PCB电路设计与制作工艺.doc

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1、毕业设计报告（论文）报告（论文）题目：PCB电路设计与制作工艺 作者所在系部： 电子工程系 作者所在专业： 应用电子技术 作者所在班级： 10211 作 者 姓 名 ： 张晨曦 作 者 学 号 ： 20103021121 指导教师姓名： 许振忠 完 成 时 间 ： 2013年6月10日 北华航天工业学院教务处制北华航天工业学院电子工程系毕业设计（论文）任务书姓 名：张晨曦专 业：应用电子技术班 级：10211学号：20103021121指导教师：许振忠职 称：讲师完成时间：2013年6月10日毕业设计（论文）题目：PCB电路设计与制作工艺设计目标：1.能够完成常见电路设计 2.能够掌握PCB设

2、计知识在实践当中的具体应用 3.了解PCB制作的工艺流程技术要求：1.熟练掌握Allegro软件的基本知识及操作方法 2.掌握PCBlayout的基本原则 3.掌握PCB制作工艺的基本流程所需仪器设备：计算机一台、Allegro软件成果验收形式：毕业论文参考文献：Cadence系统级封装设计-Allegro Sip/APD设计指南电子系统设计Cadence印刷电路板设计Allegro PCB Editor设计指南时间安排15周-6周立题论证39周-13周实际操作27周-8周方案设计414周-16周成果验收指导教师： 教研室主任： 系主任：摘 要本论文以PCB基本知识为基础，以allegro软件

3、平台作为载体，讨论研究了PCB实际设计过程中常见电路的设计，并以DDR3为实例，讨论了PCB设计知识在实践当中的应用。PCB（Printed Circuit Board），中文名称为印制线路板，简称印制板，是电子工业的重要部件之一。印制电路板的创造者是奥地利人保罗爱斯勒（Paul Eisler），1936年，他首先在收音机里采用了印刷电路板。1943年，美国人多将该技术运用于军用收音机，1948年，美国正式认可此发明可用于商业用途。自20世纪50年代中期起，印刷线路板才开始被广泛运用。综述国内外对未来印制板生产制造技术发展动向的论述基本是一致的，即向高密度，高精度，细孔径，细导线，细间距，高可

4、靠，多层化，高速传输，轻量，薄型方向发展，在生产上同时向提高生产率，降低成本，减少污染，适应多品种、小批量生产方向发展。印制电路的技术发展水平，一般以印制板上的线宽，孔径，板厚/孔径比值为代表.关键词 Allegro，PCB设计，PCB制作工艺，目 录第一章：PCB概述：61.1.PCB简介及历史：61.2.PCB设计81.3.PCB的分类81.4.PCB产业链81.4.1玻纤布：91.4.2铜箔：91.4.3覆铜板：91.5.国际PCB行业发展状况101.6.国内PCB行业发展状况101.7.行业总评10第二章：ALLEGRO SPB及相关PCB设计平台简介112.1.Allegro简介11

5、2.2.其他PCB设计软件简介：12第三章：PCB封装及基本概念123.1.PCB常见封装123.1.1.(DIP)直插133.1.2.(BGA)球栅阵列封装133.1.3.(SOP)小外形封装143.1.4.(QFP)四侧引脚扁平封装143.1.5.(QFN) 方形扁平无引脚封装153.1.6.(SOT)小外形晶体管封装153.1.7.(SIP)系统级封装163.2.设计基本概念163.2.1(Differengtial Signal)差分信号163.2.2(microstrip）微带线173.2.3 (stripline/double stripline）带状线173.2.43W规则173

6、.2.520H规则173.2.6(impedance)阻抗183.2.7(Si)信号完整性183.2.8（EMI）电磁干扰183.2.9(Analog Data）模拟数据183.2.10 (Digital Data)数字数据193.2.11(DRC)设计规则检测193.2.12(DFA)装配设计203.2.13(TP)测试点203.2.14Gerber文件20第四章：层叠设计与阻抗控制214.1.PCB层的构成214.2.合理的PCB层数选择214.3.层叠设计的基本原则21第五章：PCB布线基本原则225.1.布线概述225.2.布线中电器特性要求225.2.1.阻抗控制和阻抗连续性225.

7、2.2.串扰或者EMC等其他干扰的控制要求：225.3.拓扑结构和时序要求235.4.电源以及功率信号的布线要求235.5.布线中散热考虑235.6.布线其他总结24第六章：常见PCB电路设计246.1.无源晶体246.2.有源晶振246.3.时钟驱动：256.4.网口电路266.5光口电路266.6.DC/DC电路（LDO）276.7.音频接口电路276.8.VGA接口电路276.9.JTAG电路286.10.USB接口电路28第七章：DDR3的PCB设计实例297.1.DDR3概述297.1.1FLY-BY设计297.2.2.DDR3电源设计297.2.3.突发长度（Burst Lengt

8、h，BL）：297.2.4 DDR3新增的重置（Reset）功能：307.2.5.DDR3新增ZQ校准功能：307.2.DDR3走线注意事项307.2.1.走线分组307.2.2.等长规则317.3.电源327. 4其他总结32第八章：PCB制作工艺338.1 PCB的分类338.2 PCB制作的准备368.2.1. 基板368.2.2. 铜箔378.2.3. PP378.2.4. 干膜378.2.5. 防焊漆388.2.6. 底片388.3PCB流程制作388.3.1.PCB的层别388.3.2.内层板生产步骤39第九章：多层板成型段429.1.内层线路板压合429.1.1.棕化（黑化）42

9、9.1.2.铆合 (预迭)439.1.3.迭板439.1.4.压合439.1.5.后处理449.2 内层线路板钻孔449.3.内层线路板镀铜459.3.1.化学沉铜(PTH)459.3.2.电镀469.4外层线路板成型469.4.1.前处理469.4.2.压膜469.4.3.曝光(Exposure)479.4.4.显影 (Developing)47第十章多层板后续流程4810.1.防焊4810.2.印文字4810.3.加工4910.4.成型50致 谢51参考文献53PCB电路设计与制作工艺第一章 PCB概述1.1PCB简介及历史PCB就是印刷电路板（Printed circuit board，

10、PCB板）,简单的说就是置有集成电路和其他电子组件的薄板。它几乎会出现在每一种电子设备当中。印制电路板的发明者是奥地利人保罗爱斯勒（PaulEisler），他于1936年在一个收音机装置内采用了印刷电路板。1943年，美国人将该技术大量使用于军用收音机内。1948年，美国正式认可这个发明用于商业用途。自20世纪50年代中期起，印刷电路版技术才开始被广泛采用。在印制电路板出现之前，电子元器件之间的互连都是依靠电线直接连接实现的。而现在，电路面板只是作为有效的实验工具而存在；印刷电路板在电子工业中已经占据了绝对统治的地位。据Time magazine 最近报道，中国和印度属于全球污染最严重的国家。

11、为保护环境，中国政府已经在严格制定和执行有关污染整治条理，并波及到PCB产业。许多城镇正不再允许扩张及建造PCB新厂，例如：深圳。而东莞已经专门指定四个城镇作为“污染产业”生产基地，禁止在划定的区域之外再建造新厂。如果在某样设备中有电子零件，它们都是镶在大小各异的PCB上的。除了固定各种小零件外，PCB的主要功能是提供上头各项零件的相互电气连接。随着电子设备越来越复杂，需要的零件自然越来越多，PCB上头的线路与零件也越来越密集了。裸板（上头没有零件）也常被称为印刷线路板Printed Wiring Board（PWB）。板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在表面可以看到的细小

12、线路材料是铜箔，原本铜箔是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部份被蚀刻处理掉，留下来的部份就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线（conductor pattern）或称布线，并用来提供PCB上零件的电路连接。通常PCB的颜色都是绿色或是棕色，这是阻焊漆（solder mask）的颜色。是绝缘的防护层，可以保护铜线，也可以防止零件被焊到不正确的地方。在阻焊层上还会印刷上一层丝网印刷面（silk screen）。通常在这上面会印上文字与符号（大多是白色的），以标示出各零件在板子上的位置。为了将零件固定在PCB上面，我们将它们的接脚直接焊在布线上，在最基本的PCB（单面板）上，零件都集中在其中

13、一面，导线则都集中在另一面这么一来我们就需要在板子上打洞，这样接脚才能穿过板子到另一面，所以零件的接脚是焊在另一面上的，因为如此，PCB的正反面分别被称为零件面（Component Side）与焊接面（Solder Side）。 如果PCB上头有某些零件，需要在制作完成后也可以拿掉或装回去，那么该零件安装时会用到插座（Socket）由于插座是直接焊在板子上的，零件可以任意的拆装。 如果要将两块PCB相互连结，一般我们都会用到俗称金手指的边接头（edge connector）金手指上包含了许多裸露的铜垫，这些铜垫事实上也是PCB布线的一部份通常连接时，我们将其中一片PCB上的金手指插进另一片PC

14、B上合适的插槽上（一般叫做扩充槽Slot）在计算机中，像是显示卡，声卡或是其它类似的界面卡，都是借着金手指来与主机板连接的。 印刷电路板将零件与零件之间复杂的电路铜线，经过细致整齐的规划后，蚀刻在一块板子上，提供电子零组件在安装与互连时的主要支撑体，是所有电子产品不可或缺的基础零件。 印刷电路板以不导电材料所制成的平板，在此平板上通常都有设计预钻孔以安装芯片和其它电子组件。组件的孔有助于让预先定义在板面上印制之金属路径以电子方式连接起来，将电子组件的接脚穿过PCB后，再以导电性的金属焊条黏附在PCB上而形成电路。 依其应用领域PCB可分为单面板、双面板、四层板以上多层板及软板。一般而言，电子产

15、品功能越复杂、回路距离越长、接点脚数越多，PCB所需层数亦越多，如高阶消费性电子、信息及通讯产品等；而软板主要应用于需要弯绕的产品中：如笔记型计算机、照相机、汽车仪表等。1.2PCB设计 印制电路板的设计是以电路原理图为根据，实现电路设计者所需要的功能。印刷电路板的设计主要指版图设计，需要考虑外部连接的布局、内部电子元件的优化布局、金属连线和通孔的优化布局、电磁保护、热耗散等各种因素。优秀的版图设计可以节约生产成本，达到良好的电路性能和散热性能。简单的版图设计可以用手工实现，复杂的版图设计需要借助计算机辅助设计（CAD）实现。1.3PCB的分类1.根据电路层数分类：分为单面板、双面板和多层板。

16、常见的多层板一般为4层板或6层板，复杂的多层板可达十几层。2.根据软硬进行分类：分为普通电路板和柔性电路板。3.根据PCB的原材料：覆铜箔层压板是制作印制电路板的基板材料。它用作支撑各种元器件，并能实现它们之间的电气连接或电绝缘。1.4PCB产业链 按产业链上下游来分类，可以分为原材料-覆铜板-印刷电路板-电子产品应用。 1.4.1玻纤布：玻纤布是覆铜板的原材料之一，由玻纤纱纺织而成，约占覆铜板成本的40%(厚板)和25%(薄板)。玻纤纱由硅砂等原料在窑中煅烧成液态，通过极细小的合金喷嘴拉成极细玻纤，再将几百根玻纤缠绞成玻纤纱。窑的建设投资巨大，一般需上亿资金，且一旦点火必须24小时不间断生产

17、，进入退出成本巨大。玻纤布制造则和织布企业类似，可以通过控制转速来控制产能及品质，且规格比较单一和稳定，自二战以来几乎没有规格上的太大变化。和CCL不同，玻纤布的价格受供需关系影响最大，最近几年的价格在0.50-1.00美元/米之间波动。目前台湾和中国内地的产能占到全球的70%左右。 1.4.2铜箔：铜箔是占覆铜板成本比重最大的原材料，约占覆铜板成本的30%(厚板)和50%(薄板)，因此铜箔的涨价是覆铜板涨价的主要驱动力。铜箔的价格密切反映于铜的价格变化，但议价能力较弱，近期随着铜价的节节高涨，铜箔厂商处境艰难，不少企业被迫倒闭或被兼并，即使覆铜板厂商接受铜箔价格上涨各铜箔厂商仍然处于普遍亏损

18、状态。由于价格缺口的出现，2006年一季度极有可能出现又一波涨价行情，从而可能带动CCL价格上涨。 1.4.3覆铜板：覆铜板是以环氧树脂等为融合剂将玻纤布和铜箔压合在一起的产物，是PCB的直接原材料，在经过蚀刻、电镀、多层板压合之后制成印刷电路板。覆铜板行业资金需求量不高，大约为3000-4000万元左右，且可随时停产或转产。在上下游产业链结构中，CCL的议价能力最强，不但能在玻纤布、铜箔等原材料采购中拥有较强的话语权，而且只要下游需求尚可，就可将成本上涨的压力转嫁下游PCB厂商。今年三季度，覆铜板开始提价，提价幅度在5-8%左右，主要驱动力是反映铜箔涨价，且下游需求旺盛可以消化CCL厂商转嫁

19、的涨价压力。全球第二大的覆铜板厂商南亚亦于12月15日提高了产品价格，显示出至少2006年一季度PCB需求形式良好。 1.5国际PCB行业发展状况 目前，全球PCB产业产值占电子元件产业总产值的四分之一以上，是各个电子元件细分产业中比重最大的产业，产业规模达400亿美元。同时，由于其在电子基础产业中的独特地位，已经成为当代电子元件业中最活跃的产业，2003和2004年，全球PCB产值分别是344亿美元和401亿美元，同比增长率分别为5.27%和16.47%。 1.6国内PCB行业发展状况 我国的PCB研制工作始于1956年，1963-1978年，逐步扩大形成PCB产业。改革开放后20多年，由于

20、引进国外先进技术和设备，单面板、双面板和多层板均获得快速发展，国内PCB产业由小到大逐步发展起来。2002年，中国PCB产值超过台湾，成为第三大PCB产出国。2003年，PCB产值和进出口额均超过60亿美元，成为世界第二大PCB产出国。我国PCB产业近年来保持着20%左右的高速增长，并预计在2010年左右超过日本，成为全球PCB产值最大和技术发展最活跃的国家。 从产量构成来看，中国PCB产业的主要产品已经由单面板、双面板转向多层板，而且正在从46层向68层以上提升。随着多层板、HDI板、柔性板的快速增长，我国的PCB产业结构正在逐步得到优化和改善。 然而，虽然我国PCB产业取得长足进步，但目前

21、与先进国家相比还有较大差距，未来仍有很大的改进和提升空间。首先，我国进入PCB行业较晚，没有专门的PCB研发机构，在一些新型技术研发能力上与国外厂商有较大差距。其次，从产品结构上来看，仍然以中、低层板生产为主，虽然FPC、HDI等增长很快，但由于基数小，所占比例仍然不高。再次，我国PCB生产设备大部分依赖进口，部分核心原材料也只能依靠进口，产业链的不完整也阻碍了国内PCB系列企业的发展脚步。 1.7行业总评 作为用途最广泛的电子元件产品，PCB拥有强大的生命力。无论从供需关系上看还是从历史周期上判断，2006年初是行业进入景气爬坡的阶段，下游需求的持续强劲已经逐层次拉动了PCB产业链上各厂商的

22、出货情况，形成至少在2006年一季度“淡季不淡”的局面。将行业评级由“回避”上调到“良好”。第二章 Allegro SPB及相关PCB设计平台简介2.1Allegro简介Allegro是Cadence推出的先进 PCB 设计布线工具。 Allegro 提供了良好且交互的工作接口和强大完善的功能，和它前端产品Cadence、OrCAD、Capture的结合，为当前高速、高密度、多层的复杂 PCB 设计布线提供了最完美解决方案。Allegro 拥有完善的 Constraint 设定，用户只须按要求设定好布线规则，在布线时不违反 DRC 就可以达到布线的设计要求，从而节约了烦琐的人工检查时间，提高了

23、工作效率！更能够定义最小线宽或线长等参数以符合当今高速电路板布线的种种需求。软件中的 Constraint Manger 提供了简洁明了的接口方便使用者设定和查看 Constraint 宣告。它与 Capture 的结合让 E.E. 电子工程师在绘制线路图时就能设定好规则数据，并能一起带到Allegro工作环境中，自动在摆零件及布线时依照规则处理及检查，而这些规则数据的经验值均可重复使用在相同性质的电路板设计上。Allegro 除了上述的功能外，其强大的自动推挤 push 和贴线 hug 走线以及完善的自动修线功能更是给用户提供极大的方便；强大的贴图功能，可以提供多用户同时处理一块复杂板子，从

24、而大大地提高了工作效率。或是利用选购的切图功能将电路版切分成各个区块，让每个区块各有专职的人同时进行设计 ，达到同份图多人同时设计并能缩短时程的目的。用户在布线时做过更名、联机互换以及修改逻辑后，可以非常方便地回编到 Capture 线路图中，线路图修改后也可以非常方便地更新到 Allegro 中；用户还可以在 Capture 与 Allegro 之间对对象的互相点选及修改。对于业界所重视的铜箔的绘制和修改功能， Allegro 提供了简单方便的内层分割功能，以及能够对正负片内层的检阅。对于铺铜也可分动态铜或是静态铜，以作为铺大地或是走大电流之不同应用。动态铜的参数可以分成对所有铜、单一铜或单

25、一对象的不同程度设定，以达到铜箔对各接点可设不同接续效果或间距值等要求，来配合因设计特性而有的特殊设定。在输出的部分，底片输出功能包含 274D 、 274X 、 Barco DPF 、 MDA 以及直接输出 ODB+ 等多样化格式数据当然还支持生产所需的 Pick & Place 、 NC Drill 和 Bare-Board Test 等等原始数据输出。Allegro 所提供的强大输入输出功能更是方便与其它相关软件的沟通，例如 ADIVA 、 UGS(Fabmaster) 、 VALOR 、Agilent ADS 或是机构的 DXF 、 IDF 。为了推广整个先进 EDA 市场 ,Alle

26、gro 提供了Cadence、OrCAD、Layout 、 PADS 、 P-CAD 等接口，让想转换 PCB Layout 软件的使用者，对于旧有的图档能顺利转换至 Allegro 中。 Allegro 有着 操作方便，接口友好，功能强大，整合性好 等诸多优点，是一家公司投资 EDA 软件的理想选择。2.2.其他PCB设计软件简介：一、国内用的比较多的是protel，protel 99se，protel DXP，Altium，这些都是一个公司发展，不断升级的软件；当前版本是Altium Designer 9.1 比较简单，设计比较随意，但是做复杂的PCB这些软件就不是很好。二、Cadende

27、 spb软件Cadende spb这是Cadence的软件，当前版本是Cadence SPB 16.5；其中的ORCAD原理图设计是国际标准；其中PCB设计、仿真很全，用起来比protel复杂，主要是要求、设置复杂；但是为设计做好了规定，所以设计起来事半功倍，比protel就明显强大。三、Mentor公司的BORDSTATIONG和EE,其中BOARDSTATION由于只适用于UNIX系统，不是为PC机设计，所以使用的人较少；当前MentorEE版本为Mentor EE 7.9和Cadence spb属于同级别的PCB设计软件，它有些地方比cadence spb差，它的强项是拉线、飞线，人称飞

28、线王。四、EAGLE Layout这是欧洲使用最广泛的PCB设计软件。上述所说PCB设计软件，用的比较多的，Cadence spb和MentorEE 是里面当之无愧的王者。如果是初学设计PCB我觉得Cadencespb 比较好，它可以给设计者养成一个良好的设计习惯，而且能保证良好的设计质量。第三章 PCB封装及基本概念3.1.PCB常见封装所谓封装是指安装半导体集成电路芯片（IC）等用的外壳，起着安放，固定，密封，保护芯片和增强电热性能的作用。封装还是沟通芯片Die与外部系统电路的桥梁，Die上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制电路板上的导线与其他器件建立连接。芯片的封装技

29、术已经经历了好几代的变迁，封装类型从DIP ，QFP，PGA，BGA，到CSP再到MCM，SIP，技术指标一代比一代先进，包括芯片面积与封装面积之比越来越接近为一，适用频率越来越高，耐温性能越来越好。同时引脚数增多，引脚间距减少，重量减小，可靠性提高，使用上更加方便。3.1.1直插(DIP)DIP封装（Dual In-line Package），也叫双列直插式封装技术，指采用双列直插形式封装的集成电路芯片，绝大多数中小规模集成电路均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100。DIP封装的CPU芯片有两排引脚，需要插入到具有DIP结构的芯片插座上,如图3-1所示。图3-1 DIP器件3.1.2球

30、栅阵列封装(BGA)BGA (Ball Grid Array)-球状引脚栅格阵列封装技术，高密度表面装配封装技术。在封装的底部，引脚都成球状并排列成一个类似于格子的图案，由此命名为BGA。目前的主板控制芯片组多采用此类封装技术，材料多为陶瓷。特点：1、提高了贴装成品率，潜在地降低了成本；2、BGA阵列焊球的引脚很短，缩短了信号的传输路径；3、BGA的阵列焊球与基板的接触面大、短，有利于散热，如图3-2所示。图3-2 BGA器件3.1.3.小外形封装(SOP)SOP是Small Outline Package的缩写，中文含意为小外形封装，是一种集成电路的封装技术。在这种封装中，引脚从芯片的两个较

31、长的边引出，引脚的末端向外伸展。它是一种主要的表面封装类型，在具有较少引脚数目的集成电路中广泛使用，特别是存储器和模拟集成电路领域，如图3-3所示。图3-3 SOP器件3.1.4四侧引脚扁平封装(QFP)QFP( Quad Flat Package）四侧引脚扁平封装，该封装实现的芯片引脚之间距离很小， 管脚很细，一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式，其引脚数一般都在100以上。特点：1、该封装芯片时操作方便，可靠性高； 2、其封装外形尺寸较小，寄生参数减小，适合高频应用；3、该封装技术主要适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线，如图3-4所示。图3-4 QFP器件3.1.5 方形扁

32、平无引脚封装(QFN)QFN(Quad Flat No-leadPackage)方形扁平无引脚封装,表面贴装型封装之一，是一种焊盘尺寸小、体积小、以塑料作为密封材料的新兴表面贴装芯片封装技术。现在多称为LCC。QFN是日本电子机械工业会规定的名称。封装四侧配置有电极触点，由于无引脚，贴装占有面积比QFP小，高度比QFP低，如图3-5所示。图3-5 QFN器件3.1.6小外形晶体管封装(SOT) SOT（Small Out-Line Transistor）小外形晶体管封装。这种封装就是贴片型小功率晶体管封装，比TO封装体积小，一般用于小功率MOSFET，如图3-6所示。图3-6 SOT封装3.1

33、.7.系统级封装(SIP) SIP（System In a Package系统级封装）是将多种功能芯片，包括处理器、存储器等功能芯片集成在一个封装内，从而实现一个基本完整的功能。与SOC（System On a Chip系统级芯片）相对应。不同的是系统级封装是采用不同芯片进行并排或叠加的封装方式，而SOC则是高度集成的芯片产品。3.2设计基本概念3.2.1差分信号(Differengtial Signal)差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。从严格意义上来讲，所有电压信号都是差分的，因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。在某些系统里，系统“地”被用作电压基准点。当“地”当作电压

34、测量基准时，这种信号规划被称之为单端的。我们使用该术语是因为信号是用单个导体上的电压来表示的。 另一方面，一个差分信号作用在两个导体上,信号值是两个导体间的电压差。差分信号与普通的单端信号相比的优势：a、抗干扰能力强，因为两个根差分线之间的耦合很好，当外界存在嗓声干扰时，是同时被耦合到两条线上，而接收端关心的只是两信号的差值；b、能有效抑制EMI，由于两根性的极性相反，所以它们对外辐射的电磁场可以相互抵消，泄放到个界的电磁能量少；c、时序定位精确，由于两根信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号信靠高低两个阈值电压确定。3.2.2微带线(microstrip）微带线是走在表面层，

35、是一根带状导(信号线)。与地平面之间用一种电介质隔离开。如果线的厚度、宽度以及与地平面之间的距离是可控制的，则它的特性阻抗也是可以控制的，如图3-7所示。 图3-7 图3-83.2.3带状线(stripline/double stripline）带状线是一条置于两层导电平面之间的电介质中间的铜带线。如果线的厚度和宽度、介质的介电常数以及两层导电平面间的距离是可控的，那么线的特性阻抗也是可控的，如图3-8。3.2.43W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规则，如果达到98%的电场不互相干扰，可使用10W的间距。3.2.

36、520H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。3.2.6阻抗(impedance)在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示，是一个复数,实部称为电阻,虚部称为电抗,其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗 ,电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗,电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗。3.2.7信号

37、完整性(Si)信号完整性（Signal Integrity）：就是指电路系统中信号的质量，如果在要求的时间内，信号能不失真地从源端传送到接收端，我们就称该信号是完整的 。信号具有良好的信号完整性是指当在需要的时候，具有所必需达到的电压电平数值。差的信号完整性不是由某一单一因素导致的，而是板级设计中多种因素共同引起的。主要的信号完整性问题包括反射、振荡、地弹。3.2.8电磁干扰（EMI）（Electromagnetic Interference 简称EMI）电磁干扰是指电磁波与电子元件作用后而产生的干扰现象，有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一

38、个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络. 3.2.9模拟数据(Analog Data）模拟数据(Analog Data)是由传感器采集得到的连续变化的值，例如温度、压力，以及目前在电话、无线电和电视广播中的声音和图像。不同的数据必须转换为相应的信号才能进行传输：模拟数据一般采用模拟信号(Analog Signal)，例如用一系列连续变化的电磁波(如无线电与电视广播中的电磁波)，或电压信号(如电话传输中的音频电压信号)来表示.3.2.10数字数据(Digital Data)数字数据(Digital Data)则是模拟数据经量化后得到的离散的值，例如在计算机中用二进

39、制代码表示的字符、图形、音频与视频数据。数字数据则采用数字信号(Digital Signal)，例如用一系列断续变化的电压脉冲(如我们可用恒定的正电压表示二进制数1，用恒定的负电压表示二进制数0)，或光脉冲来表示。3.2.11设计规则检测(DRC)DRC(Design Rule Check ),Allegro通过设计规则检测来保证设计符合所指定属性与设计规则的要求，DRC检测可以实时进行（叫做在线DRC,Online DRC),也可以在一定的时刻一次进行（叫做批处理DRC,Batch DRC).当Allegro检测到违反设计规则时，将在违 规处显示一个DRC错误标记，Allegro的DRC检查

40、有三种模式：1、Always(或者on)运行所有命令的同时进行DRC检测，也就是在线模式。如果设计约束越多，则检测的内容也就越多，因此可能忖致Allegro运行的速度有所下降。2、Batch只有在指定运行batch_drc命令时才进行DRC检查，也就是批处理模式。3、Never不进行DRC检查，该先顶可以提高Allegro的运行速度。常见的DRC有：C/C:package到package间距错识：如图3-9所示。L/S：line to shape间距错识：K/L:line to route keepin 间距错识或者line to route keepout间距错识：S/S:shape to

41、shape间距错误：V/L:埋/肓孔到line间距错识或者是line到Thru via间距错误或者是line到test via间距错误。L/L：line to line间距错识：如图3-10所示。 图3-9 器件间报错 图3-10 线线报错3.2.12装配设计(DFA)DFA(Design For Assembly)是指通过对产品装配过程进行深入分析，设计出能够实现产品设计优化组合的装配流程，其主要目标是使装配成本最小化。主要包括下面的内容：元件间距、元件摆放方向与安装层、引脚跨距、可测试性、孤立通孔、残余走线。运行这些检查可以检验设计与特定约束集的一致性，在检查完成后，Allegro将违背约

42、束的地方以DRC的形式标识出来。3.2.13测试点(TP)TP(test point)测试点,为了保证PCB板的可测试性，PCB板还需要进这行测度点设计，PCB板的测试包括祼板测试和在线测试。祼板测试：是在PCB板加工完成，尚未装配和焊接元器件之前进行测试，用于发现是否存在短路和断路现象。在线测试：是在装配和焊接元器件之后进行的，针对器件进行测试，发现元器件质量缺陷、元器件安装错误和连线的短路开路等器件焊接问题。在线测试是基于单板在设计上没有问题的前提条件下，如果器件没有故障，单板的焊接也没有问题，那么硬件和软件的配合起来单板的功能就是良好的。一般测试点的个数的密度不超过30/平方inch。3

43、.2.14Gerber文件Gerber文件是所有电路设计软件都可以产生的文件，在电子组装行业又称为模版文件（stencil data）,在PCB制造业又称为光绘文件。第四章 层叠设计与阻抗控制4.1.PCB层的构成单板的层叠由电源层，地层，和信号层组成。信号层顾名思义就是信号线的布线层。电源层、地层又是被统称为平面层。再少量的PCB设计中，采用了在电源地平面层布线或者在布线层走电源地网络的情况。4.2.合理的PCB层数选择在层数确定时，根据单板的电源，地的种类，分布确定电源地的层数；根据正整版的布线密度、关键器件的布线通道、主要信号频率、速率、特殊布线要求的信号种类、数量确定布线层数。电源、地

44、的层数，加上布线层数构成PCB的总层数。在最终PCB的层数考虑时，往往需要综合PCB的性能指标要求与成本承受能力确定单板的层数。在消费类产品方面，由于批量生产数量巨大，研发阶段即使适当冒些技术风险也要用尽量少的层数来完成PCB的设计，以降低批量生产的成本。而在服务器、核心网络设备等方面，PCB的成本相对可以忽略不计，产品的性能指标就要优先考虑，此时PCB的层数设计方面会适当增加层数，以减少信号之间的串扰，确保参考平面的完整性，以及电源地平面相邻，降低平面阻抗。PCB设计工程师可以根据自己所设计的对应产品类型，性能指标要求，成本考虑，研发进度等综合考虑，确定PCB的层数。4.3.层叠设计的基本原

45、则单板层叠设计的一般原则如下：1.元件面相邻的第二层为地平面，提供器件屏蔽层以及为顶层布线提供参考平面。2.所有信号层尽可能与地平面相邻，以保证汪正的回流通道。3.尽可能避免两信号层直接相连，以减少串扰。4.主电源尽可能与其对应的地相邻，构成平面电容，降低电源阻抗。5.兼顾层压结构对称，利于制版生产时的翘曲控制。以上为层叠设计的常规原则，在实际开展层叠设计时，PCB工程师可以通过增加相邻布线层的间距，缩小对应布线层到参开层的间距，进而控制层间布线串扰率的前提下，可以使用两信号层直接相邻。对于比较注重成本的消费类产品，可以弱化电源与地平面相邻降低平面阻抗的方式，从而尽可能减少布线层，降低PCB成本。当然，这样做的代价是冒一些技术风险，甚至牺牲一半的成功率。第五章 PCB布线基本原则5.1.布线概述传统的PCB设计，板上的走线只是作为信号连通的载体，PCB设计工程师不需要考虑走线的分布参数。随着电子行业的飞速发展，数据吞吐量从单位时间几兆、几十兆发展到了10Gbit/s率的提升带来了高速理论的飞速发展，PCB走线不能简单的看做连接的载体了，而是要从传输线的理论来分析各种分布参数带来的影响。同时PCB的复杂程度和密度也同时在不断增加，高密度给PCB布线带来极大困难的同时，也需要PCB工程师更加深入的了解PCB生产加工流程和其工艺参数。布线的方式分为手动布线和自动布线，在高速PCB