PCBLayout相关注意事项和常见问题

PCBLayout

PCB常用的各个层的含义

top-layer 和 bottom layer（顶层和底层）
顶层跟底层的走线

mechanical 和 keep-out layer（机械层和禁止布线层）
【mechanical】是定义整个PCB板的外观的（不过目前大多数厂家都按照keepout layer禁止布线层为准），其实我们在说机械层的时候就是指整个PCB板的外形结构
【keep-out layer】是定义我们在布电气特性的铜时的边界，也就是说我们先定义了禁止布线层后，我们在以后的布过程中，所布的具有电气特性的线不可能超出禁止布线层的边界

top overlay和bottom overlay（顶层和底层丝印）
topoverlay和bottomoverlay是定义顶层和底层的丝印字符，可以印制信息，文字甚至图片，不会对板子造成影响，只是辅助使用，就是一般我们在PCB板上看到的元件编号和一些字符

top paste和bottom paste（顶层和底层助焊层）
助焊层：paste mask，为非布线层，该层用来制作钢网，而钢网上的孔就对应着电路板上的SMD 器件的焊点。在表面贴装（SMD）器件焊接时，先将钢网盖在电路板上（与实际焊盘对应），然后将锡膏涂上，用刮片将多余的锡膏刮去，移除钢网，这样SMD 器件的焊盘就加上了锡膏，之后将SMD 器件贴附到锡膏上去（手工或贴片机），最后通过回流焊机完成SMD 器件的焊接

top solder和bottomsolder（顶层和底层阻焊层）
阻焊层：solder mask，阻焊层其实还可以叫开窗层、绿油层。由于焊接电路板时焊锡在高温下的流动性，所以必须在不需要焊接的地方涂一层阻焊物质，防止焊锡流动、溢出引起短路。它是指pcb上要铺绿油的地方，而这阻焊层使用的是负片输出，所以在阻焊层的形状映射到板子上以后，并不是上了绿油阻焊，反而是露出了铜皮。露出铜皮，习惯性叫开窗

multi layer（多层）
表示所有的信号层，在它上面放置的元件会自动放到所有的信号层上。所以在设计工作中，可以通过该层将焊盘或穿透式过孔快速地放置到所有的信号层上。
一般，焊盘与过孔都要设置在多层上，如果关闭此层，焊盘与过孔就无法显示出来

Signal layer(信号层)
信号层主要用于放置走线。对于两层板，主要是Top layer，Bottom layer层，多层板的话还有若干个MidLayer(中间层)

Internal plane layer(内部电源/接地层)
主要用于布置电源线和接地线，通常是一块完整的锡箔

Drill layer(钻孔层)
钻孔层提供电路板制造过程中的钻孔信息(如焊盘，过孔就需要钻孔)

布线规则

1. 旁路电容尽量靠近IC脚，这样对整个电路的抗干扰能力有很大的帮助
2. 布局的时候，可以把零件尽量对齐，可以增加板子美观。
3. 多层板的顶层IC底部，最好铺一下铜，有助于IC散热以及抗干扰。
4. 贴片IC的管脚不要做的太长，防止IC在SMT贴片过回流焊的时候锡膏融化拉动而出现零件位置偏移。
5. 地管脚接地的线越短越好。
6. 插座或一些间距较小的，这个零件要过波峰焊的最好做拖锡焊盘，这样做可以减少执锡的地方。
7. 零件焊盘不要打过孔，因为过回流焊的时候可能造成零件少锡，除非PCB做 塞孔工艺，就是用绿油把过孔塞住。
8. PCB最好不要直角，顿角，锐角走线，可能会造成阻抗变化的情况，因为拐角可以等效为传输线上的容性负载，减缓上升时间，如果是信号线那个尖角就会产生EMI，也会使阻抗不连续会造成信号的反射，从而形成干扰源。
9. 电源应该串联一个防浪涌绕线电阻， 可以抵抗很大一部分浪涌，对整个电路可以提升抗干扰能力
10. 电源线按“主线——支线”走成分支形，避免环形走线。
11. 电源先经过滤波电容，再进元件，先大电容后小电容。
12. 易受干扰的关键信号线作包地处理。
13. 布线时要合理安排导线和过孔位置，构造出大块的地，提高板子的EMC性能。
14. 模拟地和数字地分开，再分别用0欧电阻接到大地。
15. 滤波电容靠近芯片电源脚，电流先过电容再进芯片。
16. 静电防护器TVS件请靠近端子处摆放，也就是PCB板的输入输出端口。因为这些地方是人体最容易接触到的地方，比如我们笔记本电脑的HDMI、USB、VGA、电源、雷电等接口处经常会添加一些静电防护器件TVS的，靠近端口是将静电释放的能量直接在端口处泄放到地上去，因为如果在芯片端则可能导致板内的一些器件受到影响，就是提前释放静电，保护电子器件。
17. 晶振与器件之间的距离需要稍微大一些，晶体在温度下会导致频偏变大，所以在晶振。Layout时需要注意器件的相关说明，避免靠近发热严重是器件。晶振附近不要走线，如果要走，则需要将走线与晶体用地线包起来。时钟走线最好不要跨层走线。
18. 时钟等重要信号线走线不能靠近晶体、电感，如果靠近则有可能导致串扰干扰问题。
19. 电源线不能走细，电源走线太细的问题在于后面负载需要极高电流时，在瞬间来讲是交流变化，所以在细走线寄生电感上产生压降，造成需求端电压变为电源减去寄生电感上的压降，此时可能导致问题出现。
20. IC底部有散热的，需要在PCB上做焊盘散热，有条件的可以打多一些过孔。
21. 连接端子走线出线请增加泪滴，否则阻抗不连续情况会变得更差。增加泪滴的目的在于使得走线逐渐的右粗变细或者游戏变粗，增加连续性，而不是直接变化。增加泪滴也可以一定程度增加焊盘的牢靠性。
22. 关键信号不要打过孔，可以牺牲掉一些不重要的信号的走线，使得关键信号走线完整。
23. 关键信号或元件的背面铺地，不要走线，避免干扰。
24. 设计有金手指的PCB，不能做喷锡工艺，最好做镀金或沉金。
25. 关键元件，如MCU，应该尽量摆放在PCB的中间。
26. 零件最少离板边3到5mm，防止机械应力在分板时损伤。
27. 电源低压跟高压要分开，需要保证足够的安全距离，关键的地方要考虑爬电距离必须足狗。
28. 开关电源芯片尽量靠近开关变压器，距离越短越理想。
29. 一般不允许出现一端浮空的布线, 主要是为了避免产生天线效应，减少不必要的干扰辐射。
30. 相邻层的走线方向成正交结构。避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向，以减少不必要的层间窜扰；当由于板结构限制难以避免出现该情况，特别是信号速率较高时，应考虑用地平面隔离各布线层，用地信号线隔离各信号线。
31. 同一网络的布线宽度应保持一致，线宽的变化会造成线路特性阻抗的不均匀，当传输的速度较高时会产生反射，在设计中应该尽量避免这种情况。
32. 发热元件要一般应均匀分布，以利于单板和整机的散热，除温度检测元件以外的温度敏感器件应远离发热量大的元器件。除了温度传感器，三极管也属于对热敏感的器件。
33. 信号线与其回路构成的环面积要尽可能小，环面积越小，对外的辐射越少，接收外界的干扰也越小。
34. 布线长度不得与其波长成整数倍关系， 以免产生谐振现象（主要针对高频信号设计而言）。
35. 为了减少线间串扰，应保证线间距足够大，当线中心间距不少于3倍线宽时，则可保持70%的电场不互相干扰，称为3W规则。如要达到98%的电场不互相干扰，可使用10W的间距。
36. 20H规则：由于电源层与地层之间的电场是变化的， 在板的边缘会向外辐射电磁干扰。 称为边沿效应。解决的办法是将电源层内缩， 使得电场只在接地层的范围内传导。 以一个H（电源和地之间的介质厚度）为单位，若内缩20H则可以将70%的电场限制在接地层边沿内；内缩100H则可以将98%的电场限制在内。
37. 布地线时，可以根据情况决定。如大面积敷铜，可以考虑不走地线。如需要走地线，线宽应满足以下关系：地线>电源线>信号线

常见问题

1、什么是3W原则？

答：3W原则指的是线与线中心间距不小于3倍线宽；在PCB设计为了防止高速信号线之间的串扰，需要满足3W要求；当线中心距不少于3倍线宽时，则可保持70%的线间电场不互相干扰。

2、什么是20H原则？

答：指的是确保电源平面的边缘要比地平面边缘至少内缩相当于两个平面间层距的20倍。作用是抑制边缘辐射效应。

3、什么是跨岛？跨岛对于PCB设计好，还是不好？

答：走线在参考面的投影区的铜皮没有连续；跨岛在PCB设计中一般是不允许的，跨岛会造成电磁波辐射。

4、什么是回流路径？

答：高频信号的地线电流总是会选择阻抗Z（不是电阻R）最小的路径走，这条路径并不是终端到源端的直线路径（电阻R 最小），而是走线在参考层上镜像路径（阻抗Z最小），也就是走线在其相邻参考平面上投影的路径。我们要做的就是保证这条路径连续，这样其构成的环路面积就是最小的，产生的电磁波辐射就最小。

5、 什么是回流过孔？

答：回流过孔一般也就是GND（电路图上和电路板上的GND(Ground)代表地线或零线） 在差分信号（差分传输是一种信号传输的技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相等，相位相差180度，极性相反。）换参考平面层使用；目的是为了缩短回流路径。

6、什么是smt、回流焊、波峰焊？

7、什么是MARK点？什么作用？需要几个？

8、什么是拖锡焊盘？作用是什么？

9、高频信号布线时要注意哪些问题？

答：信号线的阻抗匹配；与其他信号线的空间隔离；对于数字高频信号，差分线效果会更好。

10、一个好的板子它的标准是什么？

布局合理、电源线功率冗余度足够、高频阻抗、低频走线简洁。

11、通孔和盲孔对信号的差异影响有多大？应用的原则是什么？

采用盲孔或埋孔是提高多层板密度、减少层数和板面尺寸的有效方法，并大大减少了镀覆通孔的数量。但相比较而言，通孔在工艺上好实现，成本较低，所以一般设计中都使用通孔。

12、电层分割

13、电源位置

14、等长线

15、蛇形线

16、EMI