一、布局

 元器件布局的10條規則：

1. 遵照“先大后小，先難后易”的布置原則，即重要的單元電路、核心元器件應當優(yōu)先布局。

2. 布局中應參考原理框圖，根據單板的主信號流向規律安排主要元器件。

3. 元器件的排列要便于調試和維修，亦即小元件周?chē)荒芊胖么笤?、需調試的元、器件周?chē)凶銐虻目臻g。 

4. 相同結構電路部分，盡可能采用“對稱(chēng)式”標準布局；

5. 按照均勻分布、重心平衡、版面美觀(guān)的標準優(yōu)化布局； 

6. 同類(lèi)型插裝元器件在X或Y方向上應朝一個(gè)方向放置。同一種類(lèi)型的有極性 分立元件也要力爭在X或Y方向上保持一致，便于生產(chǎn)和檢驗。 

7. 發(fā)熱元件要一般應均勻分布，以利于單板和整機的散熱，除溫度檢測元件以外的溫度敏感器件應遠離發(fā)熱量大的元器件。 

8. 布局應盡量滿(mǎn)足以下要求:總的連線(xiàn)盡可能短，關(guān)鍵信號線(xiàn)最短；高電壓、大電流信號與小電流，低電壓的弱信號完全分開(kāi)；模擬信號與數字信號分開(kāi)；高頻信號與低頻信號分開(kāi)；高頻元器件的間隔要充分。

9、去偶電容的布局要盡量靠近IC的電源管腳，并使之與電源和地之間形成的回路最短。 

10、元件布局時(shí),應適當考慮使用同一種電源的器件盡量放在一起, 以便于將來(lái)的電源分隔。 

二、布線(xiàn)

（1）布線(xiàn)優(yōu)先次序

鍵信號線(xiàn)優(yōu)先：摸擬小信號、高速信號、時(shí)鐘信號和同步信號等關(guān)鍵信號優(yōu)先布線(xiàn) 

密度優(yōu)先原則：從單板上連接關(guān)系最復雜的器件著(zhù)手布線(xiàn)。從單板上連線(xiàn) 最密集的區域開(kāi)始布線(xiàn) 

注意點(diǎn)：

a、盡量為時(shí)鐘信號、高頻信號、敏感信號等關(guān)鍵信號提供專(zhuān)門(mén)的布線(xiàn)層，并保證其最小的回路面積。必要時(shí)應采取手工優(yōu)先布線(xiàn)、屏蔽和加大安全間距等方法。保證信號質(zhì)量。 

b、電源層和地層之間的EMC環(huán)境較差，應避免布置對干擾敏感的信號。

c、有阻抗控制要求的網(wǎng)絡(luò )應盡量按線(xiàn)長(cháng)線(xiàn)寬要求布線(xiàn)。  

（2）四種具體走線(xiàn)方式

1 、時(shí)鐘的布線(xiàn)：

時(shí)鐘線(xiàn)是對EMC 影響最大的因素之一。在時(shí)鐘線(xiàn)上應少打過(guò)孔，盡量避免和其它信號線(xiàn)并行走線(xiàn)，且應遠離一般信號線(xiàn)，避免對信號線(xiàn)的干擾。同時(shí)應避開(kāi)板上的電源部分，以防止電源和時(shí)鐘互相干擾。

如果板上有專(zhuān)門(mén)的時(shí)鐘發(fā)生芯片，其下方不可走線(xiàn)，應在其下方鋪銅，必要時(shí)還可以對其專(zhuān)門(mén)割地。對于很多芯片都有參考的晶體振蕩器，這些晶振下方也不應走線(xiàn)，要鋪銅隔離。                      

2、直角走線(xiàn):

直角走線(xiàn)一般是PCB布線(xiàn)中要求盡量避免的情況，也幾乎成為衡量布線(xiàn)好壞的標準之一，那么直角走線(xiàn)究竟會(huì )對信號傳輸產(chǎn)生多大的影響呢？從原理上說(shuō)，直角走線(xiàn)會(huì )使傳輸線(xiàn)的線(xiàn)寬發(fā)生變化，造成阻抗的不連續。其實(shí)不光是直角走線(xiàn)，頓角，銳角走線(xiàn)都可能會(huì )造成阻抗變化的情況。

直角走線(xiàn)的對信號的影響就是主要體現在三個(gè)方面：

一是拐角可以等效為傳輸線(xiàn)上的容性負載，減緩上升時(shí)間；

二是阻抗不連續會(huì )造成信號的反射；

三是直角尖端產(chǎn)生的EMI。

3、差分走線(xiàn):

參看：Altium Designer -- 差分布線(xiàn)和阻抗匹配

差分信號（Differential Signal）在高速電路設計中的應用越來(lái)越廣泛，電路中最關(guān)鍵的信號往往都要采用差分結構設計.定義:通俗地說(shuō)，就是驅動(dòng)端發(fā)送兩個(gè)等值、反相的信號，接收端通過(guò)比較這兩個(gè)電壓的差值來(lái)判斷邏輯狀態(tài)“0”還是“1”。而承載差分信號的那一對走線(xiàn)就稱(chēng)為差分走線(xiàn)。

差分信號和普通的單端信號走線(xiàn)相比，最明顯的優(yōu)勢體現在以下三個(gè)方面：    

a.抗干擾能力強，因為兩根差分走線(xiàn)之間的耦合很好，當外界存在噪聲干擾時(shí)，幾乎是同時(shí)被耦合到兩條線(xiàn)上，而接收端關(guān)心的只是兩信號的差值，所以外界的共模噪聲可以被完全抵消。 

b.能有效抑制EMI，同樣的道理，由于兩根信號的極性相反，他們對外輻射的電磁場(chǎng)可以相互抵消，耦合的越緊密，泄放到外界的電磁能量越少。

c.時(shí)序定位精確，由于差分信號的開(kāi)關(guān)變化是位于兩個(gè)信號的交點(diǎn)，而不像普通單端信號依靠高低兩個(gè)閾值電壓判斷，因而受工藝，溫度的影響小，能降低時(shí)序上的誤差，同時(shí)也更適合于低幅度信號的電路。目前流行的LVDS（low voltage differential signaling）就是指這種小振幅差分信號技術(shù)。

對于PCB工程師來(lái)說(shuō)，最關(guān)注的還是如何確保在實(shí)際走線(xiàn)中能完全發(fā)揮差分走線(xiàn)的這些優(yōu)勢。也許只要是接觸過(guò)Layout的人都會(huì )了解差分走線(xiàn)的一般要求，那就是“等長(cháng)、等距”。 

等長(cháng)是為了保證兩個(gè)差分信號時(shí)刻保持相反極性，減少共模分量；等距則主要是為了保證兩者差分阻抗一致，減少反射?！氨M量靠近原則”有時(shí)候也是差分走線(xiàn)的要求之一。 

4、蛇形線(xiàn):

蛇形線(xiàn)是Layout中經(jīng)常使用的一類(lèi)走線(xiàn)方式。其主要目的就是為了調節延時(shí)，滿(mǎn)足系統時(shí)序設計要求。設計者首先要有這樣的認識：蛇形線(xiàn)會(huì )破壞信號質(zhì)量，改變傳輸延時(shí)，布線(xiàn)時(shí)要盡量避免使用。但實(shí)際設計中，為了保證信號有足夠的保持時(shí)間，或者減小同組信號之間的時(shí)間偏移，往往不得不故意進(jìn)行繞線(xiàn)。

注意點(diǎn):

成對出現的差分信號線(xiàn)，一般平行走線(xiàn)，盡量少打過(guò)孔，必須打孔時(shí)，應兩線(xiàn)一同打孔，以做到阻抗匹配。

相同屬性的一組總線(xiàn)，應盡量并排走線(xiàn)，做到盡量等長(cháng)。從貼片焊盤(pán)引出的過(guò)孔盡量離焊盤(pán)遠些。       

（3）布線(xiàn)常用規則

1、走線(xiàn)的方向控制規則： 

即相鄰層的走線(xiàn)方向成正交結構。避免將不同的信號線(xiàn)在相鄰層走成同一方向，以減少不必要的層間竄擾；當由于板結構限制（如某些背板）難以避免出現該情況，特別是信號速率較高時(shí)，應考慮用地平面隔離各布線(xiàn)層，用地信號線(xiàn)隔離各信號線(xiàn)。 

 2、走線(xiàn)的開(kāi)環(huán)檢查規則：

一般不允許出現一端浮空的布線(xiàn)（Dangling Line), 主要是為了避免產(chǎn)生"天線(xiàn)效應"，減少不必要的干擾輻射和接受，否則可能帶來(lái)不可預知的結果。 

3、阻抗匹配檢查規則： 

同一網(wǎng)絡(luò )的布線(xiàn)寬度應保持一致，線(xiàn)寬的變化會(huì )造成線(xiàn)路特性阻抗的不均勻，當傳輸的速度較高時(shí)會(huì )產(chǎn)生反射，在設計中應該盡量避免這種情況。在某些條件下，如接插件引出線(xiàn)，BGA封裝的引出線(xiàn)類(lèi)似的結構時(shí)，可能無(wú)法避免線(xiàn)寬的變化，應該盡量減少中間不一致部分的有效長(cháng)度。 

4、走線(xiàn)長(cháng)度控制規則： 

即短線(xiàn)規則，在設計時(shí)應該盡量讓布線(xiàn)長(cháng)度盡量短，以減少由于走線(xiàn)過(guò)長(cháng)帶來(lái)的干擾問(wèn)題，特別是一些重要信號線(xiàn)，如時(shí)鐘線(xiàn)，務(wù)必將其振蕩器放在離器件很近的地方。對驅動(dòng)多個(gè)器件的情況，應根據具體情況決定采用何種網(wǎng)絡(luò )拓撲結構。  

5、倒角規則： 

PCB設計中應避免產(chǎn)生銳角和直角， 產(chǎn)生不必要的輻射，同時(shí)工藝性能也不好。  

6、器件去藕規則： 

A. 在印制版上增加必要的去藕電容，濾除電源上的干擾信號，使電源信號穩定。在多層板中，對去藕電容的位置一般要求不太高，但對雙層板，去藕電容的布局及電源的布線(xiàn)方式將直接影響到整個(gè)系統的穩定性，有時(shí)甚至關(guān)系到設計的成敗。 

B. 在雙層板設計中，一般應該使電流先經(jīng)過(guò)濾波電容濾波再供器件使用。 

C. 在高速電路設計中，能否正確地使用去藕電容，關(guān)系到整個(gè)板的穩定性。 

7、器件布局分區/分層規則： 

A. 主要是為了防止不同工作頻率的模塊之間的互相干擾，同時(shí)盡量縮短高頻部分的布線(xiàn)長(cháng)度。

B. 對混合電路，也有將模擬與數字電路分別布置在印制板的兩面，分別使用不同的層布線(xiàn)，中間用地層隔離的方式。 

8、地線(xiàn)回路規則：

環(huán)路最小規則，即信號線(xiàn)與其回路構成的環(huán)面積要盡可能小，環(huán)面積越小，對外的輻射越少，接收外界的干擾也越小。 

9、電源與地線(xiàn)層的完整性規則： 

對于導通孔密集的區域，要注意避免孔在電源和地層的挖空區域相互連接，形成對平面層的分割，從而破壞平面層的完整性，并進(jìn)而導致信號線(xiàn)在地層的回路面積增大。 

10、3W規則： 

為了減少線(xiàn)間串擾，應保證線(xiàn)間距足夠大，當線(xiàn)中心間距不少于3倍線(xiàn)寬時(shí)，則可保持70%的電場(chǎng)不互相干擾，稱(chēng)為3W規則。如要達到98%的電場(chǎng)不互相干擾，可使用10W的間距。

11、屏蔽保護：

對應地線(xiàn)回路規則，實(shí)際上也是為了盡量減小信號的回路面積，多見(jiàn)于一些比較重要的信號，如時(shí)鐘信號，同步信號；對一些特別重要，頻率特別高的信號，應該考慮采用銅軸電纜屏蔽結構設計，即將所布的線(xiàn)上下左右用地線(xiàn)隔離，而且還要考慮好如何有效的讓屏蔽地與實(shí)際地平面有效結合。  

12、走線(xiàn)終結網(wǎng)絡(luò )規則：

在高速數字電路中， 當PCB布線(xiàn)的延遲時(shí)間大于信號上升時(shí)間（或下降時(shí)間） 的1/4時(shí)，該布線(xiàn)即可以看成傳輸線(xiàn)，為了保證信號的輸入和輸出阻抗與傳輸線(xiàn)的阻抗正確匹配，可以采用多種形式的匹配方法， 所選擇的匹配方法與網(wǎng)絡(luò )的連接方式和布線(xiàn)的拓樸結構有關(guān)。

A. 對于點(diǎn)對點(diǎn)（一個(gè)輸出對應一個(gè)輸入） 連接， 可以選擇始端串聯(lián)匹配或終端并聯(lián)匹配。前者結構簡(jiǎn)單，成本低，但延遲較大。后者匹配效果好，但結構復雜，成本較高。

B. 對于點(diǎn)對多點(diǎn)（一個(gè)輸出對應多個(gè)輸出） 連接， 當網(wǎng)絡(luò )的拓樸結構為菊花鏈時(shí)，應選擇終端并聯(lián)匹配。當網(wǎng)絡(luò )為星型結構時(shí)，可以參考點(diǎn)對點(diǎn)結構。星形和菊花鏈為兩種基本的拓撲結構, 其他結構可看成基本結構的變形, 可采取一些靈活措施進(jìn)行匹配。在實(shí)際操作中要兼顧成本、 功耗和性能等因素， 一般不追求完全匹配，只要將失配引起的反射等干擾限制在可接受的范圍即可。 

13、走線(xiàn)閉環(huán)檢查規則：

防止信號線(xiàn)在不同層間形成自環(huán)。在多層板設計中容易發(fā)生此類(lèi)問(wèn)題， 自環(huán)將引起輻射干擾。 

14、走線(xiàn)的分枝長(cháng)度控制規則：

盡量控制分枝的長(cháng)度，一般的要求是Tdelay<=Trise/20。 

15、走線(xiàn)的諧振規則：

主要針對高頻信號設計而言， 即布線(xiàn)長(cháng)度不得與其波長(cháng)成整數倍關(guān)系， 以免產(chǎn)生諧振現象。 

16、孤立銅區控制規則：

孤立銅區的出現， 將帶來(lái)一些不可預知的問(wèn)題， 因此將孤立銅區與別的信號相接， 有助于改善信號質(zhì)量，通常是將孤立銅區接地或刪除。在實(shí)際的制作中， PCB廠(chǎng)家將一些板的空置部分增加了一些銅箔，這主要是為了方便印制板加工，同時(shí)對防止印制板翹曲也有一定的作用。 

17、重疊電源與地線(xiàn)層規則：

不同電源層在空間上要避免重疊。主要是為了減少不同電源之間的干擾， 特別是一些電壓相差很大的電源之間， 電源平面的重疊問(wèn)題一定要設法避免， 難以避免時(shí)可考慮中間隔地層。 

18、20H規則：

由于電源層與地層之間的電場(chǎng)是變化的， 在板的邊緣會(huì )向外輻射電磁干擾。稱(chēng)為邊沿效應。

解決的辦法是將電源層內縮， 使得電場(chǎng)只在接地層的范圍內傳導。以一個(gè)H（電源和地之間的介質(zhì)厚度）為單位，若內縮20H則可以將70%的電場(chǎng)限制在接地層邊沿內；內縮100H則可以將98%的電場(chǎng)限制在內。 

（4）其他

對于單雙層板電源線(xiàn)應盡量粗而短。電源線(xiàn)和地線(xiàn)的寬度要求可以根據1mm的線(xiàn)寬最大對應1A 的電流來(lái)計算，電源和地構成的環(huán)路盡量小。