印制电路板(PCB)设计技术与实践PDF电子书下载

第1章 焊盘的设计 1

1.1 元器件在PCB上的安装形式 1

1.1.1 元器件的单面安装形式 1

1.1.2 元器件的双面安装形式 1

1.1.3 元器件之间的间距 1

1.1.4 元器件的布局形式 3

1.1.5 测试探针触点／通孔尺寸 6

1.2 焊盘设计的一些基本要求 6

1.2.1 焊盘类型 6

1.2.2 焊盘尺寸 7

1.3 通孔插装元器件的焊盘设计 8

1.3.1 插装元器件的孔径 8

1.3.2 焊盘形式与尺寸 8

1.3.3 跨距 9

1.3.4 常用插装元器件的安装孔径和焊盘尺寸 9

1.4 SMD元器件的焊盘设计 10

1.4.1 片式电阻、片式电容、片式电感的焊盘设计 10

1.4.2 金属电极的元件焊盘设计 14

1.4.3 SOT 23封装的器件焊盘设计 15

1.4.4 SOT-5 DCK/SOT-5 DBV（5/6引脚）封装的器件焊盘设计 15

1.4.5 SOT89封装的器件焊盘设计 16

1.4.6 SOD 123封装的器件焊盘设计 16

1.4.7 SOT 143封装的器件焊盘设计 17

1.4.8 SOIC封装的器件焊盘设计 17

1.4.9 SSOIC封装的器件焊盘设计 18

1.4.10 SOPIC封装的器件焊盘设计 18

1.4.11 TSOP封装的器件焊盘设计 19

1.4.12 CFP封装的器件焊盘设计 19

1.4.13 SOJ封装的器件焊盘设计 20

1.4.14 PQFP封装的器件焊盘设计 21

1.4.15 SQFP封装的器件焊盘设计 21

1.4.16 CQFP封装的器件焊盘设计 22

1.4.17 PLCC（方形）封装的器件焊盘设计 22

1.4.18 QSOP（SBQ）封装的器件焊盘设计 23

1.4.19 QFG32/48封装的器件焊盘设计 23

1.5 DIP封装的器件焊盘设计 24

1.6 BGA封装的器件焊盘设计 25

1.6.1 BGA封装简介 25

1.6.2 BGA表面焊盘布局和尺寸 26

1.6.3 BGA过孔焊盘布局和尺寸 29

1.6.4 BGA信号线间隙和走线宽度 30

1.6.5 BGA的PCB层数 31

1.6.6 μBGA封装布线方式和过孔 32

1.6.7 Xilinx公司推荐的BGA、CSP和CCGA封装的PCB焊盘设计规则 32

1.7 UCSP封装的器件焊盘设计 36

1.7.1 UCSP封装结构 36

1.7.2 UCSP焊盘结构的设计原则和PCB制造规范 36

1.7.3 UCSP焊盘设计实例 39

1.8 DirectFET封装的器件焊盘设计 39

1.8.1 DirectFET封装技术简介 39

1.8.2 Sx系列外形器件的焊盘设计 40

1.8.3 Mx系列外形器件的焊盘设计 41

1.8.4 Lx系列外形器件的焊盘设计 42

第2章 过孔 44

2.1 过孔模型 44

2.1.1 过孔类型 44

2.1.2 过孔电容 44

2.1.3 过孔电感 45

2.1.4 过孔的电流模型 45

2.1.5 典型过孔的RLC参数 46

2.2 过孔焊盘与孔径的尺寸 46

2.2.1 过孔的尺寸 46

2.2.2 高密度互连盲孔结构与尺寸 48

2.2.3 高密度互连复合通孔结构与尺寸 50

2.2.4 高密度互连内核埋孔的结构与尺寸 51

2.3 过孔与焊盘图形的关系 51

2.3.1 过孔与SMT焊盘图形的关系 51

2.3.2 过孔到金手指的距离 52

2.4 微过孔 53

第3章 PCB的叠层设计 55

3.1 PCB叠层设计的一般原则 55

3.2 多层板工艺 57

3.2.1 层压多层板工艺 57

3.2.2 HDI印制板 58

3.2.3 BUM（积层法多层板）工艺 60

3.3 多层板的设计 61

3.3.1 4层板的设计 61

3.3.2 6层板的设计 62

3.3.3 8层板的设计 63

3.3.4 10层板的设计 64

3.4 利用PCB分层堆叠设计抑制EMI辐射 66

3.4.1 共模EMI的抑制 66

3.4.2 设计多电源层抑制EMI 66

3.4.3 PCB叠层设计实例 67

第4章 走线 70

4.1 寄生天线的电磁辐射干扰 70

4.1.1 电磁干扰源的类型 70

4.1.2 天线的辐射特性 70

4.1.3 寄生天线 73

4.2 PCB上走线间的串扰 74

4.2.1 互容 74

4.2.2 互感 75

4.2.3 拐点频率和互阻抗模型 77

4.2.4 串扰类型 78

4.2.5 串扰的测量 79

4.2.6 减小PCB上串扰的一些措施 82

4.3 PCB传输线的拓扑结构 85

4.3.1 PCB传输线简介 85

4.3.2 微带线 85

4.3.3 埋入式微带线 86

4.3.4 单带状线 87

4.3.5 双带状线或非对称带状线 87

4.3.6 差分微带线和带状线 88

4.3.7 传输延时与介电常数εr的关系 89

4.4 低电压差分信号（LVDS）的布线 89

4.4.1 低电压差分信号（LVDS）的特点 89

4.4.2 LVDS布线的一般原则 90

4.5 PCB布线的一般原则 93

4.5.1 控制走线方向 93

4.5.2 检查走线的开环和闭环 93

4.5.3 控制走线的长度 94

4.5.4 控制走线分支的长度 94

4.5.5 拐角设计 95

4.5.6 差分对走线 95

4.5.7 控制PCB导线的阻抗和走线终端匹配 96

4.5.8 设计接地保护走线 96

4.5.9 防止走线谐振 97

4.5.10 布线的一些工艺要求 97

第5章 接地 100

5.1 地线的定义 100

5.2 地线阻抗引起的干扰 100

5.2.1 地线的阻抗 100

5.2.2 公共阻抗耦合干扰 102

5.3 地环路引起的干扰 102

5.3.1 地环路干扰 102

5.3.2 产生地环路电流的原因 103

5.4 接地的分类 104

5.4.1 安全接地 104

5.4.2 信号接地 105

5.5 接地的方式 107

5.5.1 单点接地 108

5.5.2 多点接地 109

5.5.3 混合接地 110

5.5.4 悬浮接地 111

5.6 接地系统的设计原则 111

5.6.1 理想的接地要求 112

5.6.2 接地系统设计的一般规则 112

5.7 地线PCB布局的一些技巧 113

5.7.1 参考面 113

5.7.2 避免接地平面开槽 114

5.7.3 接地点的相互距离 116

5.7.4 地线网络 117

5.7.5 电源线和地线的栅格 118

5.7.6 电源线和地线的指状布局形式 120

5.7.7 最小化环面积 121

5.7.8 按电路功能分割接地面 122

5.7.9 局部接地面 123

5.7.10 参考层的重叠 125

5.7.11 20H原则 126

第6章 去耦合 128

6.1 去耦滤波器电路 128

6.2 RLC元件的射频特性 129

6.2.1 电阻（器）的射频特性 129

6.2.2 电容（器）的射频特性 129

6.2.3 电感（器）的射频特性 130

6.2.4 串联RLC电路的阻抗特性 131

6.2.5 并联RLC电路的阻抗特性 131

6.3 去耦电容器的PCB布局设计 132

6.3.1 去耦电容器的安装位置 132

6.3.2 最小化去耦电容器和IC之间的电流环路 132

6.3.3 去耦电容器与电源引脚端共用一个焊盘 133

6.3.4 采用一个小面积的电源平面来代替电源线条 133

6.3.5 在每一个电源引脚端都连接去耦电容器 134

6.3.6 并联使用多个去耦电容器 134

6.3.7 降低去耦电容器的ESL 136

6.3.8 使用三端电容器 137

6.3.9 采用X2Y电容器替换穿心式电容器 138

6.4 铁氧体磁珠的PCB布局设计 141

6.4.1 铁氧体磁珠的基本特性 141

6.4.2 片式铁氧体磁珠 142

6.4.3 铁氧体磁珠的选择 144

6.4.4 铁氧体磁珠在电路中的应用 145

6.4.5 铁氧体磁珠的安装位置 146

6.5 小型电源平面“岛”供电技术 147

6.6 掩埋式电容技术 147

6.6.1 掩埋式电容技术简介 147

6.6.2 使用掩埋式电容技术的PCB布局实例 148

第7章 电源电路设计实例 150

7.1 开关型调节器PCB布局的基本原则 150

7.1.1 接地 150

7.1.2 合理布局稳压元件 151

7.1.3 将寄生电容和寄生电感减至最小 152

7.1.4 创建切实可行的电路板布局 153

7.1.5 电路板的层数 154

7.2 DC-DC转换器的PCB布局设计指南 154

7.2.1 DC-DC转换器的EMI辐射源 154

7.2.2 DC-DC转换器的PCB布局的一般原则 155

7.2.3 基于MAX1954的DC-DC转换器PCB设计实例 156

7.3 便携式设备电源管理电路PCB布局设计实例 158

7.3.1 MAX8660/MAX8661便携式设备电源管理电路 158

7.3.2 MAX8660/MAX8661应用电路PCB布局 160

7.3.3 MAX8660/MAX8661 PCB布局时应注意的一些问题 163

7.4 DPA423-426 DC-DC转换器PCB设计实例 165

7.4.1 DPA423-426 DC-DC转换器IC简介 165

7.4.2 DPA423-426 DC-DC转换器PCB布局 166

7.4.3 散热设计 167

7.5 开关电源的PCB设计 167

7.5.1 开关电源PCB的常用材料 167

7.5.2 开关电源PCB布局的一般原则 169

7.5.3 开关电源的PCB布线的一般原则 171

7.5.4 开关电源PCB的地线设计 172

7.5.5 TOPSwitch开关电源的PCB设计实例 174

7.5.6 TOPSwitch-GX开关电源的PCB设计实例 176

第8章 时钟电路的PCB设计 179

8.1 时钟电路PCB设计的基础 179

8.1.1 信号的传播速度 179

8.1.2 时序参数 180

8.1.3 时间裕量的分析 181

8.1.4 时钟脉冲不对称的原因 182

8.2 时钟电路PCB设计的一些技巧 184

8.2.1 时钟电路布线的基本原则 184

8.2.2 采用蜘蛛形的时钟分配网络 185

8.2.3 采用树状式的时钟分配网络 186

8.2.4 采用分支结构的时钟分配网络 186

8.2.5 采用多路时钟线的源端端接结构 187

8.2.6 对时钟线进行特殊的串扰保护 187

8.2.7 固定延时的调整 188

8.2.8 可变延时调整 189

8.2.9 时钟源的电源滤波 190

8.2.10 时钟驱动器去耦电容器安装实例 190

8.2.11 50～800MHz时钟发生器电路PCB设计实例 191

第9章 模拟电路的PCB设计 193

9.1 模拟电路PCB设计基础 193

9.1.1 放大器与信号源的接地点选择 193

9.1.2 放大器的屏蔽接地方法 194

9.1.3 放大器输入端电缆屏蔽层的接地方式 194

9.1.4 差分放大器的输入端接地形式 197

9.1.5 有保护端的仪表放大器接地形式 197

9.1.6 采用屏蔽保护措施 198

9.1.7 放大器电源的去耦 199

9.2 模拟电路PCB设计实例 200

9.2.1 不同封装形式的运算放大器PCB设计实例 200

9.2.2 放大器输入端保护环设计 204

9.2.3 蜂窝电话音频放大器PCB设计实例 205

9.2.4 参数测量单元（PMU）的PCB布线要求 212

9.2.5 D类功率放大器PCB设计实例 213

第10章 高速数字电路的PCB设计 217

10.1 高速数字电路PCB设计基础 217

10.1.1 时域与频域 217

10.1.2 频宽与上升时间的关系 219

10.1.3 时钟脉冲信号的谐振频率 219

10.1.4 电路的四种电性等效模型 220

10.1.5 “集总模型”与“离散模型”的分界点 221

10.1.6 传播速度与材料的介电常数之间的关系 222

10.1.7 高速数字电路的差模辐射与控制 223

10.1.8 高速数字电路的共模辐射与控制 227

10.1.9 高速数字电路的“地弹”与控制 229

10.1.10 高速数字电路的反射与控制 232

10.1.11 高速数字电路PCB的分区 237

10.2 Altera的MAX？Ⅱ系列CPLD PCB设计实例 240

10.2.1 MAX？Ⅱ系列100引脚MBGA封装的PCB布板设计实例 241

10.2.2 MAX？Ⅱ系列256引脚MBGA封装的PCB布板设计实例 241

10.3 Xilinx VirtexTM-5系列PCB设计实例 242

10.3.1 Xilinx PCB设计检查项目 243

10.3.2 VirtexTM-5 FPGA的配电系统设计 245

10.3.3 VirtexTM-5 FPGA 1.0mm BGA FG256封装PCB设计实例 256

10.3.4 VirtexTM-5 1.0mm BGA FPGA FG456封装PCB设计实例 257

10.3.5 VirtexTM-5 FPGA 1.0mm BGA FG676封装PCB设计实例 258

10.3.6 VirtexTM-5 FPGA 1.0mm BGA FG900封装PCB设计实例 260

10.3.7 VirtexTM-5 FPGA 1.0mm BGA FG1156封装PCB设计实例 262

10.4 LatticeXP LFXP3TQ-100最小系统PCB设计实例 266

10.4.1 LFXP3TQ-100 FPGA最小系统电路结构 266

10.4.2 LFXP3TQ-100 FPGA最小系统PCB设计 267

10.5 微控制器电路PCB设计实例 269

10.5.1 微控制器电路PCB设计的一般原则 269

10.5.2 AT89S52单片机最小系统PCB设计实例 271

10.5.3 ADuC845单片数据采集最小系统PCB设计实例 273

10.5.4 ARM S3C44B0X最小系统PCB设计实例 276

10.5.5 TMS320F2812 DSP最小系统PCB设计实例 278

10.6 高速数据转换器电路PCB设计 281

10.6.1 MAX12553/12554/12555 65Msps/80Msps/95Msps 14位ADC PCB设计 281

10.6.2 MAX12557（双路、3.3V、14位ADC）的PCB设计 289

10.6.3 CXD1171M 8位40MSPS DAC PCB设计实例 298

10.6.4 STw8009/19视频数字编码器PCB设计实例 299

第11章 射频电路的PCB设计 301

11.1 射频电路PCB设计的基础 301

11.1.1 射频电路和数字电路的区别 301

11.1.2 阻抗匹配 302

11.1.3 短路线和开路线 305

11.1.4 平面传输线 307

11.1.5 平面微带线谐振结构 310

11.1.6 定向耦合器 311

11.1.7 功率分配器 312

11.1.8 滤波电路的实现 313

11.1.9 微带天线 315

11.1.10 寄生振荡的产生与消除 321

11.2 射频电路PCB设计的一些技巧 323

11.2.1 利用电容的“零阻抗”特性实现射频接地 323

11.2.2 利用电感的“无穷大阻抗”特性辅助实现射频接地 325

11.2.3 利用“零阻抗”电容实现复杂射频系统的射频接地 325

11.2.4 利用半波长PCB连接线实现复杂射频系统的射频接地 326

11.2.5 利用1/4波长PCB连接线实现复杂射频系统的射频接地 327

11.2.6 利用1/4波长PCB微带线实现变频器的隔离 327

11.2.7 PCB连线上的过孔数量与尺寸 328

11.2.8 端口的PCB连线设计 329

11.2.9 谐振回路接地点的选择 330

11.2.10 PCB保护环 330

11.2.11 利用接地平面开缝减小电流回流耦合 330

11.2.12 隔离 332

11.2.13 射频电路PCB走线 333

11.3 射频小信号放大器PCB设计 335

11.3.1 射频小信号放大器的电路特点与主要参数 335

11.3.2 低噪声放大器抗干扰的基本措施 337

11.3.3 1.9GHz LNA电路PCB设计实例 339

11.3.4 DC～6GHz LNA电路PCB设计实例 340

11.4 射频功率放大器PCB设计 341

11.4.1 射频功率放大器的电路特点与主要参数 341

11.4.2 40～3600MHz晶体管射频功率放大器PCB设计实例 343

11.4.3 60W、1.0GHz、28V的FET射频功率放大器PCB设计实例 344

11.4.4 0.5～6GHz中功率射频功率放大器PCB设计实例 345

11.4.5 50MHz～6GHz射频功率放大器模块PCB设计实例 347

11.4.6 蓝牙功率放大器PCB设计实例 349

11.4.7 3.3～3.8GHz、15W的WiMAX功率放大器PCB设计实例 349

11.5 混频器PCB设计实例 352

11.5.1 混频器的电路特点与主要参数 352

11.5.2 1.3～2.3GHz高线性度上变频器电路PCB设计实例 354

11.5.3 825～915MHz混频器电路PCB设计实例 356

11.5.4 1.8～2.7GHz LNA和下变频器电路PCB设计实例 358

11.5.5 1.7～2.2GHz下变频器电路PCB设计实例 361

11.6 PCB天线设计实例 363

11.6.1 300～450MHz发射器PCB环形天线设计实例 363

11.6.2 868 MHz和915MHz PCB天线设计实例 367

11.6.3 915MHz PCB环形天线设计实例 367

11.6.4 2.4GHzPCB天线设计实例 371

第12章 PCB的散热设计 375

12.1 PCB散热设计的基础 375

12.1.1 热传递的三种方式 375

12.1.2 温度（高温）对元器件及电子产品的影响 376

12.1.3 PCB的热性能分析 376

12.2 PCB散热设计的基本原则 377

12.2.1 PCB基材的选择 377

12.2.2 元器件的布局 378

12.2.3 PCB的布线 381

12.3 PCB散热设计实例 383

12.3.1 均匀分布热源的稳态传导PCB的散热设计 383

12.3.2 铝质散热芯PCB的散热设计 384

12.3.3 印制电路板之间的合理间距设计 385

12.3.4 散热器的接地设计 386

第13章 PCB的可制造性与可测试性设计 389

13.1 PCB的可制造性设计 389

13.1.1 PCB可制造性设计的基本概念 389

13.1.2 PCB可制造性设计管理 391

13.1.3 不同阶段的PCB可制造性设计控制 392

13.1.4 PCB的可制造性设计检查 395

13.1.5 PCB本身设计检查清单实例 398

13.1.6 PCB可制造性评审检查清单实例 403

13.2 PCB的可测试性设计 408

13.2.1 PCB可测试性设计的基本概念 408

13.2.2 PCB的可测试性检查 410

13.2.3 功能性测试的可测性设计的基本要求 411

13.2.4 在线测试对PCB设计的要求 411

第14章 PCB的ESD防护设计 415

14.1 PCB的ESD防护设计基础 415

14.1.1 ESD（静电放电）概述 415

14.1.2 ESD抗扰度试验 416

14.2 常见的ESD问题与改进措施 417

14.2.1 常见的影响电子电路的ESD问题 417

14.2.2 常见的ESD问题的改进措施 419

14.3 PCB的ESD防护设计 422

14.3.1 电源平面、接地平面和信号线的布局 422

14.3.2 隔离 423

14.3.3 注意“孤岛”形式的电源平面、地平面 424

14.3.4 在工艺结构方面的PCB抗ESD设计 425

14.3.5 PCB上具有金属外壳的器件的处理 428

14.3.6 在PCB周围设计接地防护环 429

14.3.7 PCB静电防护设计的一些其他措施 429

参考文献 431