印制电路板的设计

摘要：  本文介绍了印制电路板设计的基本原则、方法和要求，对电磁兼容设计有一定的作用。

关键字：  印制电路板，  电磁兼容，  布局，  布线

Abstract：The paper introduces the principles， methods and requirements for pringed board design， which may be of help for elctromagnetism Compatibility design. Keyword：Printed board， Elctromagnetism compatibility， Layout， Wiring

1引言

随着电子技术的快速发展，印制电路板广泛应用于各个领域，目前几乎所有的电子设备中都包含相应的印制电路板。为保证电子设备正常工作，减少相互间的电磁干扰，降低电磁污染对人类及生态环境的不利影响，电磁兼容设计不容忽视。本文介绍了印制电路板的设计方法和技巧。

在印制电路板的设计中，元器件布局和电路连接的布线是关键的两个环节。

2 布局

布局，是把电路器件放在印制电路板布线区内。布局是否合理不仅影响后面的布线工作，而且对整个电路板的性能也有重要影响。在保证电路功能和性能指标后，要满足工艺性、检测和维修方面的要求，元件应均匀、整齐、紧凑布放在PCB上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接，以得到均匀的组装密度。

2.1电气性能

⑴ 信号通畅

按电路流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，输入和输出信号、高电平和低电平部分尽可能不交叉，信号传输路线最短。

⑵ 功能区分

元器件的位置应按电源电压、数字及模拟电路、速度快慢、电流大小等进行分组，以免相互干扰。

电路板上同时安装数字电路和模拟电路时，两种电路的地线和供电系统完全分开，有条件时将数字电路和模拟电路安排在不同层内。电路板上需要布置快速、中速和低速逻辑电路时，应安放在紧靠连接器范围内;而低速逻辑和存储器，应安放在远离连接器范围内。这样，有利于减小共阻抗耦合、辐射和交扰的减小。时钟电路和高频电路是主要的骚扰辐射源，一定要单独安排，远离敏感电路。

⑶ 热磁兼顾

发热元件与热敏元件尽可能远离，要考虑电磁兼容的影响。

2.2工艺性

⑴ 层面

贴装元件尽可能在一面，简化组装工艺。

⑵ 距离

元器件之间距离的最小限制根据元件外形和其他相关性能确定，目前元器件之间的距离一般不小于0.2 mm～0.3mm，元器件距印制板边缘的距离应大于2mm。

⑶ 方向

元件排列的方向和疏密程度应有利于空气的对流。考虑组装工艺，元件方向尽可能一致。

3 布线

3.1 导线

⑴ 宽度

印制导线的最小宽度，主要由导线和绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。印制导线可尽量宽一些，尤其是电源线和地线，在板面允许的条件下尽量宽一些，即使面积紧张的条件下一般不小于1mm。特别是地线，即使局部不允许加宽，也应在允许的地方加宽，以降低整个地线系统的电阻。对长度超过80mm的导线，即使工作电流不大，也应加宽以减小导线压降对电路的影响。

⑵ 长度

要极小化布线的长度，布线越短，干扰和串扰越少，并且它的寄生电抗也越低，辐射更少。特别是场效应管栅极，三极管的基极和高频回路更应注意布线要短。

⑶ 间距

相邻导线之间的距离应满足电气安全的要求，串扰和电压击穿是影响布线间距的主要电气特性。为了便于操作和生产，间距应尽量宽些，选择最小间距至少应该适合所施加的电压。这个电压包括工作电压、附加的波动电压、过电压和因其它原因产生的峰值电压。当电路中存在有市电电压时，出于安全的需要间距应该更宽些。

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⑷ 路径

信号路径的宽度，从驱动到负载应该是常数。改变路径宽度对路径阻抗(电阻、电感、和电容)产生改变，会产生反射和造成线路阻抗不平衡。所以，最好保持路径的宽度不变。在布线中，最好避免使用直角和锐角，一般拐角应该大于90°。直角的路径内部的边缘能产生集中的电场，该电场产生耦合到相邻路径的噪声，45°路径优于直角和锐角路径。当两条导线以锐角相遇连接时，应将锐角改成圆形。

3.2 孔径和焊盘尺寸

元件安装孔的直径应该与元件的引线直径较好的匹配，使安装孔的直径略大于元件引线直径的(0.15～0.3)mm。通常DIL封装的管脚和绝大多数的小型元件使用0.8mm的孔径，焊盘直径大约为2mm。对于大孔径焊盘为了获得较好的附着能力，焊盘的直径与孔径之比，对于环氧玻璃板基大约为2，而对于苯酚纸板基应为(2.5～3)。

过孔，一般被使用在多层PCB中，它的最小可用直径是与板基的厚度相关，通常板基的厚度与过孔直径比是6：1。高速信号时，过孔产生(1～4)nH的电感和(0.3～0.8)pF的电容的路径。因此，当铺设高速信号通道时，过孔应该被保持到绝对的最小。对于高速的并行线(例如地址和数据线)，如果层的改变是不可避免，应该确保每根信号线的过孔数一样。并且应尽量减少过孔数量，必要时需设置印制导线保护环或保护线，以防止振荡和改善电路性能。

3.3 地线设计

不合理的地线设计会使印制电路板产生干扰，达不到设计指标，甚至无法工作。地线是电路中电位的参考点，又是电流公共通道。地电位理论上是零电位，但实际上由于导线阻抗的存在，地线各处电位不都是零。因为地线只要有一定长度就不是一个处处为零的等电位点，地线不仅是必不可少的电路公共通道，又是产生干扰的一个渠道。

一点接地是消除地线干扰的基本原则。所有电路、设备的地线都必须接到统一的接地点上，以该点作为电路、设备的零电位参考点(面)。一点接地分公用地线串联一点接地和独立地线并联一点接地。

公用地线串联一点接地方式比较简单，各个电路接地引线比较短，其电阻相对小，这种接地方式常用于设备机柜中的接地。独立地线并联一点接地，只有一个物理点被定义为接地参考点，其他各个需要接地的点都直接接到这一点上，各电路的地电位只与本电路的地电流基地阻抗有关，不受其他电路的影响。

具体布线时应注意以下几点:

⑴ 走线长度尽量短，以便使引线电感极小化。在低频电路中，因为所有电路的地电流流经公共的接地阻抗或接地平面，所以避免采用多点接地。

⑵ 公共地线应尽量布置在印制电路板边缘部分。电路板上应尽可能多保留铜箔做地线，可以增强屏蔽能力。

⑶ 双层板可以使用地线面，地线面的目的是提供一个低阻抗的地线。

⑷ 多层印制电路板中，可设置接地层，接地层设计成网状。地线网格的间距不能太大，因为地线的一个主要作用是提供信号回流路径，若网格的间距过大，会形成较大的信号环路面积。大环路面积会引起辐射和敏感度问题。另外，信号回流实际走环路面积小的路径，其他地线并不起作用。

⑸ 地线面能够使辐射的环路最小。

4 结语

印制电路板的设计是每个从事电子技术工作者都需要的基本技能，本文主要介绍了印制电路板在布局和布线方面的一些基本规则，对电磁兼容设计有一定的作用。

参考文献

[1] 杨克俊 .电磁兼容原理与设计技术 .人民邮电出版社，2005年1月

[2] 王天曦，王豫明 .现代电子工艺.清华大学出版社，2009年11月

作者简介

王小波，女，工程师，工作单位：中国兵器工业第二○八研究所。