1.原理圖常見錯誤:
(1)ERC報告管腳沒有接入信號:
a. 創(chuàng)建封裝時給管腳定義了I/O屬性,;
b.創(chuàng)建元件或放置元件時修改了不一致的grid屬性,,管腳與線沒有連上;
c. 創(chuàng)建元件時pin方向反向,,必須非pin name端連線。
(2)元件跑到圖紙界外:沒有在元件庫圖表紙中心創(chuàng)建元件,。
(3)創(chuàng)建的工程文件網(wǎng)絡(luò)表只能部分調(diào)入pcb:生成netlist時沒有選擇為global,。
(4)當使用自己創(chuàng)建的多部分組成的元件時,,千萬不要使用annotate.
2.PCB中常見錯誤:
(1)網(wǎng)絡(luò)載入時報告NODE沒有找到:
a. 原理圖中的元件使用了pcb庫中沒有的封裝;
b. 原理圖中的元件使用了pcb庫中名稱不一致的封裝,;
c. 原理圖中的元件使用了pcb庫中pin number不一致的封裝,。如三極管:sch中pin number 為e,b,c, 而pcb中為1,2,,3,。
(2)打印時總是不能打印到一頁紙上:
a. 創(chuàng)建pcb庫時沒有在原點;
b. 多次移動和旋轉(zhuǎn)了元件,,pcb板界外有隱藏的字符,。選擇顯示所有隱藏的字符, 縮小pcb, 然后移動字符到邊界內(nèi),。
(3)DRC報告網(wǎng)絡(luò)被分成幾個部分:
表示這個網(wǎng)絡(luò)沒有連通,,看報告文件,使用選擇CONNECTED COPPER查找,。
另外提醒朋友盡量使用WIN2000, 減少藍屏的機會,;多幾次導(dǎo)出文件,做成新的DDB文件,,減少文件尺寸和PROTEL僵死的機會,。如果作較復(fù)雜得設(shè)計,盡量不要使用自動布線,。
在PCB設(shè)計中,,布線是完成產(chǎn)品設(shè)計的重要步驟,可以說前面的準備工作都是為它而做的,, 在整個PCB中,,以布線的設(shè)計過程限定最高,技巧最細,、工作量最大,。PCB布線有單面布線、 雙面布線及多層布線,。布線的方式也有兩種:自動布線及交互式布線,,在自動布線之前, 可以用交互式預(yù)先對要求比較嚴格的線進行布線,,輸入端與輸出端的邊線應(yīng)避免相鄰平行,, 以免產(chǎn)生反射干擾。必要時應(yīng)加地線隔離,,兩相鄰層的布線要互相垂直,,平行容易產(chǎn)生寄生耦合。
自動布線的布通率,,依賴于良好的布局,,布線規(guī)則可以預(yù)先設(shè)定,, 包括走線的彎曲次數(shù)、導(dǎo)通孔的數(shù)目,、步進的數(shù)目等,。一般先進行探索式布經(jīng)線,快速地把短線連通,, 然后進行迷宮式布線,,先把要布的連線進行全局的布線路徑優(yōu)化,它可以根據(jù)需要斷開已布的線,。 并試著重新再布線,,以改進總體效果。
對目前高密度的PCB設(shè)計已感覺到貫通孔不太適應(yīng)了,, 它浪費了許多寶貴的布線通道,,為解決這一矛盾,出現(xiàn)了盲孔和埋孔技術(shù),,它不僅完成了導(dǎo)通孔的作用,, 還省出許多布線通道使布線過程完成得更加方便,更加流暢,,更為完善,,PCB 板的設(shè)計過程是一個復(fù)雜而又簡單的過程,要想很好地掌握它,,還需廣大電子工程設(shè)計人員去自已體會,, 才能得到其中的真諦。
***********************************************************************************************
2,、設(shè)計流程
PCB的設(shè)計流程分為網(wǎng)表輸入,、規(guī)則設(shè)置、元器件布局,、布線,、檢查、復(fù)查,、輸出六個步驟.
2.1 網(wǎng)表輸入
網(wǎng)表輸入有兩種方法,,一種是使用PowerLogic的OLE PowerPCB Connection功能,選擇Send Netlist,,應(yīng)用OLE功能,,可以隨時保持原理圖和PCB圖的一致,盡量減少出錯的可能,。另一種方法是直接在PowerPCB中裝載網(wǎng)表,,選擇File->Import,,將原理圖生成的網(wǎng)表輸入進來,。
2.2 規(guī)則設(shè)置
如果在原理圖設(shè)計階段就已經(jīng)把PCB的設(shè)計規(guī)則設(shè)置好的話,,就不用再進行設(shè)置.這些規(guī)則了,,因為輸入網(wǎng)表時,設(shè)計規(guī)則已隨網(wǎng)表輸入進PowerPCB了,。如果修改了設(shè)計規(guī)則,必須同步原理圖,,保證原理圖和PCB的一致,。除了設(shè)計規(guī)則和層定義外,還有一些規(guī)則需要設(shè)置,,比如Pad Stacks,,需要修改標準過孔的大小。如果設(shè)計者新建了一個焊盤或過孔,,一定要加上Layer 25,。
注意:
PCB設(shè)計規(guī)則、層定義,、過孔設(shè)置,、CAM輸出設(shè)置已經(jīng)作成缺省啟動文件,名稱為Default.stp,,網(wǎng)表輸入進來以后,,按照設(shè)計的實際情況,把電源網(wǎng)絡(luò)和地分配給電源層和地層,,并設(shè)置其它高級規(guī)則,。在所有的規(guī)則都設(shè)置好以后,在PowerLogic中,,使用OLE PowerPCB Connection的Rules From PCB功能,,更新原理圖中的規(guī)則設(shè)置,保證原理圖和PCB圖的規(guī)則一致,。
2.3 元器件布局
網(wǎng)表輸入以后,,所有的元器件都會放在工作區(qū)的零點,重疊在一起,,下一步的工作就是把這些元器件分開,,按照一些規(guī)則擺放整齊,即元器件布局,。PowerPCB提供了兩種方法,,手工布局和自動布局。
2.3.1 手工布局
1. 工具印制板的結(jié)構(gòu)尺寸畫出板邊(Board Outline),。
2. 將元器件分散(Disperse Components),,元器件會排列在板邊的周圍。
3. 把元器件一個一個地移動,、旋轉(zhuǎn),,放到板邊以內(nèi),,按照一定的規(guī)則擺放整齊。
2.3.2 自動布局
PowerPCB提供了自動布局和自動的局部簇布局,,但對大多數(shù)的設(shè)計來說,,效果并不理想,不推薦使用,。
2.3.3 注意事項
a. 布局的首要原則是保證布線的布通率,,移動器件時注意飛線的連接,把有連線關(guān)系的器件放在一起
b. 數(shù)字器件和模擬器件要分開,,盡量遠離
c. 去耦電容盡量靠近器件的VCC
d. 放置器件時要考慮以后的焊接,,不要太密集
e. 多使用軟件提供的Array和Union功能,提高布局的效率
2.4 布線
布線的方式也有兩種,,手工布線和自動布線,。PowerPCB提供的手工布線功能十分強大,包括自動推擠,、在線設(shè)計規(guī)則檢查(DRC),,自動布線由Specctra的布線引擎進行,通常這兩種方法配合使用,,常用的步驟是手工—自動—手工,。
2.4.1 手工布線
1. 自動布線前,先用手工布一些重要的網(wǎng)絡(luò),,比如高頻時鐘,、主電源等,這些網(wǎng)絡(luò)往往對走線距離,、線寬,、線間距、屏蔽等有特殊的要求,;另外一些特殊封裝,,如BGA,自動布線很難布得有規(guī)則,,也要用手工布線,。
2. 自動布線以后,還要用手工布線對PCB的走線進行調(diào)整,。
2.4.2 自動布線
手工布線結(jié)束以后,,剩下的網(wǎng)絡(luò)就交給自動布線器來自布。選擇Tools->SPECCTRA,,啟動Specctra布線器的接口,,設(shè)置好DO文件,按Continue就啟動了Specctra布線器自動布線,結(jié)束后如果布通率為100%,,那么就可以進行手工調(diào)整布線了,;如果不到100%,說明布局或手工布線有問題,,需要調(diào)整布局或手工布線,,直至全部布通為止。
2.4.3 注意事項
a. 電源線和地線盡量加粗
b. 去耦電容盡量與VCC直接連接
c. 設(shè)置Specctra的DO文件時,,首先添加Protect all wires命令,,保護手工布的線不被自動布線器重布
d. 如果有混合電源層,應(yīng)該將該層定義為Split/mixed Plane,,在布線之前將其分割,布完線之后,,使用Pour Manager的Plane Connect進行覆銅
e. 將所有的器件管腳設(shè)置為熱焊盤方式,,做法是將Filter設(shè)為Pins,選中所有的管腳,,修改屬性,,在Thermal選項前打勾
f. 手動布線時把DRC選項打開,使用動態(tài)布線(Dynamic Route)
2.5 檢查
檢查的項目有間距(Clearance),、連接性(Connectivity),、高速規(guī)則(High Speed)和電源層(Plane),這些項目可以選擇Tools->Verify Design進行,。如果設(shè)置了高速規(guī)則,,必須檢查,否則可以跳過這一項,。檢查出錯誤,,必須修改布局和布線。
注意:
有些錯誤可以忽略,,例如有些接插件的Outline的一部分放在了板框外,,檢查間距時會出錯;另外每次修改過走線和過孔之后,,都要重新覆銅一次,。
2.6 復(fù)查
復(fù)查根據(jù)“PCB檢查表”,內(nèi)容包括設(shè)計規(guī)則,,層定義,、線寬、間距,、焊盤,、過孔設(shè)置;還要重點復(fù)查器件布局的合理性,電源,、地線網(wǎng)絡(luò)的走線,,高速時鐘網(wǎng)絡(luò)的走線與屏蔽,去耦電容的擺放和連接等,。復(fù)查不合格,,設(shè)計者要修改布局和布線,合格之后,,復(fù)查者和設(shè)計者分別簽字,。
2.7 設(shè)計輸出
PCB設(shè)計可以輸出到打印機或輸出光繪文件。打印機可以把PCB分層打印,,便于設(shè)計者和復(fù)查者檢查,;光繪文件交給制板廠家,生產(chǎn)印制板,。光繪文件的輸出十分重要,,關(guān)系到這次設(shè)計的成敗,下面將著重說明輸出光繪文件的注意事項,。
a. 需要輸出的層有布線層(包括頂層,、底層、中間布線層),、電源層(包括VCC層和GND層),、絲印層(包括頂層絲印、底層絲?。?、阻焊層(包括頂層阻焊和底層阻焊),另外還要生成鉆孔文件(NC Drill)
b. 如果電源層設(shè)置為Split/Mixed,,那么在Add Document窗口的Document項選擇Routing,,并且每次輸出光繪文件之前,都要對PCB圖使用Pour Manager的Plane Connect進行覆銅,;如果設(shè)置為CAM Plane,,則選擇Plane,在設(shè)置Layer項的時候,,要把Layer25加上,,在Layer25層中選擇Pads和Viasc. 在設(shè)備設(shè)置窗口(按Device Setup),將Aperture的值改為199
d. 在設(shè)置每層的Layer時,,將Board Outline選上
e. 設(shè)置絲印層的Layer時,,不要選擇Part Type,選擇頂層(底層)和絲印層的Outline,、Text,、Line
f. 設(shè)置阻焊層的Layer時,,選擇過孔表示過孔上不加阻焊,不選過孔表示家阻焊,,視具體情況確定
g. 生成鉆孔文件時,,使用PowerPCB的缺省設(shè)置,不要作任何改動,。
h. 所有光繪文件輸出以后,,用CAM350打開并打印,由設(shè)計者和復(fù)查者根據(jù)“PCB檢查表”檢查,。
***********************************************************************************************
過孔
過孔(via)是多層PCB的重要組成部分之一,,鉆孔的費用通常占PCB制板費用的30%到40%。簡單的說來,,PCB上的每一個孔都可以稱之為過孔,。從作用上看,過孔可以分成兩類:一是用作各層間的電氣連接,;二是用作器件的固定或定位,。如果從工藝制程上來說,這些過孔一般又分為三類,,即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via),。盲孔位于印刷線路板的頂層和底層表面,,具有一定深度,用于表層線路和下面的內(nèi)層線路的連接,,孔的深度通常不超過一定的比率(孔徑),。埋孔是指位于印刷線路板內(nèi)層的連接孔,它不會延伸到線路板的表面,。上述兩類孔都位于線路板的內(nèi)層,,層壓前利用通孔成型工藝完成,在過孔形成過程中可能還會重疊做好幾個內(nèi)層,。第三種稱為通孔,,這種孔穿過整個線路板,可用于實現(xiàn)內(nèi)部互連或作為元件的安裝定位孔,。由于通孔在工藝上更易于實現(xiàn),,成本較低,所以絕大部分印刷電路板均使用它,,而不用另外兩種過孔,。以下所說的過孔,沒有特殊說明的,,均作為通孔考慮,。
從設(shè)計的角度來看,一個過孔主要由兩個部分組成,一是中間的鉆孔(drill hole),二是鉆孔周圍的焊盤區(qū),,見下圖,。這兩部分的尺寸大小決定了過孔的大小。很顯然,,在高速,高密度的PCB設(shè)計時,,設(shè)計者總是希望過孔越小越好,這樣板上可以留有更多的布線空間,,此外,,過孔越小,其自身的寄生電容也越小,,更適合用于高速電路,。但孔尺寸的減小同時帶來了成本的增加,而且過孔的尺寸不可能無限制的減小,,它受到鉆孔(drill)和電鍍(plating)等工藝技術(shù)的限制:孔越小,,鉆孔需花費的時間越長,也越容易偏離中心位置,;且當孔的深度超過鉆孔直徑的6倍時,,就無法保證孔壁能均勻鍍銅。比如,,現(xiàn)在正常的一塊6層PCB板的厚度(通孔深度)為50Mil左右,,所以PCB廠家能提供的鉆孔直徑最小只能達到8Mil。
二,、過孔的寄生電容
過孔本身存在著對地的寄生電容,,如果已知過孔在鋪地層上的隔離孔直徑為D2,過孔焊盤的直徑為D1,PCB板的厚度為T,板基材介電常數(shù)為ε,則過孔的寄生電容大小近似于:
C=1.41εTD1/(D2-D1)
過孔的寄生電容會給電路造成的主要影響是延長了信號的上升時間,降低了電路的速度,。舉例來說,,對于一塊厚度為50Mil的PCB板,如果使用內(nèi)徑為10Mil,,焊盤直徑為20Mil的過孔,,焊盤與地鋪銅區(qū)的距離為32Mil,則我們可以通過上面的公式近似算出過孔的寄生電容大致是:C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF,這部分電容引起的上升時間變化量為:T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.517x(55/2)=31.28ps ,。從這些數(shù)值可以看出,,盡管單個過孔的寄生電容引起的上升延變緩的效用不是很明顯,但是如果走線中多次使用過孔進行層間的切換,,設(shè)計者還是要慎重考慮的,。
三、過孔的寄生電感
同樣,,過孔存在寄生電容的同時也存在著寄生電感,,在高速數(shù)字電路的設(shè)計中,,過孔的寄生電感帶來的危害往往大于寄生電容的影響。它的寄生串聯(lián)電感會削弱旁路電容的貢獻,,減弱整個電源系統(tǒng)的濾波效用,。我們可以用下面的公式來簡單地計算一個過孔近似的寄生電感:
L=5.08h[ln(4h/d)+1]其中L指過孔的電感,h是過孔的長度,,d是中心鉆孔的直徑,。從式中可以看出,過孔的直徑對電感的影響較小,,而對電感影響最大的是過孔的長度,。仍然采用上面的例子,可以計算出過孔的電感為:L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH ,。如果信號的上升時間是1ns,,那么其等效阻抗大小為:XL=πL/T10-90=3.19Ω。這樣的阻抗在有高頻電流的通過已經(jīng)不能夠被忽略,,特別要注意,,旁路電容在連接電源層和地層的時候需要通過兩個過孔,這樣過孔的寄生電感就會成倍增加,。
四,、高速PCB中的過孔設(shè)計
通過上面對過孔寄生特性的分析,我們可以看到,,在高速PCB設(shè)計中,,看似簡單的過孔往往也會給電路的設(shè)計帶來很大的負面效應(yīng)。為了減小過孔的寄生效應(yīng)帶來的不利影響,,在設(shè)計中可以盡量做到:
1、從成本和信號質(zhì)量兩方面考慮,,選擇合理尺寸的過孔大小,。比如對6-10層的內(nèi)
存模塊PCB設(shè)計來說,選用10/20Mil(鉆孔/焊盤)的過孔較好,,對于一些高密度的小尺寸的板子,,也可以嘗試使用8/18Mil的過孔。目前技術(shù)條件下,,很難使用更小尺寸的過孔了,。對于電源或地線的過孔則可以考慮使用較大尺寸,以減小阻抗,。
2,、上面討論的兩個公式可以得出,使用較薄的PCB板有利于減小過孔的兩種寄
生參數(shù),。
3,、PCB板上的信號走線盡量不換層,,也就是說盡量不要使用不必要的過孔。
4,、電源和地的管腳要就近打過孔,,過孔和管腳之間的引線越短越好,因為它們會導(dǎo)致電感的增加,。同時電源和地的引線要盡可能粗,,以減少阻抗。
5,、在信號換層的過孔附近放置一些接地的過孔,,以便為信號提供最近的回路。甚至可以在PCB板上大量放置一些多余的接地過孔,。當然,,在設(shè)計時還需要靈活多變。前面討論的過孔模型是每層均有焊盤的情況,,也有的時候,,我們可以將某些層的焊盤減小甚至去掉。特別是在過孔密度非常大的情況下,,可能會導(dǎo)致在鋪銅層形成一個隔斷回路的斷槽,,解決這樣的問題除了移動過孔的位置,我們還可以考慮將過孔在該鋪銅層的焊盤尺寸減小,。