文档介绍：先进制造技术研究所
智能车辆技术研究中心
嵌入式硬件PCB设计规范
(初稿)
整理编制:王少平
1、目的
本规范规定车辆中心PCB设计规范, PCB设计人员必须遵循本规范。
提高PCB设计质量和设计效率,提高PCB的可生产性、可测试、可维护性。
2、设计任务
PCB设计申请流程
硬件设计工程师按照本设计规范要求完成PCB设计,提交给嵌入式硬件开发组组长进行审核,审核通过后递交硬件评审小组评审,评审通过后才能进行PCB制作,并将设计图纸归档。
设计过程 注意事项
创建PCB板,根据单板结构图或对应的标准板框,创建PCB设计文件;注意正确选定单板坐标原点的位置,原点的设置原则:
(1) 单板左边和下边的延长线交汇点;
(2) 单板左下角的第一个焊盘。
布局
(1) 根据结构图设置板框尺寸,按结构要素布置安装孔、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。按工艺设计规范的要求进行尺寸标注。
(2) 根据结构图和生产加工时所须的夹持边设置印制板的禁止布线区、禁止布局区域。根据某些元件的特殊要求,设置禁止布线区,如下图所示。
(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—>元件面贴插混装、焊接面贴装。
(4) 布局操作的基本原则
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、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,模数信号分开,高低频信号分开,高频元器件的间隔要足够;
d、相同结构电路部分,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,小型表面安装器件,如表面贴装元件布局时,栅格设置应不少于25mil;
g、电路板推荐布局。
(5) 同类型插装元器件在X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X或Y方向上保持一致,便于生产和检验;
(6) 发热元件一般要均匀分布,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,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()元器件轴向与传送方向平行;(50mil)的IC、SOJ、、QFP等有源元件避免用波峰焊焊接。具体距离参考如下:
(10) BGA与相邻元件的距离>5mm,其它贴片元件相互间的距离>。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内不能有插装元器件,在焊接面其周围5mm内也不能有贴装元、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。旁路电容(Decouple)的放置也要考虑到它的串联电感值。旁路电容必须是低阻抗和低ESL的瓷片电容,如果一个高品质瓷片电容在PCB上放置的方式不对,它的高频滤波功能也就消失了。下图显示了旁路电容正确和错误的放置方式。
(12) 元件布局应考虑使用同一电源的器件放在一起, 以便于将来的电源分隔;
(13) 用于阻抗匹配的阻容器件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) 走线形式如下,不得出现直角、锐角形式。红色框中所示为推荐走线形式。
3、设置布线约束条件
. 报告设计参数
布局基本确定后,应用PCB设计工具的统计功能,报告网络数量、网络密度、平均管脚密度等基本参数,以确定信号布线层数。信号层数的确定方法可参考以下表格。
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,制造成本和交货期等因素。
PCB参考价格:
层数
材质
价格(元/m2)
单面板
材质FR-1
130