Manufacturing Technology

PCB设计黄金规则

尽管目前半导体集成度越来越高，许多应用也都有随时可用芯片上系统，同时许多功能强大且开箱即用的开发板也越来越可轻松获取，但许多使用案例中电子产品的应用仍然需要使用定制PCB。在一次性开发当中，即使一个普通的PCB都能发挥非常重要的作用。PCB是进行设计的物理平台，也是用于原始组件进行电子系统设计的最灵活部件。本文将介绍几种PCB设计黄金规则，广泛适用于各种PCB设计项目，具有极大的指导性作用。

小编汇总了电子工程师在PCB布局设计中常用到的12条最有效的设计规则。工程师无需按时间先后或相对重要性依次执行这些法则，只需全部遵循便可极大地改变产品设计。

规则一：选择正确的网格 － 设置并始终使用能够匹配最多元件的网格间距

虽然多重网格看似效用显著，但工程师若在PCB布局设计初期能够多思考一些，便能够避免间隔设置时遇到难题并可最大限度地应用电路板。由于许多器件都采用多种封装尺寸，工程师应使用最利于自身设计的产品。此外，多边形对于电路板敷铜至关重要，多重网格电路板在进行多边形敷铜时一般会产生多边形填充偏差，虽然不如基于单个网格那么标准，但却可提供超越所需的电路板使用寿命。

规则二：保持信号线最短最直接

这一点听起来简单寻常，但应在每个阶段，即便意味着要改动电路板布局以优化布线长度，都应时刻牢记。这一点还尤其适用于系统性能总是部分受限于阻抗及寄生效应的模拟及高速数字电路。

规则三：尽可能利用电源层管理电源线和地线的分布

电源层敷铜对大多数PCB设计软件来说是较快也较简单的一种选择。通过将大量导线进行共用连接，可保证提供最高效率且具最小阻抗或压降的电流，同时提供充足的接地回流路径。 可能的话，还可在线路板同一区域内运行多条供电线路，确认接地层是否覆盖了PCB某一层的大铜层面，这样有利于相邻层上走线之间的抗干扰作用。

规则四： 将相关元件与所需的测试点一起进行分组

例如：将OpAmp运算放大器所需的分立元件放置在离器件较近的部位以便旁路电容及电阻能够与其同地协作，从而帮助优化法则二中提及的布线长度，同时还使测试及故障检测变得更加简便。

规则五：将所需的电路板在另一个更大的电路板上重复复制多次进行PCB拼版

选择最优PCB尺寸有利于降低制造成本。

 规则六：整合元件值

 作为设计师，你会选择一些元件值或高或低，但效能一样的分立元件。通过在较小的标准值范围内进行整合，可简化物料清单，并可能降低成本。如果你拥有基于首选器件值的一系列PCB产品，那么从更长远角度来说，也更利于你做出正确的库存管理决策。

 规则七： 尽可能多地执行设计规则检查（DRC）

尽管在PCB设计软件上运行DRC功能只需花费很短时间，但在更复杂的设计环境中，只要你在设计过程中始终执行检查便可节省大量时间，这是一个值得保持的好习惯。每个布线决定都很关键，通过执行DRC可随时提示你那些最重要的布线。

规则八：灵活使用丝网字符

 丝网字符可用于标注各种元件位号，以便PCB工厂、服务或硬件工程师、SMT装配或设备调试人员将来使用。不仅标示清晰的功能和测试点标签，还要尽可能标示元件和连接器的极性方向，即使是将这些注释字符在电路板使用的元件下表面（PCB板装配后）。

 规则九：必选去耦电容

不要试图通过避免解耦电源线并依据元件数据表中的极限值优化你的设计。电容器价格低廉且坚固耐用，你可以尽可能多地花时间将电容器装配好，同时遵循法则六，使用标准值范围以保持库存整齐。

规则十：生成PCB制造gerber并在报送生产之前检查

虽然大多数PCB制造商很乐意输出gerber并帮你核实，但你自己最好还是先输出Gerber文件，并检查是否与仿真设计一样，以避免造成误解。通过亲自核实，你甚至还会发现一些疏忽大意的错误，并因此避免按照错误的参数完成生产造成损失。

规则十一：3W规则

3W规则就是线与线的中心间距必须保持3倍线宽，也就是通常的3H，H指的是线与线的宽度，不是介质厚度。原因在于：为减少线间串扰，应保证线间距足够大，因为理论上，线中心距在不少于3倍线宽时，可保持70%的线间电场不受互相干扰，称为3W规则。如要要求比较高，要达到98%的电场不互相干扰，通常会采用更高标准的10W规则。

3W原则是指多个高速信号线长距离走线的时候，其间距应该遵循3W原则，例如时钟线，差分线，视频、音频信号线，复位信号线及其他系统关键电路需要遵循3W原则，而并不是板上所有的布线都要强制符合3W原则。

3W原则虽然易记，但要强调一点，这个原则成立是有先前条件的。从串扰成因的物理意义考量，要有效防止串扰，该间距与叠层高度、导线线宽相关。对于四层板，走线与参考平面高度距离（5-10mils），3W是够了；但两层板，走线与参考层高度距离（45~55mils），3W对高速信号走线可能不够。3W原则一般是在50欧姆特征阻抗传输线条件下成立。

规则十二：20H规则

指电源层相对地层内缩20H的距离，当然也是为抑制边缘辐射效应。在板的边缘会向外辐射电磁干扰。将电源层内缩，使得电场只在接地层的范围内传导。有效的提高了EMC。若内缩20H则可以将70%的电场限制在接地边沿内；内缩100H则可以将98%的电场限制在内。

“20H规则”的采用是指要确保电源平面的边缘要比0V平面边缘至少缩入相当于两个平面间层距的20倍

但是，20H规则仅在某些特定的条件下才会提供明显的效果。这些特定条件包括有：
1、在电源总线中电流波动的上升/下降时间要小于1ns。
2、电源平面要处在PCB的内层铜面，并且与它相邻的上下两个层面都为0V平面。这两个0V平面向外延伸的距离至少要相当于它们各自与电源平面间层距的20倍。
3、在所关心的任何频率上，电源总线结构不会产生谐振。
4、PCB的总层数至少为8层或更多。