印制电路板（PCB）设计技术与实践（第3版）

本书共15章，重点介绍了印制电路板（PCB）的焊盘、过孔、叠层、走线、接地、去耦合、电源电路、时钟电路、模拟电路、高速数字电路、模数混合电路、射频电路的PCB设计的基本知识、设计要求、方法和设计实例，以及PCB的散热设计、PCB的可制造性与可测试性设计、PCB的ESD防护设计等。 本书内容丰富，叙述详尽清晰，图文并茂，并通过大量的设计实例说明了PCB设计中的一些技巧与方法，以及应该注意的问题，工程性好，实用性强。

黄智伟（1952.08—），曾担任衡阳市电子研究所所长、南华大学教授、衡阳市专家委员会委员，获评南华大学师德标兵，主持和参与完成“计算机无线数据通讯网卡”等科研课题20多项，申请专利8项，拥有软件著作权2项，发表论文120多篇，出版著作27部，主编出版教材21本。

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 2
1.1.4 元器件的布局形式 4
1.1.5 测试探针触点/通孔尺寸 8
1.1.6 Mark（基准点） 8
1.2 焊盘设计的一些基本要求 11
1.2.1 焊盘类型 11
1.2.2 焊盘尺寸 12
1.3 通孔插装元器件的焊盘设计 12
1.3.1 插装元器件的孔径 12
1.3.2 焊盘形式与尺寸 13
1.3.3 跨距 13
1.3.4 常用插装元器件的安装孔径和焊盘尺寸 14
1.4 SMD元器件的焊盘设计 15
1.4.1 片式电阻、片式电容、片式电感的焊盘设计 15
1.4.2 金属电极的元件焊盘设计 18
1.4.3 SOT 23封装的器件焊盘设计 19
1.4.4 SOT-5 DCK/SOT-5 DBV（5/6引脚）封装的器件焊盘设计 19
1.4.5 SOT89封装的器件焊盘设计 20
1.4.6 SOD 123封装的器件焊盘设计 21
1.4.7 SOT 143封装的器件焊盘设计 21
1.4.8 SOIC封装的器件焊盘设计 21
1.4.9 SSOIC封装的器件焊盘设计 22
1.4.10 SOPIC封装的器件焊盘设计 22
1.4.11 TSOP封装的器件焊盘设计 23
1.4.12 CFP封装的器件焊盘设计 24
1.4.13 SOJ封装的器件焊盘设计 24
1.4.14 PQFP封装的器件焊盘设计 25
1.4.15 SQFP封装的器件焊盘设计 25
1.4.16 CQFP封装的器件焊盘设计 26
1.4.17 PLCC（方形）封装的器件焊盘设计 27
1.4.18 QSOP（SBQ）封装的器件焊盘设计 27
1.4.19 QFG32/48封装的器件焊盘设计 27
1.5 DIP封装的器件焊盘设计 28
1.6 BGA封装的器件焊盘设计 29
1.6.1 BGA封装简介 29
1.6.2 BGA表面焊盘的布局和尺寸 30
1.6.3 BGA过孔焊盘的布局和尺寸 33
1.6.4 BGA信号线间隙和走线宽度 34
1.6.5 BGA的PCB层数 35
1.6.6 ?BGA封装的布线方式和过孔 36
1.6.7 Xilinx公司推荐的BGA、CSP和CCGA封装的PCB焊盘设计规则 36
1.6.8 VFBGA焊盘设计 39
1.6.9 LFBGA 焊盘设计 40
1.7 UCSP封装的器件焊盘设计 41
1.7.1 UCSP封装结构 42
1.7.2 UCSP焊盘结构的设计原则和PCB制造规范 42
1.7.3 UCSP和WCSP焊盘设计实例 44
1.8 DirectFET封装的器件焊盘设计 46
1.8.1 DirectFET封装技术简介 46
1.8.2 Sx系列外形器件的焊盘设计 47
1.8.3 Mx系列外形器件的焊盘设计 48
1.8.4 Lx系列外形器件的焊盘设计 48
第2章 过孔 50
2.1 过孔模型 50
2.1.1 过孔类型 50
2.1.2 过孔电容 50
2.1.3 过孔电感 51
2.1.4 过孔的电流模型 51
2.1.5 典型过孔的R、L、C参数 52
2.2 过孔焊盘与孔径的尺寸 52
2.2.1 过孔的尺寸 52
2.2.2 高密度互连盲孔的结构与尺寸 54
2.2.3 高密度互连复合通孔的结构与尺寸 56
2.2.4 高密度互连内核埋孔的结构与尺寸 57
2.3 过孔与焊盘图形的关系 58
2.3.1 过孔与SMT焊盘图形的关系 58
2.3.2 过孔到金手指的距离 59
2.4 微过孔 59
2.5 背钻 60
2.5.1 背钻技术简介 60
2.5.2 背钻设计规则 61
第3章 PCB的叠层设计 65
3.1 PCB叠层设计的一般原则 65
3.2 多层板工艺 67
3.2.1 层压多层板工艺 67
3.2.2 HDI印制板 68
3.2.3 BUM（积层法多层板）工艺 70
3.3 多层板的设计 71
3.3.1 4层板的设计 71
3.3.2 6层板的设计 72
3.3.3 8层板的设计 73
3.3.4 10层板的设计 74
3.4 利用PCB叠层设计抑制EMI辐射 76
3.4.1 PCB的辐射源 76
3.4.2 共模EMI的抑制 77
3.4.3 设计多电源层抑制EMI 78
3.4.4 利用拼接电容抑制EMI 78
3.4.5 利用边缘防护技术抑制EMI 81
3.4.6 利用内层电容抑制EMI 82
3.4.7 PCB叠层设计实例 83
3.5 PCB电源/地平面 85
3.5.1 PCB电源/地平面的功能和设计原则 85
3.5.2 PCB电源/地平面叠层和层序 86
3.5.3 PCB电源/地平面的叠层电容 90
3.5.4 PCB电源/地平面的层耦合 90
3.5.5 PCB电源/地平面的谐振 91
3.6 利用EBG结构降低PCB电源/地平面的EMI 92
3.6.1 EBG结构简介 92
3.6.2 EBG结构的电路模型 96
3.6.3 支撑介质对平面型EBG结构带隙特性的影响 98
3.6.4 利用EBG结构抑制SSN噪声 101
第4章 走线 103
4.1 寄生天线的电磁辐射干扰 103
4.1.1 电磁干扰源的类型 103
4.1.2 天线的辐射特性 103
4.1.3 寄生天线 106
4.2 PCB上走线间的串扰 107
4.2.1 互容 107
4.2.2 互感 108
4.2.3 拐点频率和互阻抗模型 110
4.2.4 串扰类型 111
4.2.5 减小PCB上串扰的一些措施 112
4.3 PCB传输线的拓扑结构 115
4.3.1 PCB传输线简介 115
4.3.2 微带线 115
4.3.3 埋入式微带线 116
4.3.4 单带状线 117
4.3.5 双带状线或非对称带状线 117
4.3.6 差分微带线和差分带状线 118
4.3.7 传输延时与介电常数?r的关系 119
4.3.8 PCB传输线设计与制作中应注意的一些问题 119
4.4 低电压差分信号（LVDS）的布线 125
4.4.1 LVDS布线的一般原则 125
4.4.2 LVDS的PCB走线设计 127
4.4.3 LVDS的PCB过孔设计 131
4.5 PCB布线的一般原则 132
4.5.1 控制走线方向 132
4.5.2 检查走线的开环和闭环 132
4.5.3 控制走线的长度 133
4.5.4 控制走线分支的长度 134
4.5.5 拐角设计 134
4.5.6 差分对走线 135
4.5.7 控制PCB导线的阻抗和走线终端匹配 136
4.5.8 设计接地保护走线 136
4.5.9 防止走线谐振 137
4.5.10 布线的一些工艺要求 137
第5章 接地 141
5.1 地线的定义 141
5.2 地线阻抗引起的干扰 141
5.2.1 地线的阻抗 141
5.2.2 公共阻抗耦合干扰 147
5.3 地环路引起的干扰 148
5.3.1 地环路干扰 148
5.3.2 产生地环路电流的原因 149
5.4 接地的分类 150
5.4.1 安全接地 150
5.4.2 信号接地 150
5.4.3 电路接地 151
5.4.4 设备接地 152
5.4.5 系统接地 153
5.5 接地的方式 153
5.5.1 单点接地 153
5.5.2 多点接地 155
5.5.3 混合接地 156
5.5.4 悬浮接地 157
5.6 接地系统的设计原则 157
5.6.1 理想的接地要求 158
5.6.2 接地系统设计的一般规则 158
5.7 地线PCB布局的一些技巧 159
5.7.1 参考面 159
5.7.2 避免接地平面开槽 160
5.7.3 接地点的相互距离 162
5.7.4 地线网络 163
5.7.5 电源线和地线的栅格 164
5.7.6 电源线和地线的指状布局形式 166
5.7.7 小化环面积 167
5.7.8 按电路功能分割接地平面 169
5.7.9 局部接地平面 170
5.7.10 参考层的重叠 172
5.7.11 20H原则 173
第6章 去耦合 175
6.1 去耦滤波器电路的结构与特性 175
6.1.1 典型的RC和LC去耦滤波器电路结构 175
6.1.2 去耦滤波器电路的特性 177
6.2 RLC元件的射频特性 179
6.2.1 电阻（器）的射频特性 179
6.2.2 电容（器）的射频特性 179
6.2.3 电感（器）的射频特性 180
6.2.4 串联RLC电路的阻抗特性 181
6.2.5 并联RLC电路的阻抗特性 181
6.3 去耦电容器的PCB布局设计 182
6.3.1 去耦电容器的安装位置 182
6.3.2 去耦电容器的并联和反谐振 188
6.4 使用去耦电容降低IC的电源阻抗 192
6.4.1 电源阻抗的计算模型 192
6.4.2 IC电源阻抗的计算 193
6.4.3 电容器靠近IC放置的允许距离 194
6.5 PDN中的去耦电容 198
6.5.1 去耦电容器的电流供应模式 198
6.5.2 IC电源的目标阻抗 199
6.5.3 去耦电容器组合的阻抗特性 200
6.5.4 PCB上的目标阻抗 202
6.6 去耦电容器的容量计算 203
6.6.1 计算去耦电容器容量的模型 203
6.6.2 确定目标阻抗 204
6.6.3 确定大容量电容器的容量 204
6.6.4 确定板电容器的容量 205
6.6.5 确定板电容器的安装位置 206
6.6.6 减少ESLcap 207
6.6.7 m?级超低目标阻抗设计 208
6.7 片状三端子电容器的PCB布局设计 208
6.7.1 片状三端子电容器的频率特性 208
6.7.2 使用三端子电容器减小ESL 210
6.7.3 三端子电容器的PCB布局与等效电路 210
6.7.4 三端子电容器的应用 212
6.8 X2Y?电容器的PCB布局设计 213
6.8.1 采用X2Y?电容器替换穿心式电容器 213
6.8.2 X2Y电容器的封装形式和尺寸 213
6.8.3 X2Y电容器的应用与PCB布局 214
6.9 铁氧体磁珠的PCB布局设计 216
6.9.1 铁氧体磁珠的基本特性 216
6.9.2 片式铁氧体磁珠 217
6.9.3 铁氧体磁珠的选择 219
6.9.4 铁氧体磁珠在电路中的应用 220
6.9.5 铁氧体磁珠的安装位置 221
6.9.6 利用铁氧体磁珠为FPGA设计电源隔离滤波器 222
6.10 小型电源平面“岛”供电技术 229
6.11 掩埋式电容技术 229
6.11.1 掩埋式电容技术简介 229
6.11.2 使用掩埋式电容技术的PCB布局实例 230
6.12 可藏于PCB基板内的电容器 232
第7章 电源电路设计实例 233
7.1 开关型调节器PCB布局的基本原则 233
7.1.1 接地 233
7.1.2 合理布局稳压元件 234
7.1.3 将寄生电容和寄生电感减至小 235
7.1.4 创建切实可行的电路板布局 236
7.1.5 电路板的层数 237
7.2 DC-DC转换器的PCB布局设计指南 237
7.2.1 DC-DC转换器的EMI辐射源 237
7.2.2 DC-DC转换器的PCB布局的一般原则 238
7.2.3 DC-DC转换器的PCB布局注意事项 239
7.2.4 减小DC-DC变换器中的接地反弹 245
7.2.5 基于MAX1954的DC-DC转换器PCB设计实例 251
7.2.6 基于ADP1850的DC-DC降压调节器PCB设计实例 254
7.2.7 DPA-Switch DC-DC转换器的PCB设计实例 258
7.3 开关电源的PCB设计 260
7.3.1 开关电源PCB的常用材料 260
7.3.2 开关

本书是《印制电路板（PCB）设计技术与实践》的第3版。本书第1版从2009年出版以来已经多重印，是学习PCB设计技术的书籍之一。随着PCB设计技术的发展和研究的深入，一些新的PCB设计技术和要求不断出现，为满足读者需要，又对本书的第2版进行了修订，补充和增加了EBG等一些新的PCB设计技术，以及高速数字接口、模数混合电路的PCB设计和设计实例等内容。

PCB设计是电子产品的设计中不可缺少的重要环节。随着电子技术的飞速发展，集成电路的规模越来越大，体积越来越小，开关速度越来越快，工作频率越来越高，PCB的安装密度也越来越高，层数也越来越多，PCB上的电磁兼容性、信号完整性及电源完整性等问题相互紧密地交织在一起。对正在从事PCB设计的工程师而言，在进行PCB设计时，需要考虑的问题也越来越多，要实现一个能够满足设计要求的PCB也变得越来越难。要设计一个能够满足要求的PCB，不仅需要理论的支持，更需要的是工程实践经验。

本书是为从事电子产品设计的工程技术人员编写的一本介绍PCB设计的基本知识、设计要求与方法的参考书。本书没有大量的理论介绍和公式推导，而是从工程设计要求出发，通过介绍大量的PCB设计实例，图文并茂地说明PCB设计中的一些技巧与方法，以及应该注意的问题，具有很好的工程性和实用性。

本书共15章。第1章焊盘的设计，介绍了元器件在PCB上的安装形式，焊盘、Make设计的一些基本要求，以及通孔插装元器件、SMD元器件、DIP封装的器件、BGA封装的器件、UCSP封装的器件、Direct FET封装的器件等焊盘设计实例。第2章介绍了过孔模型，过孔焊盘与孔径的尺寸，过孔与焊盘图形的关系，微过孔、背钻的设计要求与实例。第3章介绍了PCB的叠层设计的一般原则，多层板工艺，多层板设计实例，以及利用PCB分层堆叠抑制EMI辐射的设计方法，PCB电源/地平面设计，利用EBG降低PCB电源/地平面的EMI。第4章介绍了寄生天线的电磁辐射干扰，PCB上走线间的串扰，PCB传输线的拓扑结构，低电压差分信号（LVDS）的布线，以及PCB布线的一般原则及工艺要求。第5章介绍了地线的定义，地线阻抗引起的干扰，地环路引起的干扰，接地的分类，接地的方式，接地系统的设计原则，以及地线PCB布局的一些技巧。第6章介绍了去耦滤波器电路的结构与特性，RLC元件的射频特性，去耦电容器的PCB布局设计，PDN中的去耦电容，去耦电容器的容量计算，片状三端子电容器的PCB布局设计，X2Y?电容器的PCB布局设计，铁氧体磁珠的PCB布局设计实例，小型电源平面“岛”供电技术，掩埋式电容技术的PCB布局实例，以及可藏于PCB基板内的电容器。第7章为电源电路设计实例，介绍了开关型调节器PCB布局的基本原则，DC-DC转换器的PCB布局设计指南，便携式设备电源管理电路的PCB布局设计实例，DPA-Switch DC-DC转换器的PCB设计实例，开关电源的PCB设计实例。第8章介绍了时钟电路PCB设计的基础，时钟电路布线、时钟分配网络、延时的调整、时钟源的电源滤波等时钟电路PCB的设计技巧。第9章介绍了模拟电路PCB设计的基础，不同封装形式的运算放大器、蜂窝电话音频放大器、D类功率放大器等模拟电路的PCB设计实例，消除热电压影响的放大器PCB设计。第10章介绍了高速数字电路PCB设计的基础，Altera的MAX? II系列CPLD PCB设计实例，LatticeXP LFXP3TQ-100小系统PCB设计实例，微控制器电路PCB设计实例，以及高速接口信号的PCB设计。第11章介绍了模数混合电路的PCB分区，模数混合电路的接地设计，ADC驱动器电路的PCB设计，ADC的PCB设计，DAC的PCB设计，模数混合电路PICtailTM演示板的PCB设计，12位称重系统的PCB设计，传感器模拟前端（AFE）的PCB设计，以及模数混合系统的电源电路PCB设计。第12章介绍了射频电路PCB设计的基础，射频接地、隔离、走线等射频电路PCB的设计技巧，射频小信号放大器PCB的设计要求与实例，射频功率放大器PCB的设计要求与实例，混频器PCB的设计要求与实例，以及PCB天线设计实例，加载EBG结构的微带天线设计，以及射频系统的电源电路PCB设计。第13章介绍了PCB散热设计的基础，PCB散热设计的基本原则，以及PCB散热设计实例，器件的热特性与PCB散热设计，以及裸露焊盘的PCB散热设计。第14章介绍了PCB可制造性设计的基本概念、设计管理、设计控制、设计检查和评审检查清单实例，以及PCB可测试性设计的基本概念、可测试性检查、可测性设计的基本要求。第15章介绍了PCB的ESD防护设计基础，常见的ESD问题与改进措施，PCB的ESD防护设计方法。

需要说明的是，由于本书重点介绍PCB设计技术，业内大量数据需要采用英制长度单位，所以这里先给出主要的转换公式：1in（英寸）= 25.4mm（毫米），1mil（千分之一英寸）= 0.0254mm。本书的部分数据有时直接用英制单位标注。

本书在编写过程中，参考了大量的国内外著作和资料，得到了许多专家和学者的大力支持，听取了多方面的意见和建议。潘礼工程师对本书的内容及组织提出了宝贵的建议，戴焕昌绘制了书中的大部分插图，南华大学的王彦教授、朱卫华副教授、陈文光教授、李圣副教授，张翼、李军、张强、税梦玲、欧科军、李扬宗、肖志刚等人也参加了本书的编写，在此一并表示衷心的感谢。

由于水平有限，不足之处在所难免，敬请各位读者批评指正。

 

 

黄智伟  于南华大学

2017年6月