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PCB LAYOUT技術(shù)大全

2017-02-17
關(guān)鍵詞: LAYOUT PCB

1.原理圖常見(jiàn)錯(cuò)誤:

(1)ERC報(bào)告管腳沒(méi)有接入信號(hào):
a. 創(chuàng)建封裝時(shí)給管腳定義了I/O屬性,;
b.創(chuàng)建元件或放置元件時(shí)修改了不一致的grid屬性,管腳與線沒(méi)有連上,;
c. 創(chuàng)建元件時(shí)pin方向反向,,必須非pin name端連線,。
(2)元件跑到圖紙界外:沒(méi)有在元件庫(kù)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(shí)沒(méi)有選擇為global,。
(4)當(dāng)使用自己創(chuàng)建的多部分組成的元件時(shí),,千萬(wàn)不要使用annotate.

2.PCB中常見(jiàn)錯(cuò)誤:
(1)網(wǎng)絡(luò)載入時(shí)報(bào)告NODE沒(méi)有找到:
a. 原理圖中的元件使用了pcb庫(kù)中沒(méi)有的封裝;
b. 原理圖中的元件使用了pcb庫(kù)中名稱不一致的封裝,;
c. 原理圖中的元件使用了pcb庫(kù)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(shí)總是不能打印到一頁(yè)紙上:
a. 創(chuàng)建pcb庫(kù)時(shí)沒(méi)有在原點(diǎn);
b. 多次移動(dòng)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(dòng)字符到邊界內(nèi),。

(3)DRC報(bào)告網(wǎng)絡(luò)被分成幾個(gè)部分:
表示這個(gè)網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有連通,,看報(bào)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(lán)屏的機(jī)會(huì),;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(jī)會(huì),。如果作較復(fù)雜得設(shè)計(jì),盡量不要使用自動(dòng)布線,。

在PCB設(shè)計(jì)中,,布線是完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要步驟,可以說(shuō)前面的準(zhǔn)備工作都是為它而做的,, 在整個(gè)PCB中,,以布線的設(shè)計(jì)過(guò)程限定最高,技巧最細(xì),、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(dòng)布線及交互式布線,,在自動(dòng)布線之前, 可以用交互式預(yù)先對(duì)要求比較嚴(yán)格的線進(jìn)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(shí)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(dòng)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(jìn)的數(shù)目等,。一般先進(jìn)行探索式布經(jīng)線,快速地把短線連通,, 然后進(jìn)行迷宮式布線,,先把要布的連線進(jìn)行全局的布線路徑優(yōu)化,它可以根據(jù)需要斷開(kāi)已布的線,。 并試著重新再布線,,以改進(jìn)總體效果。

    對(duì)目前高密度的PCB設(shè)計(jì)已感覺(jué)到貫通孔不太適應(yīng)了,, 它浪費(fèi)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(guò)程完成得更加方便,,更加流暢,,更為完善,PCB 板的設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜而又簡(jiǎn)單的過(guò)程,,要想很好地掌握它,,還需廣大電子工程設(shè)計(jì)人員去自已體會(huì), 才能得到其中的真諦,。

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2,、設(shè)計(jì)流程
PCB的設(shè)計(jì)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(gè)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(shí)保持原理圖和PCB圖的一致,盡量減少出錯(cuò)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(jìn)來(lái),。

2.2 規(guī)則設(shè)置

如果在原理圖設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)把PCB的設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)置好的話,,就不用再進(jìn)行設(shè)置.這些規(guī)則了,因?yàn)檩斎刖W(wǎng)表時(shí),,設(shè)計(jì)規(guī)則已隨網(wǎng)表輸入進(jìn)PowerPCB了,。如果修改了設(shè)計(jì)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)過(guò)孔的大小。如果設(shè)計(jì)者新建了一個(gè)焊盤或過(guò)孔,,一定要加上Layer 25,。

注意:

PCB設(shè)計(jì)規(guī)則、層定義,、過(guò)孔設(shè)置,、CAM輸出設(shè)置已經(jīng)作成缺省啟動(dòng)文件,名稱為Default.stp,,網(wǎng)表輸入進(jìn)來(lái)以后,,按照設(shè)計(jì)的實(shí)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(jí)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(huì)放在工作區(qū)的零點(diǎn),重疊在一起,,下一步的工作就是把這些元器件分開(kāi),,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(dòng)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(huì)排列在板邊的周圍,。
3. 把元器件一個(gè)一個(gè)地移動(dòng)、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(dòng)布局
PowerPCB提供了自動(dòng)布局和自動(dòng)的局部簇布局,,但對(duì)大多數(shù)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),,效果并不理想,不推薦使用,。

2.3.3 注意事項(xiàng)
a. 布局的首要原則是保證布線的布通率,,移動(dòng)器件時(shí)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(kāi),,盡量遠(yuǎn)離
c. 去耦電容盡量靠近器件的VCC
d. 放置器件時(shí)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(dòng)布線,。PowerPCB提供的手工布線功能十分強(qiáng)大,包括自動(dòng)推擠,、在線設(shè)計(jì)規(guī)則檢查(DRC),,自動(dòng)布線由Specctra的布線引擎進(jìn)行,通常這兩種方法配合使用,,常用的步驟是手工—自動(dòng)—手工。

2.4.1 手工布線
1. 自動(dòng)布線前,,先用手工布一些重要的網(wǎng)絡(luò),,比如高頻時(shí)鐘、主電源等,,這些網(wǎng)絡(luò)往往對(duì)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(dòng)布線很難布得有規(guī)則,,也要用手工布線。
2. 自動(dòng)布線以后,還要用手工布線對(duì)PCB的走線進(jìn)行調(diào)整,。

2.4.2 自動(dòng)布線

手工布線結(jié)束以后,,剩下的網(wǎng)絡(luò)就交給自動(dòng)布線器來(lái)自布。選擇Tools->SPECCTRA,,啟動(dòng)Specctra布線器的接口,,設(shè)置好DO文件,按Continue就啟動(dòng)了Specctra布線器自動(dòng)布線,,結(jié)束后如果布通率為100%,,那么就可以進(jìn)行手工調(diào)整布線了;如果不到100%,,說(shuō)明布局或手工布線有問(wèn)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(xiàng)
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(shí),,首先添加Protect all wires命令,保護(hù)手工布的線不被自動(dòng)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(jìn)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(xiàng)前打勾
f. 手動(dòng)布線時(shí)把DRC選項(xiàng)打開(kāi),使用動(dòng)態(tài)布線(Dynamic Route)

2.5 檢查

檢查的項(xiàng)目有間距(Clearance),、連接性(Connectivity),、高速規(guī)則(High Speed)和電源層(Plane),這些項(xiàng)目可以選擇Tools->Verify Design進(jìn)行,。如果設(shè)置了高速規(guī)則,,必須檢查,否則可以跳過(guò)這一項(xiàng),。檢查出錯(cuò)誤,,必須修改布局和布線。

注意:

有些錯(cuò)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(shí)會(huì)出錯(cuò);另外每次修改過(guò)走線和過(guò)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(jì)規(guī)則,層定義,、線寬,、間距、焊盤,、過(guò)孔設(shè)置,;還要重點(diǎn)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(shí)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(jì)者要修改布局和布線,合格之后,,復(fù)查者和設(shè)計(jì)者分別簽字,。

2.7 設(shè)計(jì)輸出

PCB設(shè)計(jì)可以輸出到打印機(jī)或輸出光繪文件。打印機(jī)可以把PCB分層打印,,便于設(shè)計(jì)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(jì)的成敗,下面將著重說(shuō)明輸出光繪文件的注意事項(xiàng),。

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(xiàng)選擇Routing,并且每次輸出光繪文件之前,,都要對(duì)PCB圖使用Pour Manager的Plane Connect進(jìn)行覆銅,;如果設(shè)置為CAM Plane,則選擇Plane,,在設(shè)置Layer項(xiàng)的時(shí)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(shí),,將Board Outline選上
e. 設(shè)置絲印層的Layer時(shí),,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(shí),選擇過(guò)孔表示過(guò)孔上不加阻焊,,不選過(guò)孔表示家阻焊,,視具體情況確定
g. 生成鉆孔文件時(shí),使用PowerPCB的缺省設(shè)置,,不要作任何改動(dòng),。
h. 所有光繪文件輸出以后,用CAM350打開(kāi)并打印,,由設(shè)計(jì)者和復(fù)查者根據(jù)“PCB檢查表”檢查,。

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過(guò)孔

過(guò)孔(via)是多層PCB的重要組成部分之一,鉆孔的費(fèi)用通常占PCB制板費(fèi)用的30%到40%,。簡(jiǎn)單的說(shuō)來(lái),,PCB上的每一個(gè)孔都可以稱之為過(guò)孔。從作用上看,,過(guò)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(lái)說(shuō),,這些過(guò)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(guò)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(huì)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(guò)孔形成過(guò)程中可能還會(huì)重疊做好幾個(gè)內(nèi)層,。第三種稱為通孔,,這種孔穿過(guò)整個(gè)線路板,可用于實(shí)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(shí)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(guò)孔,。以下所說(shuō)的過(guò)孔,,沒(méi)有特殊說(shuō)明的,均作為通孔考慮,。

從設(shè)計(jì)的角度來(lái)看,,一個(gè)過(guò)孔主要由兩個(gè)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(jiàn)下圖,。這兩部分的尺寸大小決定了過(guò)孔的大小。很顯然,,在高速,高密度的PCB設(shè)計(jì)時(shí),,設(shè)計(jì)者總是希望過(guò)孔越小越好,這樣板上可以留有更多的布線空間,,此外,,過(guò)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(shí)帶來(lái)了成本的增加,而且過(guò)孔的尺寸不可能無(wú)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(fèi)的時(shí)間越長(zhǎng),也越容易偏離中心位置,;且當(dāng)孔的深度超過(guò)鉆孔直徑的6倍時(shí),,就無(wú)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(dá)到8Mil。

二,、過(guò)孔的寄生電容

過(guò)孔本身存在著對(duì)地的寄生電容,,如果已知過(guò)孔在鋪地層上的隔離孔直徑為D2,過(guò)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(guò)孔的寄生電容大小近似于:

C=1.41εTD1/(D2-D1)

過(guò)孔的寄生電容會(huì)給電路造成的主要影響是延長(zhǎng)了信號(hào)的上升時(shí)間,降低了電路的速度,。舉例來(lái)說(shuō),,對(duì)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(guò)孔,,焊盤與地鋪銅區(qū)的距離為32Mil,則我們可以通過(guò)上面的公式近似算出過(guò)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(shí)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(gè)過(guò)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(guò)孔進(jìn)行層間的切換,,設(shè)計(jì)者還是要慎重考慮的,。

三、過(guò)孔的寄生電感

同樣,,過(guò)孔存在寄生電容的同時(shí)也存在著寄生電感,,在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中,過(guò)孔的寄生電感帶來(lái)的危害往往大于寄生電容的影響,。它的寄生串聯(lián)電感會(huì)削弱旁路電容的貢獻(xiàn),,減弱整個(gè)電源系統(tǒng)的濾波效用。我們可以用下面的公式來(lái)簡(jiǎn)單地計(jì)算一個(gè)過(guò)孔近似的寄生電感:

L=5.08h[ln(4h/d)+1]其中L指過(guò)孔的電感,,h是過(guò)孔的長(zhǎng)度,,d是中心鉆孔的直徑。從式中可以看出,,過(guò)孔的直徑對(duì)電感的影響較小,,而對(duì)電感影響最大的是過(guò)孔的長(zhǎng)度。仍然采用上面的例子,,可以計(jì)算出過(guò)孔的電感為:L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH ,。如果信號(hào)的上升時(shí)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(guò)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(shí)候需要通過(guò)兩個(gè)過(guò)孔,,這樣過(guò)孔的寄生電感就會(huì)成倍增加,。

四、高速PCB中的過(guò)孔設(shè)計(jì)

通過(guò)上面對(duì)過(guò)孔寄生特性的分析,,我們可以看到,,在高速PCB設(shè)計(jì)中,看似簡(jiǎn)單的過(guò)孔往往也會(huì)給電路的設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的負(fù)面效應(yīng),。為了減小過(guò)孔的寄生效應(yīng)帶來(lái)的不利影響,,在設(shè)計(jì)中可以盡量做到:

1、從成本和信號(hào)質(zhì)量?jī)煞矫婵紤],,選擇合理尺寸的過(guò)孔大小,。比如對(duì)6-10層的內(nèi)
存模塊PCB設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),選用10/20Mil(鉆孔/焊盤)的過(guò)孔較好,,對(duì)于一些高密度的小尺寸的板子,,也可以嘗試使用8/18Mil的過(guò)孔。目前技術(shù)條件下,,很難使用更小尺寸的過(guò)孔了,。對(duì)于電源或地線的過(guò)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(gè)公式可以得出,,使用較薄的PCB板有利于減小過(guò)孔的兩種寄
生參數(shù)。

3,、PCB板上的信號(hào)走線盡量不換層,,也就是說(shuō)盡量不要使用不必要的過(guò)孔。

4,、電源和地的管腳要就近打過(guò)孔,,過(guò)孔和管腳之間的引線越短越好,因?yàn)樗鼈儠?huì)導(dǎo)致電感的增加,。同時(shí)電源和地的引線要盡可能粗,,以減少阻抗。

5,、在信號(hào)換層的過(guò)孔附近放置一些接地的過(guò)孔,,以便為信號(hào)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(guò)孔,。當(dāng)然,,在設(shè)計(jì)時(shí)還需要靈活多變。前面討論的過(guò)孔模型是每層均有焊盤的情況,,也有的時(shí)候,,我們可以將某些層的焊盤減小甚至去掉。特別是在過(guò)孔密度非常大的情況下,,可能會(huì)導(dǎo)致在鋪銅層形成一個(gè)隔斷回路的斷槽,,解決這樣的問(wèn)題除了移動(dòng)過(guò)孔的位置,我們還可以考慮將過(guò)孔在該鋪銅層的焊盤尺寸減小,。

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