《印制电路板(PCB)设计技术与实践(第3版)》 黄智伟 9787121315589

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作者简介

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。

目录

第1章焊盘的设计 1
器件在PCB上的安装形式 1
器件的单面安装形式 1
器件的双面安装形式 1
器件之间的间距 2
器件的布局形式 4
1.1.5测试探针触点/通孔尺寸 8
1.1.6Mark(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
1.4SMD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
1.4.3SOT 23封装的器件焊盘设计 19
1.4.4SOT-5 DCK/SOT-5 DBV(5/6引脚)封装的器件焊盘设计 19
1.4.5SOT89封装的器件焊盘设计 20
1.4.6SOD 123封装的器件焊盘设计 21
1.4.7SOT 143封装的器件焊盘设计 21
1.4.8SOIC封装的器件焊盘设计 21
1.4.9SSOIC封装的器件焊盘设计 22
1.4.10SOPIC封装的器件焊盘设计 22
1.4.11TSOP封装的器件焊盘设计 23
1.4.12CFP封装的器件焊盘设计 24
1.4.13SOJ封装的器件焊盘设计 24
1.4.14PQFP封装的器件焊盘设计 25
1.4.15SQFP封装的器件焊盘设计 25
1.4.16CQFP封装的器件焊盘设计 26
1.4.17PLCC(方形)封装的器件焊盘设计 27
1.4.18QSOP(SBQ)封装的器件焊盘设计 27
1.4.19QFG32/48封装的器件焊盘设计 27
1.5DIP封装的器件焊盘设计 28
1.6BGA封装的器件焊盘设计 29
1.6.1BGA封装简介 29
1.6.2BGA表面焊盘的布局和尺寸 30
1.6.3BGA过孔焊盘的布局和尺寸 33
1.6.4BGA信号线间隙和走线宽度 34
1.6.5BGA的PCB层数 35
1.6.6?BGA封装的布线方式和过孔 36
1.6.7Xilinx公司推荐的BGA、CSP和CCGA封装的PCB焊盘设计规则 36
1.6.8VFBGA焊盘设计 39
1.6.9LFBGA 焊盘设计 40
1.7UCSP封装的器件焊盘设计 41
1.7.1UCSP封装结构 42
1.7.2UCSP焊盘结构的设计原则和PCB制造规范 42
1.7.3UCSP和WCSP焊盘设计实例 44
1.8DirectFET封装的器件焊盘设计 46
1.8.1DirectFET封装技术简介 46
1.8.2Sx系列外形器件的焊盘设计 47
1.8.3Mx系列外形器件的焊盘设计 48
1.8.4Lx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
3.1PCB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
3.2.2HDI印制板 68
3.2.3BUM(积层法多层板)工艺 70
3.3多层板的设计 71
3.3.14层板的设计 71
3.3.26层板的设计 72
3.3.38层板的设计 73
3.3.410层板的设计 74
3.4利用PCB叠层设计抑制EMI辐射 76
3.4.1PCB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
3.4.7PCB叠层设计实例 83
3.5PCB电源/地平面 85
3.5.1PCB电源/地平面的功能和设计原则 85
3.5.2PCB电源/地平面叠层和层序 86
3.5.3PCB电源/地平面的叠层电容 90
3.5.4PCB电源/地平面的层耦合 90
3.5.5PCB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
3.6.1EBG结构简介 92
3.6.2EBG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
4.2PCB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
4.3PCB传输线的拓扑结构 115
4.3.1PCB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
4.3.8PCB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
4.4.1LVDS布线的一般原则 125
4.4.2LVDS的PCB走线设计 127
4.4.3LVDS的PCB过孔设计 131
4.5PCB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最小化环面积 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
5.7.1120H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
6.2RLC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
6.4.2IC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
6.5PDN中的去耦电容 198
6.5.1去耦电容器的电流供应模式 198
6.5.2IC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.

序言

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设计技术的首选书籍之一。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最小系统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
ISBN9787121315589
出版社电子工业出版社
作者黄智伟
尺寸16