华为PCB布线规则

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1、-华为PCB布线规 (2007-01-14 23:33) 分类： PCB 技术-文章 Q/DKBA 市华为技术企业标准 Q/DKBA-Y004-1999 印制电路板(PCB)设计规 VER 1.0 1999-07-30发布 1999-08-30实施 深 圳 市 华 为 技 术 有 限 公 司 发布 前 言 本标准根据国家标准印制电路板设计和使用 等标准编制而成. 本标准于1998年07 月30日首次发布. 本标准起草单位: CAD研究部、硬件工程室 本标准主要起草人:吴多明 朝伦 胡庆虎 龚良忠 珂 梅泽良 本标准批准人:周代琪 印制电路板(PCB)设计规 1. 适用围 本规适用于华为公司CA

2、D设计的所有印制电路板(简称PCB). 2. 引用标准 以下标准包含的条文,通过在本标准中引用而构本钱标准的条文.在标准出版时,所示版本均为有效.所有标准都会被修订,使用本标准的各方应探讨,使用以下标准最新版本的可能性. GB 4588.388 印制电路板设计和使用 Q/DKBA-Y001-1999 印制电路板CAD工艺设计规 1. 术语 1.1 PCB(Print circuit Board):印刷电路板. 1.2 原理图:电路原理图,用原理图设计工具绘制的、表达硬件电路中各种器件之间的连接关系的图. 1.3 网络表:由原理图设计工具自动生成的、表达元器件电气连接关系的文本文件,一般包含元器

3、件封装、网络列表和属性定义等组成局部. 1.4 布局:PCB设计过程中,按照设计要求,把元器件放置到板上的过程. 市华为技术1999-07-30批准 1999-08-30实施 1.5 仿真:在器件的IBIS MODEL或SPICE MODEL支持下,利用EDA设计工具对PCB的布局、布线效果进展仿真分析,从而在单板的物理实现之前发现设计中存在的EMC问题、时序问题和信号完整性问题,并找出适当的解决方案. 市华为技术1999-07-30批准 1999-08-30实施 II. 目的 A. 本规归定了我司PCB设计的流程和设计原则,主要目的是为PCB设计者提供必须遵循的规则和约定. B. 提高PCB

4、设计质量和设计效率. 提高PCB的可生产性、可测试、可维护性. III. 设计任务受理 A. PCB设计申请流程 当硬件工程人员需要进展PCB设计时,须在PCB设计投板申请表中提出投板申请,并经其工程经理和方案处批准后,流程状态到达指定的PCB设计部门审批,此时硬件工程人员须准备好以下资料: 经过评审的,完全正确的原理图,包括纸面文件和电子件; 带有MRPII元件编码的正式的BOM; PCB构造图,应标明外形尺寸、安装孔大小及定位尺寸、接插件定位尺寸、制止布线区等相关尺寸; 对于新器件,即无MRPII编码的器件,需要提供封装资料; 以上资料经指定的PCB设计部门审批合格并指定PCB设计者前方可

5、开场PCB设计. B. 理解设计要求并制定设计方案 1. 仔细审读原理图,理解电路的工作条件.如模拟电路的工作频率,数字电路的工作速度等与布线要求相关的要素.理解电路的根本功能、在系统中的作用等相关问题. 2. 在与原理图设计者充分交流的根底上,确认板上的关键网络,如电源、时钟、高速总线等,了解其布线要求.理解板上的高速器件及其布线要求. 3. 根据硬件原理图设计规的要求,对原理图进展规性审查. 4. 对于原理图中不符合硬件原理图设计规的地方,要明确指出,并积极协助原理图设计者进展修改. 5. 在与原理图设计者交流的根底上制定出单板的PCB设计方案,填写设计记录表,方案要包含设计过程中原理图输

6、入、布局完成、布线完成、信号完整性分析、光绘完成等关键检查点的时间要求.设计方案应由PCB设计者和原理图设计者双方签字认可. 6. 必要时,设计方案应征得上级主管的批准. IV. 设计过程 A. 创立网络表 1. 网络表是原理图与PCB的接口文件,PCB设计人员应根据所用的原理图和PCB设计工具的特性,选用正确的网络表格式,创立符合要求的网络表. 2. 创立网络表的过程中,应根据原理图设计工具的特性,积极协助原理图设计者排除错误.保证网络表的正确性和完整性. 3. 确定器件的封装(PCB FOOTPRINT) 4. 创立PCB板 根据单板构造图或对应的标准板框, 创立PCB设计文件; 注意正确

7、选定单板坐标原点的位置,原点的设置原则: A. 单板左边和下边的延长线交汇点. B. 单板左下角的第一个焊盘. 板框四周倒圆角,倒角半径5mm.特殊情况参考构造设计要求. B. 布局 1. 根据构造图设置板框尺寸,按构造要素布置安装孔、接插件等需要定位的器件,并给这些器件赋予不可移动属性. 按工艺设计规的要求进展尺寸标注. 2. 根据构造图和生产加工时所须的夹持边设置印制板的制止布线区、制止布局区域.根据*些元件的特殊要求,设置制止布线区. 3. 综合考虑PCB性能和加工的效率选择加工流程. 加工工艺的优选顺序为:元件面单面贴装元件面贴、插混装(元件面插装焊接面贴装一次波峰成型)双面贴装元件面

8、贴插混装、焊接面贴装. 4. 布局操作的根本原则 A. 遵照“先大后小,先难后易的布置原则,即重要的单元电路、核心元器件应当优先布局 B. 布局中应参考原理框图,根据单板的主信号流向规律安排主要元器件 C. 布局应尽量满足以下要求:总的连线尽可能短,关键信号线最短;高电压、大电流信号与小电流,低电压的弱信号完全分开;模拟信号与数字信号分开;高频信号与低频信号分开;高频元器件的间隔要充分 D. 一样构造电路局部,尽可能采用“对称式标准布局; E. 按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准优化布局; F. 器件布局栅格的设置,一般IC器件布局时,栅格应为50-100 mil,小型外表安装器件,如外表

9、贴装元件布局时,栅格设置应不少于25mil. G. 如有特殊布局要求,应双方沟通后确定. 5. 同类型插装元器件在*或Y方向上应朝一个方向放置.同一种类型的有极性分立元件也要力争在*或Y方向上保持一致,便于生产和检验. 6. 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. 7. 元器件的排列要便于调试和维修,亦即小元件周围不能放置大元件、需调试的元、器件周围要有足够的空间. 8. 需用波峰焊工艺生产的单板,其紧固件安装孔和定位孔都应为非金属化孔.当安装孔需要接地时, 应采用分布接地小孔的方式与地平面连接. 9. 焊接面的贴装元件采用波

10、峰焊接生产工艺时,阻、容件轴向要与波峰焊传送方向垂直, 阻排及SOP(PIN间距大于等于1.27mm)元器件轴向与传送方向平行;PIN间距小于1.27mm(50mil)的IC、SOJ、PLCC、QFP等有源元件防止用波峰焊焊接. 10. BGA与相邻元件的距离5mm.其它贴片元件相互间的距离0.7mm;贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm;有压接件的PCB,压接的接插件周围5mm不能有插装元、器件,在焊接面其周围5mm也不能有贴装元、器件. 11. IC去偶电容的布局要尽量靠近IC的电源管脚,并使之与电源和地之间形成的回路最短. 12. 元件布局时,应适当考虑使用同一种电源的器

11、件尽量放在一起, 以便于将来的电源分隔. 13. 用于阻抗匹配目的阻容器件的布局,要根据其属性合理布置. 串联匹配电阻的布局要靠近该信号的驱动端,距离一般不超过500mil. 匹配电阻、电容的布局一定要分清信号的源端与终端,对于多负载的终端匹配一定要在信号的最远端匹配. 14. 布局完成后打印出装配图供原理图设计者检查器件封装的正确性,并且确认单板、背板和接插件的信号对应关系,经确认无误前方可开场布线. C. 设置布线约束条件 1. 报告设计参数 8 布局根本确定后,应用PCB设计工具的统计功能,报告网络数量,网络密度,平均管脚密度等根本参数,以便确定所需要的信号布线层数. 信号层数确实定可参

12、考以下经历数据 Pin密度 信号层数 板层数 注:PIN密度的定义为: 板面积(平方英寸)/(板上管脚总数/14) 布线层数的具体确定还要考虑单板的可靠性要求,信号的工作速度,制造本钱和交货期等因素. 1. 布线层设置 在高速数字电路设计中,电源与地层应尽量靠在一起,中间不安排布线.所有布线层都尽量靠近一平面层,优选地平面为走线隔离层. 为了减少层间信号的电磁干扰,相邻布线层的信号线走向应取垂直方向. 可以根据需要设计1-2个阻抗控制层,如果需要更多的阻抗控制层需要与PCB产家协商.阻抗控制层要按要求标注清楚.将单板上有阻抗控制要求的网络布线分布在阻抗控制层上. 2. 线宽和线间距的设置 线宽

13、和线间距的设置要考虑的因素 A. 单板的密度.板的密度越高,倾向于使用更细的线宽和更窄的间隙. B. 信号的电流强度.当信号的平均电流较大时,应考虑布线宽度所能承载的的电流,线宽可参考以下数据: PCB设计时铜箔厚度,走线宽度和电流的关系 不同厚度,不同宽度的铜箔的载流量见下表: 铜皮厚度35um 铜皮厚度50um 铜皮厚度70um 铜皮t=10 铜皮t=10 铜皮t=10 注: i. 用铜皮作导线通过大电流时,铜箔宽度的载流量应参考表中的数值降额50%去选择考虑. ii. 在PCB设计加工中,常用OZ(盎司)作为铜皮厚度的单位,1 OZ铜厚的定义为1 平方英尺面积铜箔的重量为一盎,对应的物理

14、厚度为35um;2OZ铜厚为70um. C. 电路工作电压:线间距的设置应考虑其介电强度. 输入150V-300V电源最小空气间隙及爬电距离 输入300V-600V电源最小空气间隙及爬电距离 D. 可靠性要求.可靠性要求高时,倾向于使用较宽的布线和较大的间距. E. PCB加工技术限制 国 国际先进水平 推荐使用最小线宽/间距 6mil/6mil 4mil/4mil 极限最小线宽/间距 4mil/6mil 2mil/2mil 1. 孔的设置 过线孔 制成板的最小孔径定义取决于板厚度,板厚孔径比应小于 5-8. 孔径优选系列如下: 孔径: 24mil 20mil 16mil 12mil 8mil

15、 焊盘直径: 40mil 35mil 28mil 25mil 20mil 层热焊盘尺寸: 50mil 45mil 40mil 35mil 30mil 板厚度与最小孔径的关系: 板厚: 3.0mm 2.5mm 2.0mm 1.6mm 1.0mm 最小孔径: 24mil 20mil 16mil 12mil 8mil 盲孔和埋孔 11 盲孔是连接表层和层而不贯穿整板的导通孔,埋孔是连接层之间而在成 品板表层不可见的导通孔,这两类过孔尺寸设置可参考过线孔. 应用盲孔和埋孔设计时应对PCB加工流程有充分的认识,防止给PCB加工带 来不必要的问题,必要时要与PCB供给商协商. 测试孔 测试孔是指用于ICT

16、测试目的的过孔,可以兼做导通孔,原则上孔径不限,焊盘直径应不小于25mil,测试孔之间中心距不小于50mil. 不推荐用元件焊接孔作为测试孔. 2. 特殊布线区间的设定 特殊布线区间是指单板上*些特殊区域需要用到不同于一般设置的布线参数,如*些高密度器件需要用到较细的线宽、较小的间距和较小的过孔等,或*些网络的布线参数的调整等,需要在布线前加以确认和设置. 3. 定义和分割平面层 A. 平面层一般用于电路的电源和地层(参考层),由于电路中可能用到不同的电源和地层,需要对电源层和地层进展分隔,其分隔宽度要考虑不同电源之间的电位差,电位差大于12V时,分隔宽度为50mil,反之,可选20-25mi

17、l . B. 平面分隔要考虑高速信号回流路径的完整性. C. 当由于高速信号的回流路径遭到破坏时,应当在其他布线层给予补尝.例如可用接地的铜箔将该信号网络包围,以提供信号的地回路. B. 布线前仿真(布局评估,待扩大) C. 布线 1. 布线优先次序 关键信号线优先:电源、摸拟小信号、高速信号、时钟信号和同步信号等关键信号优先布线 密度优先原则:从单板上连接关系最复杂的器件着手布线.从单板上连线最密集的区域开场布线. 2. 自动布线 在布线质量满足设计要求的情况下,可使用自动布线器以提高工作效率,在自动布线前应完成以下准备工作: 自动布线控制文件(do file) 为了更好地控制布线质量,一般

18、在运行前要详细定义布线规则,这些规则可以在软件的图形界面进展定义,但软件提供了更好的控制方法,即针对设计情况,写出自动布线控制文件(do file),软件在该文件控制下运行. 3. 尽量为时钟信号、高频信号、敏感信号等关键信号提供专门的布线层,并保证其最小的回路面积.必要时应采取手工优先布线、屏蔽和加大平安间距等方法.保证信号质量. 4. 电源层和地层之间的EMC环境较差,应防止布置对干扰敏感的信号. 5. 有阻抗控制要求的网络应布置在阻抗控制层上. 6. 进展PCB设计时应该遵循的规则 1) 地线回路规则: 环路最小规则,即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

19、收外界的干扰也越小.针对这一规则,在地平面分割时,要考虑到地平面与重要信号走线的分布,防止由于地平面开槽等带来的问题;在双层板设计中,在为电源留下足够空间的情况下,应该将留下的局部用参考地填充,且增加一些必要的孔,将双面地信号有效连接起来,对一些关键信号尽量采用地线隔离,对一些频率较高的设计,需特别考虑其地平面信号回路问题,建议采用多层板为宜. 2) 窜扰控制 串扰(CrossTalk)是指PCB上不同网络之间因较长的平行布线引起的相互干扰,主要是由于平行线间的分布电容和分布电感的作用.克制串扰的主要措施是: 加大平行布线的间距,遵循3W规则. 在平行线间插入接地的隔离线. 减小布线层与地平面

20、的距离. 3) 屏蔽保护 对应地线回路规则,实际上也是为了尽量减小信号的回路面积,多见于一些比拟重要的信号,如时钟信号,同步信号;对一些特别重要,频率特别高的信号,应该考虑采用铜轴电缆屏蔽构造设计,即将所布的线上下左右用地线隔离,而且还要考虑好如何有效的让屏蔽地与实际地平面有效结合. 4) 走线的方向控制规则: 即相邻层的走线方向成正交构造.防止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;当由于板构造限制(如*些背板)难以防止出现该情况,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. 5) 走线的开环检查规则: 一般不允许出现一端浮空的布线(Dang

21、ling Line), 主要是为了防止产生天线效应,减少不必要的干扰辐射和承受,否则可能带来不可预知的结果. 6) 阻抗匹配检查规则: 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,在设计中应该尽量防止这种情况.在*些条件下,如接插件引出线,BGA封装的引出线类似的构造时,可能无法防止线宽的变化,应该尽量减少中间不一致局部的有效长度. 7) 走线终结网络规则: 在高速数字电路中,当PCB布线的延迟时间大于信号上升时间(或下降时间)的1/4时,该布线即可以看成传输线,为了保证信号的输入和输出阻抗与传输线的阻抗正确匹配,可以采用多种形式的匹配方法

22、,所选择的匹配方法与网络的连接方式和布线的拓朴构造有关. A. 对于点对点(一个输出对应一个输入)连接,可以选择始端串联匹配或终端并联匹配.前者构造简单,本钱低,但延迟较大.后者匹配效果好,但构造复杂,本钱较高. B. 对于点对多点(一个输出对应多个输出)连接,当网络的拓朴构造为菊花链时,应选择终端并联匹配.当网络为星型构造时,可以参考点对点构造. 星形和菊花链为两种根本的拓扑构造, 其他构造可看成根本构造的变形, 可采取一些灵活措施进展匹配.在实际操作中要兼顾本钱、功耗和性能等因素,一般不追求完全匹配,只要将失配引起的反射等干扰限制在可承受的围即可. 8) 走线闭环检查规则: 防止信号线在不

23、同层间形成自环.在多层板设计中容易发生此类问题,自环将引起辐射干扰. 9) 走线的分枝长度控制规则: 尽量控制分枝的长度,一般的要Tdelay=Trise/20. 10) 走线的谐振规则: 主要针对高频信号设计而言,即布线长度不得与其波长成整数倍关系,以免产生谐振现象. 11) 走线长度控制规则: 即短线规则,在设计时应该尽量让布线长度尽量短,以减少由于走线过长带来的干扰问题,特别是一些重要信号线,如时钟线,务必将其振荡器放在离器件很近的地方.对驱动多个器件的情况,应根据具体情况决定采用何种网络拓扑构造. 12) 倒角规则: PCB设计中应防止产生锐角和直角, 产生不必要的辐射,同时工艺性能也

24、不好. 13) 器件去藕规则: A. 在印制版上增加必要的去藕电容,滤除电源上的干扰信号,使电源信号稳定.在多层板中,对去藕电容的位置一般要求不太高,但对双层板,去藕电容的布局及电源的布线方式将直接影响到整个系统的稳定性,有时甚至关系到设计的成败. B. 在双层板设计中,一般应该使电流先经过滤波电容滤波再供器件使用,同时还要充分考虑到由于器件产生的电源噪声对下游的器件的影响,一般来说,采用总线构造设计比拟好,在设计时,还要考虑到由于传输距离过长而带来的电压跌落给器件造成的影响,必要时增加一些电源滤波环路,防止产生电位差. C. 在高速电路设计中,能否正确地使用去藕电容,关系到整个板的稳定性.

25、14) 器件布局分区/分层规则: A. 主要是为了防止不同工作频率的模块之间的互相干扰,同时尽量缩短高频局部的布线长度.通常将高频的局部布设在接口局部以减少布线长度,当然,这样的布局仍然要考虑到低频信号可能受到的干扰.同时还要考虑到高/低频局部地平面的分割问题,通常采用将二者的地分割,再在接口处单点相接. B. 对混合电路,也有将模拟与数字电路分别布置在印制板的两面,分别使用不同的层布线,中间用地层隔离的方式. 15) 孤立铜区控制规则: 孤立铜区的出现,将带来一些不可预知的问题,因此将孤立铜区与别的信号相接,有助于改善信号质量, 通常是将孤立铜区接地或删除.在实际的制作中,PCB厂家将一些板

26、的空置局部增加了一些铜箔,这主要是为了方便印制板加工,同时对防止印制板翘曲也有一定的作用. 16) 电源与地线层的完整性规则: 对于导通孔密集的区域,要注意防止孔在电源和地层的挖空区域相互连接,形成对平面层的分割,从而破坏平面层的完整性,并进而导致信号线在地层的回路面积增大. 17) 重叠电源与地线层规则: 不同电源层在空间上要防止重叠.主要是为了减少不同电源之间的干扰,特别是一些电压相差很大的电源之间,电源平面的重叠问题一定要设法防止,难以防止时可考虑中间隔地层. 18) 3W规则: 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

27、规则.如要到达98%的电场不互相干扰,可使用10W的间距. 19) 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. 解决的方法是将电源层缩,使得电场只在接地层的围传导.以一个H(电源和地之间的介质厚度)为单位,假设缩20H则可以将70%的电场限制在接地层边沿;缩100H则可以将98%的电场限制在. 20) 五-五规则: 印制板层数选择规则,即时钟频率到5MHz或脉冲上升时间小于5ns,则PCB板须采用多层板,这是一般的规则,有的时候出于本钱等因素的考虑,采用双层板构造时,这种情况下,最好将印制板的一面做为一个完整的地平面层. D. 后仿真及设计优

28、化(待补充) E. 工艺设计要求 1. 一般工艺设计要求参考印制电路CAD工艺设计规Q/DKBA-Y001-1999 2. 功能板的ICT可测试要求 A. 对于大批量生产的单板,一般在生产中要做ICT(In Circuit Test), 为了满足ICT测试设备的要求,PCB设计中应做相应的处理,一般要求每个网络都要至少有一个可供测试探针接触的测试点,称为ICT测试点. B. PCB上的ICT测试点的数目应符合ICT测试规的要求,且应在PCB板的焊接面, 检测点可以是器件的焊点,也可以是过孔. C. 检测点的焊盘尺寸最小为24mils(0.6mm),两个单独测试点的最小间距为60mils(1.5

29、mm). D. 需要进展ICT测试的单板,PCB的对角上要设计两个125MILS的非金属化的孔, 为ICT测试定位用. 3. PCB标注规. 钻孔层中应标明印制板的准确的外形尺寸,且不能形成封闭尺寸标注; 所有孔的尺寸和数量并注明孔是否金属化. II. 设计评审 A. 评审流程 设计完成后,根据需要可以由PCB设计者或产品硬件开发人员提出PCB设计质量的评审,其工作流程和评审方法参见PCB设计评审规. B. 自检工程 如果不需要组织评审组进展设计评审,可自行检查以下工程. 1. 检查高频、高速、时钟及其他脆弱信号线,是否回路面积最小、是否远离干扰源、是否有多余的过孔和绕线、是否有垮地层分割区

30、2. 检查晶体、变压器、光藕、电源模块下面是否有信号线穿过,应尽量防止在其下穿线,特别是晶体下面应尽量铺设接地的铜皮. 3. 检查定位孔、定位件是否与构造图一致,ICT定位孔、SMT定位光标是否加上并符合工艺要求. 4. 检查器件的序号是否按从左至右的原则归宿无误的摆放规则,并且无丝印覆盖焊盘;检查丝印的版本号是否符合版本升级规,并标识出. 5. 报告布线完成情况是否百分之百;是否有线头;是否有孤立的铜皮. 6. 检查电源、地的分割正确;单点共地已作处理; 7. 检查各层光绘选项正确,标注和光绘名正确;需拼板的只需钻孔层的图纸标注. 8. 输出光绘文件,用CAM350检查、确认光绘正确生成. 9. 按规定填写PCB设计(归档)自检表,连同设计文件一起提交给工艺设计人员进展工艺审查. 10. 对工艺审查中发现的问题,积极改良,确保单板的可加工性、可生产性和可测试性. 22 附录A(标准的附录) 附录A:传输线有关参数的计算公式 1.1微带线(Microstrip) 1.2带状线(Stripline) 23 附录A(标准的附录) 1.3经历数据 对FR-4材料(r在4.55之间):75微带线,wh;50微带线,w2h;25微带线,w3.5h.75带状线,w=h/8;50带状线,w=h/3. . z.