画PCB是硬件工程师的必修课,原理图再漂亮,板子布不好也是白搭。很多新手以为PCB设计就是连连线,把管脚连起来就行。其实布线里门道很多,电源完整性、信号完整性、EMC这些问题,很大一部分都在布线阶段决定了。今天聊点实战中总结的布线经验和容易踩的坑。
布局是布线的前提,布局不好,后面布线怎么扭都别扭。基本原则是:模拟电路和数字电路分开,高速信号和低速信号分开,大功率器件和小信号器件分开。电源入口放在板子边缘,先经过滤波电容再到芯片。晶振尽量靠近对应的芯片,走线越短越好,下面最好挖空不要走其他信号线。去耦电容要放在芯片电源脚旁边,不能离得太远,否则滤波效果大打折扣。
电源线的粗细是很多新手忽视的问题。电流越大,线宽要越宽。一般可以按照1盎司铜厚、温升10度的标准来算,1安培电流大概需要0.3毫米线宽。如果板子上有大电流,比如电机驱动、电源模块,线宽要单独计算,必要时加宽到几毫米,或者铺铜代替走线。电源和地线尽量成对走,减小环路面积,对抑制辐射干扰有帮助。
高速信号的布线规则更多。时钟线、差分线、DDR数据线这些都属于高速信号,走线要控制阻抗匹配。差分线最重要的是等长和对称,两根线的长度差通常要控制在10mil以内。高速信号不能跨分割平面,否则参考平面不连续,阻抗会突变。过孔会引入寄生电感和电容,高速信号尽量少打过孔,如果必须打,要在旁边加回流地过孔。
地线的设计是PCB布线的核心。不要所有的地都串在一起走,这叫串接地,干扰会互相串扰。正确做法是星型接地或者利用完整地平面。多层板一般会有专门的地层和电源层,信号层通过过孔就近接地。两层板没有专门的地层,可以在底层大面积铺铜做地平面,顶层走不了的地方也铺地铜,通过过孔把上下两层地连起来。
丝印和标注也是容易被忽略的细节。元器件位号要放在元件旁边,不能焊盘盖住。极性元件比如电解电容、二极管,要在丝印上标出正负极方向。板子的版本号、日期、设计者信息也最好印上去,方便后续追溯。板厂有时候会根据丝印来判断元器件安装方向,丝印错了,贴出来的板子也会错。
发给板厂之前,一定要做DRC检查。线间距够不够、有没有短路、有没有开路、孔径是不是在板厂工艺能力范围内,这些都要过一遍。另外要跟板厂确认好工艺参数:最小线宽线距、最小孔径、板厚、铜厚、阻焊颜色、表面处理工艺。不同的板厂能力不一样,设计的时候就要考虑板厂的制程限制,不然画好了板厂做不了,还得返工。