号可以传输更快。使用微带线的缺点是PCB外部信号层会辐射RF能量进入环境中，除非此层上下具有金属屏蔽。1.5.2带状线(Stripline)带状线指两边都有参考平面的传输线。带状线可以较好防止RF辐射，但只能用于较低的传输速度，因为信号层介于两个参考平面之间，

两个平面会存在电容耦合，导致降低高速信号的边沿变化速度。带状线的电容耦合效应在边沿变化速度快于1ns的情况下更为显著。使用带状线的主要效果是对内部走线的RF进行完全屏蔽，因为其对射频辐射具有较好的抑制能力。微带线和带状线在PCB中的布局结构：在电路的EMC设计中，用于电路的

材料、尺寸和走线空间都会影响电路的EMC特性。特别是高频PCB设计中，信号走线成为电路的一部分，因为在高于500MHz频率情况下，走线具有电阻、电容和电感特性。在更高频率的工作情况下，传输线的尺寸将对电路的特性具有很大的影响，改变任何尺寸都可能会显著

影响PCB的性能。1.6差模和共模电流差模(DM)信号传输数据和有用的信号，而共模(CM)信号会对差模传输产生不利的影响，即会给EMC兼容性带来最不利的影响。1.6.1差模电流差模电流是RF能量的组成部分，存在于信号通路和RF返回通路中，方向相反。如果差模电流存在180º的相

位差，则差模电流将会相互抵消，因此可以保证EMC性能。差模信号不会处于RF频率范围。差模信号主要具有以下作用：传输期望的信息，因为大部分信号走线是单端布线的(源到负载)，即数据传输的差分模式。通过使RF返回通路在物理上靠近信号

走线，从而产生相反的RF场，并且在恰当设置后相互抵消，使干扰最小化。1.6.2共模电流共模电流是RF能量的组成部分，存在于信号通路和RF返回通路中，通常相位相同。来自于共模电流的RF场是信号通路和返回通路中的电流产

生RF场之和。这个和值可能会很大并且是RF辐射的主要原因，特别是来自I/O的相互连接。共模电流是因为缺少差模电流的抵消或存在很差的共模抑制而产生的。共模效应也可能是由于元件驱动来自于电源分配网络，而产生的地和电源平面波

动的结果。共模信号的主要影响是：RF辐射能量的主要来源。没有包含任何有用信息。1.7PCB走线1.7.1走线长度信号走线的长度对系统的最高频率具有直接的影响。走线越长，则信号的上升时间就越长，会限制信号的最高传输频率。这是因为过长的走线长度会改变传输线的阻抗特性。为了最小化传输线的影

响，走线长度应该尽可能短。走线上的每个连接或短截线都会产生信号完整性的不连续。为了最小化信号完整性问题，走线、连接器、短截线和电缆都应该满足阻抗匹配要求。不同阻抗特性会产生反射，从而导致信号失真并降低数据流量。进行系统的PCB走线时应该考虑以下几个原则：走线长度尽可能短。最小化

串扰的影响，每条走线与其他走线之间的距离应该尽可能大。避免90º拐角走线。90º拐角走线会增加走线的长度以及走线的寄生电容。建议使用45º的走线。妥善地摆放时钟或周期信号的元件并调整其位置，使走线长度最短以及尽量使

用直线路径，尽量少地使用过孔。过孔会增加走线的电感(1～3nH/孔)，尽量用元件引脚代替过孔。3.2mm(1/8in)宽的走线的阻抗值信号频率/MHz不同长度走线的阻抗/1in2in10in10.130.381.25101.253.7512.510012.

537.51251.7.2走线长度的计算Lmax为所允许的无终端传输线的长度(cm)，tr为传输延迟(ns)；Tpd为信号上升时间(ns)；如果实际走线比计算的最大走线长度要长，那么就需要使用终端设计，以防

止发生反射。rmaxpd2tLT=1.7.3走线层的影响当在PCB上走线时，首先需要考虑那些重要的信号(比如时钟信号和周期信号)的布线。这样的信号应该布在一层上或者两层上。信号走线只布在两层时的效果最佳，如果布在三层上，则多了两个过孔，效果要差

些。1.7.4过孔的使用在布线时，应该尽量使过孔的数量最少。1．过孔的结构贯通式过孔盲式过孔埋式过孔2．过孔的电气属性过孔具有容性、感性和阻抗属性。1)寄生电容。如果D2=0.050in；D1=0.028in；T=0.063in；Ɛr=4.7。则可以计算出过孔的寄生电容值为

0.53pF。因为寄生电容的充电和放电，会产生电压突降和电压尖峰，减缓上升和下降信号边沿的变化速度。因此，过孔电容应该在制造工艺和成本允许范围内尽量小，这在高频工作时特别重要。r1211.41TDCDD=−2

)寄生电感如果h=0.063in；d=0.016in；tr=1ns。则可以计算得到过孔的寄生电感值和感抗为1.2nH和3.8Ω。过孔焊盘的距离非常重要，必须确保串扰最小化。最小的过孔焊盘距离要根据板子的材

料、信号频率和信号边沿的变化速度来确定。通常至少要保证焊盘之间的距离大于0.100in。45.08ln1hLd=+1.7.5信号走线正确的布线有助于保持信号的完整性。为了布局一条“干净”的走线，设计人员应该使用优良的信

号完整性分析工具进行仿真分析。1．单端走线单端走线连接源和负载/接收器，通常用于点-点的布线连接、时钟走线、低速信号和非关键I/O布线。(1)带短截线的菊花链走线。(2)无短截线的菊花链走线(3)星形走线(4)蛇形走线2．差分对走线1.7.6地保护走线为了使高速时钟

信号、周期信号或其他边沿变化速度很快的信号产生较少的RF能量，并且尽可能多地吸收这些高频信号走线上由共模电流产生的噪声，以便减少对其他走线或环境产生的EMI问题，可以对这些关键信号使用地保护走线。地保护走线就在关键信号走线的上下或两

旁，使用地保护走线将关键信号走线包围在中间，把关键信号的RF能量限制在一个区域，并且地保护走线尽可能吸收。1.7.7分流走线分流走线是另一种保护走线方法就是。分流走线也可以为共模电流提供一条额外的返回通路。1.7.8走线的3-W法则3-W法则

就是让所有信号走线(时钟、音频、视频、复位、数据、地址等关键信号)的分隔距离满足：走线边沿之间的距离应该大于或等于两倍的走线宽度，即走线中心之间的距离为走线宽度的三倍。1.7.9拐角走线信号线的阻抗突然变化会产生不连续，继而会产生反射，所以在PCB

走线中要避免这种阻抗不连续的情况发生。特别是当设计高速信号PCB，且信号的上升时间为ns级时，要特别注意走线的拐角处理。当走线出现直角拐角，在拐角处走线的宽度和截面积会增加，产生走线阻抗的不连续。在这种直角拐角情况下，可以在拐角处使用两个45或圆角来实现直角拐角。其中圆角方式

最好。通常45º可以应用到10GHz的信号，而圆角可以应用于10GHz以上的信号。对于45的走线，其拐角长度L≥3W，效果最好。