news 2026/2/7 10:44:00

PCB Layout布局、布线规则及技巧总结

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张小明

前端开发工程师

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PCB Layout布局、布线规则及技巧总结

一、电源电路设计规则及技巧

(一)、降压DC/DC

1、降压DC/DC原理图参考

2、降压DC/DC PCB Layout参考

PCB Layout应该注意以下几点:

2.1、所有元器件包括输入电容、输出电容、电感、反馈电阻等要靠近芯片摆放

2.2、输入电容的地、输出电容的地、芯片的地环路面积尽量最小

2.3、与电感引脚相关的PCB铜面积必须尽量减少,以避免潜在的噪音问题。

(二)、升压DC/DC

1、升压DC/DC原理图参考

2、升压DC/DC PCB Layout参考

PCB Layout应该注意以下几点:

2.1、将输出电容器(C2B)尽可能靠近VOUT和GND引脚.

2.2、将一个0.1µF电容器(C2A)靠近IC,以降低PCB寄生电感(如黄色组件所示).

2.3、芯片VOUT和GND与输出电容器的连接短而宽.

2.4、反馈电阻(R1和R2)尽可能靠近FB引脚.

2.5、保持FB线远离噪声源,如开关噪声。

2.6、保持输入循环(C1、L1、SW和GND)尽可能小。

2.7、在MP3438附近放置足够的GND通孔,以实现良好的散热效果。

二、晶振电路设计规则

(一)、在电路板上电后,若作为频率器件的晶振周边存在较强杂散电磁信号时,会直接导致晶振输出频率受到干扰,引发频率偏移,严重时影响电路板正常工作。因此晶振本身具备抗电磁干扰能力也是晶振品质的一个重要特性。另外,在电路板布线时需要注意:

1、晶振尽量靠近芯片,走线短且直。

2、晶振引出的两根时钟信号线也要短,防止形成发射天线。

3、尽量设计晶振位于远离电磁波干扰区域,如远离电源,天线等器件。

(二)、无源晶振的布线规则

1、振荡电路(振荡单元、振荡电容)应配置在振荡IC附近;

2、晶振电路下面的各层都需要铺地,不能放置器件和走线,尤其是高频信号线路;

3、晶振电路做包地处理时需要打大量地孔,否则包地无意义;

4、四脚晶振,建议晶振走线从内部走,减小晶振的环路,如下图所示。

(三)、有源晶振的布线规则

1、振荡电路(振荡单元、振荡电容)应配置在振荡IC附近;

2、晶振电路下面的各层都需要铺地,不能放置器件和走线,尤其是高频信号线路;

3、晶振电路做包地处理时需要打大量地孔,否则包地无意义;

4、电源先经过旁路电容,然后再进入晶振,如下图所示(高频噪声通常直线前进)

(四)、晶振PCB Layout参考

在电路系统中,高速时钟信号线优先级最高。时钟线是一个敏感信号,频率越高,要求走线尽量简短,以保证信号的失真度达到最小。

(五)、晶振底下是否需要铺铜

不建议铺铜,虽然晶振下面铺铜不会造成损坏,但这么做会影响晶体振荡器的性能。因为铜层会对晶振的振荡频率产生影响,而且铜层容易受到干扰,从而导致晶振的稳定性下降,严重时甚至可能导致整个电路的工作不稳定。

三、USB接口电路设计规则及技巧

(一)、USB 接口原理图参考

如上图,为USB3.0的Data数据连接原理图,从电路上可以看是USB2.0为半双工,数据收发在一对差分信号上传输。USB3.0为全双工,收发信号为独立的传输路径;其次,由于Sink端的直流偏置电压和source端的直流偏置电压不一样,故要需要串入AC耦合电容,电容一般取100nF,一般靠近驱动端放置,电容在设计上要求ESR ESL(特别重要)尽量小。

(二)、USB接口PCB布局布线要求

1、布局

1.1、USB应该接口靠近板边或结构定位放置,伸出板边一定位置(直插除外),方便插拔;

1.2、ESD、共模电感器件靠近USB接口,放置的顺序是ESD-共模电感-阻容;

1.3、注意ESD和USB的距离,留有一定的的间距,考虑后焊的情况。

1.4、在布局时,尽量使差分线路最短,以缩短差分线距离。

2、布线

2.1、USB要走差分,阻抗控制为90欧姆,并包地处理,总长度最好不要超过1800mil.

2.2、尽可能缩短走线长度,优先考虑对高速USB差分(RX、TX差分)的布线,USB差分走线在走线的时候,尽可以有的减少换层过孔,从而可以更好的做到阻抗的控制,避免信号的反射;

2.3、过孔会造成线路阻抗的不连续,在每次打孔换层的地方加一对回流地过孔,用于信号回流换层。

2.4、由于管脚分布、过孔、以及走线空间等因素存在使得差分线长度不匹配,布线长一旦不匹配,时序会发生偏差,还会引起共模干扰,降低信号质量。所以,相应的要对差分对不匹配的情况作出补偿,使其线长匹配,长度差通常控制在5mil以内,补偿按照差分等长规范来进行。

3、USB2.0与3.0的PCB布线要求对比如下表所示:

4、USB 2.0的布局与布线

5、USB 3.0的布局与布线

(三)、Type C接口的PCB设计

1、下图为Type-C接口的管脚定义

2、Type C接口的PCB设计要求

2.1、ESD、共模电感器件靠近Type C接口,放置的顺序是ESD→共模电感→阻容;同样也要注意ESD 和Type C的距离,留有一定的间距,考虑后焊情况。

2.2、TX信号线的耦合电容应靠近接口放置,RX信号线的耦合电容由设备端提供,如图所示:

2.3、Type C差分走线阻抗控制90ohm±10%,为了保证阻抗的连续性,应该有良好的参考平面和不跨分割,信号打孔换层时数量不超过2个。

2.4、Type-C有RX/TX1-2四组差分信号,两组D+/D-差分信号 ,一共六对差分线,差分信号线要求至少紧邻一个地平面,两侧都紧邻地平面最好,走线尽量短,走线最长不要超过6inchs。

2.5、保证Type C差分线长匹配,对内等长误差<6mil,等长按照差分等长规范。

2.6、保证Type C差分对于对间或者差分对于其他信号的影响,对内间距建议是大于等于4倍Type C线宽。与其他信号之间的间距保持尽量大于等于4倍Type C线宽;

2.7、CC1/CC2是两个关键引脚,作用很多:探测连接,区分正反面,区分DFP和UFP,也就是主从配置Vbus,走线时面要加粗处理。

四、RJ45网络接口电路设计规则及技巧

(一)、网口模块的组成

1、网口模块的组成主要包括了:RJ45网口、变压器、PHY芯片及主芯片;

2、我们常见的网口有百兆网口和千兆网口,他们的区别在于百兆网口只有两对差分,一对收,一对发,另外四根是备用的;千兆网口有四对差分,两对收,两对发,如下图所示,可以了解其对应的管脚定义。

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