画板子系列(2)个人规范

原理图和原理图库中的规范，更多地是为了美观和方便查看；PCB 和封装的规范则直接影响板子的可靠性和稳定性。

元器件库

• Designator：元件标识符，又称位号，在一张原理图中唯一；按照标准的元件类型前缀 + 流水号命名，显示。常见元器件位号：电阻 R、电容 C、电感 L、二极管（包括 LED）D、接插件 J、晶振 X、三极管 Q、芯片 U、按键开关 S、变压器 T，保险丝 F
• Design Item ID 和 Comment：分别为设计项标识和注释，写型号规格（即商城中的器件编号）
• Description：描述，对元件功能、特性等进行说明

• 原理图库中，位号放引脚上，名称放芯片框内，芯片框矩形中心与坐标原点对齐。通用元器件位号和名称都不显示。通用元件颜色蓝色。通用元器件管脚长度 100mil，芯片和排针管脚长度 300mil，颜色均为黑色。芯片用文字标注型号；芯片框的规范如下：

  

• 芯片引脚较多时，建议在原理图库中手动对其按功能重新排序
• Footprint：封装，定义了元件在 PCB 上的物理尺寸、引脚布局和焊接方式。按照标准封装（或商城中给的封装）填写名称。封装的参考统一设置为中心（快捷键 efc），3D 模型放置要对准。一个完整的封装包括焊盘、管脚序号、丝印（表示实物的大致范围）、阻焊、1 脚标识
• 对于库的维护，把元器件库和 PCB 库放在集成库 LibPkg 中，集成库中的原理图和封装是一对一的关系，对于电阻电容电感，每种不同的封装创建一个元器件，画原理图时不用再选择封装。以一个常用元器件库为基础，后续项目中用到的芯片往里补充，以及实际调试中如果针对已有元件有封装不合适的地方往里更新。LibPkg 编译之后 Output 得到 IntLib，并安装到 AD 中，这样就不用在工程中包含库。所有芯片放一个库，使用时可以搜索找到需要的元器件

原理图

• 每个信号线为什么这么连接，要在手册里找到依据
• 原理图的目的是看清楚，画开一些，分区域画并加上适当的注释
• 捕捉栅格设置为 10mil，兼顾吸附对齐和较小的可调粒度（mil 是 PCB 中的常用单位，10mil = 0.254mm）
• 芯片引脚左右排布，上下不要有引脚，默认引脚朝右朝下
• VCC 和 GND 不要直接连到电路引脚上，要通过连线连接；并且要拉出来统一连接，电源放置在上侧，GND 放置在下侧。
• 供电的标记为 VCC 3V3、VBUS 5V 等（网络标签名 + 供电电压）
• 用 Text 标注元器件参数

布局

• 先进行布局和扇孔，然后走线，而不是一边布局一边走线
• 布局时要先确定好有哪些电源，再连接
• 元器件布局需要结合功能模块分布、信号流向、供电连接等因素综合考虑
• 电容（去耦电容）靠近信号源头放，因为对信号滤波的作用范围有限；电阻除了阻容共串（一起才能发挥作用）的情况外，位置无所谓。电源附近的 Buck 电容/滤波电容，一般会用一个 10uF 和一个 0.1uF 的并联
• 电源芯片一定要看看推荐布局，而且要做电源树方便理清电源流向。
• 贴片器件间距，同类器件大于等于 0.3mm，不同类器件大于等于 0.3+0.13× 周围元件最大高度差。手工焊接大于等于 1.5mm，直插器件和贴片间距保持 1-3mm 方便焊接。注意检查元器件焊盘不要重叠，丝印最好不要相交，虽然是同一个网络，相交了在贴片的时候有干涉的风险。

走线

• 布线如下棋，走一步想两步
• 不允许直角甚至是锐角走线，直角处线宽突变导致阻抗突变，且直角走线的反射较为严重
• 线的转折尽可能少，转折会增加反射引起信号衰减
• 最好在走线和焊盘连接处作泪滴处理，且如果可能最好使用平滑的曲线走线
• 走线宽度和线距一致，线到孔的距离在此基础上稍大些。高速信号需要满足 3W 原则，即线间距为三倍线宽，减少高速信号的串扰
• 走线权衡时，信号线能不打孔就不打孔，电源能打孔就打孔
• USB、CAN、485 走差分线
• 时钟线要等长以获得更高的精度，频率越高对等长要求越高。时钟电路建议参考手册中的推荐布局
• 尽量缩短走线长度，避免较长的平行走线以降低串扰和 EMI 风险，尤其是高速信号。
• 供电线路注意线宽，经过的过孔注意内外径构成的圆环面积。细线过不了大电流的制约因素主要是压降和温升。经验法则是 1A 的电流至少 10mil，建议 15mil；2A 的电流至少 20mil，建议 30mil；3A 的电流至少 60mil，建议 100mil，大于 3A 建议铺铜或开窗。小于 10mil 线宽，建议电流小于 0.1A
• 线路尽量不要跨电源区域，提供完整的参考平面
• 尽量从焊盘的四个边走线而不要从角走
• 导线如果比焊盘更粗，最好的情况是用较短的与焊盘一样宽的走线引出很短的一段，然后走粗线
• 同一个网络不能形成闭环，尽量也不要形成环绕的态势
• 晶振信号线尽可能等长，周围最好包地处理
• 差分走线的目的是抑制共模干扰、减少产生磁场对周围的电磁干扰；走线等长的目的是避免时序偏差，确保同一组信号线同时到达接受端，防止因延迟造成的异常；阻抗匹配是为了防止信号反射，消除振铃、过冲等信号畸变。
• 差分线需要加过孔以及等长调节，等长调节要靠近发送侧，即数据的来源处。先设置线宽确保和阻抗匹配的计算值一致，然后再预留过孔的情况下走线，然后等长调节，最后补过孔包地
• USB3 Hub 一个下行端口的三组数据线使用同一组时钟信号，三组之间也要作等长处理。
• 元器件和走线和板框边缘要保持一定距离。
• 晶振尽量走内差分线，注意晶振的上升时间是否符合芯片要求，注意温度对晶振的影响。

过孔

• 一个孔不出两根线
• 信号线不要走过孔，只有 GPIO 这样只分高低电平的非信号线才可以走过孔。另外注意，过孔不要将参考平面割裂。
• 焊盘上一般不打孔，过孔打在焊盘上容易机焊元件放歪以及容易漏锡虚焊，非要打则使用盘中孔工艺。盘中孔工艺是指在焊盘上打孔，但通过镀铜的方式将过孔隐藏在内部，确保表面焊接强度和机械强度可靠。在复杂的高层板设计中，在允许焊盘上打孔可以在保证质量的前提下降低 layout 难度，节约时间
• 板子周围打细小通孔可以抗外界干扰。板边建议沿着板框内缩的位置，打一圈 GND 过孔，过孔间距在 50-200mil 左右
• 电源的过孔推荐打大一些，0.3-0.5 左右，可打密集阵列。经验值为 0.5mm 内径 1mm 外径过孔过 1A 电流。
• 过孔类型及设计数量应考虑其载流能力。为保证设计余量，有空间会按计算的 2 倍数量处理。过孔扇出要考虑其间距，要求 2 个过孔之间保证能过一根信号线，防止过孔破坏地与电源的完整性。2 个过孔之间的中心间距建议在 1mm 以上（39.37mil）
• 扇孔通俗理解就是拉线打过孔，多层板走线就近打孔，可以缩短回流路径减少干扰。差分信号换层时，其换层过孔附近必须添加 GND 过孔，保证其回流路径短。

铺铜

• 铺铜要工整地铺，地平面的铜可以面积尽可能大，原因是阻抗较小，但不要有铜皮尖角、很细的铜以及孤铜。。电源一般都不会整层铺，而是用多边形铺铜覆盖，需要分不同电源域时会划分平面后再分块铺铜。铺铜十字连接的作用，是防止环境温度变化较大的场景下，热胀冷缩使得热了焊盘鼓起，冷了连接断裂的情况；十字连接时需要考虑载流能力。这种应用场景下的焊盘可以考虑采用十字连接，否则都用全连接
• 电源层可以设置为内电层（负片层）进行不同电源域的分割，注意信号线的走线尽量少跨越电源域，以提供尽可能完整的参考平面
• 不用铺那么多层铜，散热太快了不好解焊。
• 走线和铺铜都当电阻看，电阻大小和长度有关。

丝印

• 丝印的目的是手工焊接时的区分和定位，规定方向为字母在左和字母在下。丝印大小根据元器件密集程度，规范为 4/25mil（高密度）、5/30mil（中密度）、6/45mil（低密度），丝印字体用 Sans Serif，缩小之后失真程度最小。经常板子画完就觉得结束了，不要忘记调丝印。
• 排针排母和多 pin 接口建议用丝印标注每个引脚的功能，开关用丝印标注功能（Reset、BOOT 等）；SMT 的板子可以在丝印中去掉位号

隔离

• 模拟地和数字地要分开，功率元件的地和信号元件的地也要分开，避免电流对信号的影响。数字地和模拟地最好隔开 20-40mil，不同的电源域隔开 10-12mil。
• 数字电源比模拟电源更敏感；数字部分和模拟部分只在总电源的地处用 0 欧电阻单端接地；其余部分各接各的。功率电路通常需要较大的电流来驱动设备（比如电机），这会产生噪声。如果功率和信号共用同一条地线，功率部分的噪声可能会干扰到信号部分，让信号变得模糊。功率电路有时会有短路或过载的风险，如果功率和信号共享地线，可能会对信号电路造成损坏。分开可以提高整个电路的安全性。功率低 PGND，最后通过零欧电阻单点连接。
• LDO、运放以及各个逻辑门没有太多噪声，输入输出的大电流、逆变和斩波由于电流电压有突变，噪声比较严重。另外要注意避免环地，一是因为会产生电磁干扰；二是因为会引入地电位差。

• 芯片要分 DVCC、AVCC、DGND、AGND 的原因是大的滤波电容和电感做不到芯片里面去，所以要引出 AVCC，DVCC，AGND，DGND 等，在外边儿处理，加一个这样的结构即可

  

DRC 设置

• 规则详细介绍
• 根据制作厂家的工艺参数设置规则：嘉立创工艺参数
• 画板子前先导入规则并确保规则的 Online 或 Batch 已打开。Online 即画的过程中实时提示，Batch 即运行 DRC 时才会提示。

经验教训

1. 改设计之前要复制一版留档
2. 多看看别人的结构，别人怎么画的。看开源的时候不要想当然地认为它就是这么实现的。另外，对原理图保持怀疑，最终 Debug 看的是板子实物是怎么连的，遇到问题时和参考的开源从 PCB 上一根线一根线地查。
3. 直插型焊盘直径要略大于孔径，否则打孔会把焊盘打掉。焊盘不起作用，可能在拧螺丝固定时导致上下层铜皮短路。焊盘是带有网络的，孔壁也是金属。
4. 焊接完成后，用万用表测一遍所有电压输入输出对地有没有短路。如果该通的不通了，要测通断分析哪里断了。
5. 尤其注意 MCU 的虚焊，即贴上了但是没焊上的情况。
6. 注意镊子夹取的方式，不要把引脚掰弯了。
7. 阻容摆正了再焊，并且要补锡使得含焊点圆润。
8. 烙铁头点到板子上就不要动，尤其不要蹭板子，很容易把表面的阻焊层刮开露出铜皮。
9. 如果担心晶振虚焊，可以将所有引脚都翘起来焊。
10. 板子的背面都贴上布基胶，预防板子和外界金属接触导致的短路。
11. LDO 输出偏低，可能是芯片坏，建议更换后测试。
12. 接口的 pin 不要对反，如果真的 pin 反了，像 FPC 这样有正序和反序线的可以换线解决。
13. 对于 VCC、GND、开关的状态，要加上丝印方便调试。
14. 买元器件的时候注意，对于与焊盘接触面几乎全部压在元器件下面的情况，设计 pcb 时要更新封装，适当外扩焊盘；否则实际焊接时非常难焊，几乎是相当于将整个元器件悬空架起来焊成立体的才能保证机械焊点稳定无虚焊。
15. 可以用手机开闪光灯放大检查焊点情况，焊盘如果是反光的多半就是虚焊。
16. 元器件焊盘的锡要补圆，要饱满才可以最大程度减小虚焊的隐患。
17. 阻容 LED 等等这些比较小的器件，要左右两端都用电烙铁点一下，一方面是为了补圆焊盘，另一方面可以检验虚焊。
18. 用来拧螺丝的过孔要连到 GND 网络上。
19. 检查三脚开关的连线，别出现 VCC 和 GND 直连的状态了。
20. 引脚密集的芯片焊接，先给一小边上很多的锡，用镊子小心夹住并调整方位摆正，注意不要夹伤引脚，定位之后。上助焊剂怼锡丝；对于连在一起的，用烙铁头向上慢慢挑走。
21. 出问题时要测量电压源（电池、稳压芯片等）的输出。
22. 多检查芯片是不是引脚虚焊或者连着了。
23. 加热过的焊油可能引起虚焊，在进行二次焊接前最好用洗板水清理干净。
24. 搞懂电路原理再抄原理图，升压的反馈电阻明显接错了都看不出来（仿照别人的功能，有原理图实现再抄，不然自己想当然地猜多半都实现不出来的。
25. 有极性器件，极性电容、各种二极管等别焊反了，留意下下元器件上的标识。
26. 风枪或加热台焊接，锡膏不要涂多了，去多余的锡比补锡麻烦，加热台温度设置在锡膏熔点高 30℃，快到熔点时可以开始摆正元器件。完了需要检查引脚有没有连锡，器件有没有虚焊。
27. 根据需要加一些测试点焊盘，注意不是过孔。
28. DC-DC、继电器、较大的耦合电容、变压器的干扰较大，开关管开闭过程中电流突变引起电压突变。这种容性元件和感性元件；开闭过程电流突变，本身也是大电感。
29. TX 和 RX 可能有两种含义，以 RX 为例，一种表示需要接芯片的 RX，另一种表示自己的 RX，即需要接芯片的 TX，不同厂家的元器件之间并没有统一的标准，实际选用时结合经验或多看几家猜测物理器件上的真实含义。
30. 解焊上锡或加助焊剂都有助于融化；用烙铁解焊时，一个元器件各焊盘连起来之后才方便同时融化。
31. 看原理图先分成各个模块看拓扑，各个模块内部看三点：通信协议、电源拓扑、元器件作用