PCB板基礎(chǔ)知識(shí)、布局原則、布線技巧、設(shè)計(jì)規(guī)則(2)

1、PCB板基礎(chǔ)知識(shí)一、PCB板的元素1、工作層面對(duì)于印制電路板來說，工作層面可以分為6大類,信號(hào)層 (signal layer)內(nèi)部電源/接地層(internal plane layer )機(jī)械層(mechanical layer)防護(hù)層(mask layer )絲印層(silkscreen layer其他工作層(other layer主要用來放置物理邊界和放置尺寸標(biāo)注等信息，起到相應(yīng) 的提示作用。EDA軟件可以提供16層的機(jī)械層。包括錫膏層和阻焊層兩大類。錫膏層主要用于將表面貼 元器件粘貼在PCB上，阻焊層用于防止焊錫鍍?cè)诓粦?yīng) 該焊接的地方。在PCB板的TOP和BOTTOM層表面繪制元器件的外

2、觀 輪廓和放置字符串等。 例如元器件的標(biāo)識(shí)、 標(biāo)稱值等以及 放置廠家標(biāo)志，生產(chǎn)日期等。同時(shí)也是印制電路板上用來 焊接元器件位置的依據(jù)，作用是使PCB板具有可讀性，便于電路的安裝和維修。禁止布線層鉆孔導(dǎo)引層鉆孔圖層復(fù)合層Keep Out Layer drill guide layer drill draw ing layer multi-layer2、元器件封裝PCB板時(shí)的焊接位置與焊接形狀，包括了實(shí)際元器件的外形尺寸,是實(shí)際元器件焊接到所占空間位置，各管腳之間的間距等。元器件封裝是一個(gè)空間的功能，對(duì)于不同的元器件可以有相同的封裝，同樣相同功能的 元器件可以有不同的封裝。因此在制作PCB板時(shí)必須

3、同時(shí)知道元器件的名稱和封裝形式。(1) 元器件封裝分類通孔式元器件封裝(THT，through hole technology) 表面貼元件封裝(SMT Surface mou nted tech no logy )另一種常用的分類方法是從封裝外形分類：SIP單列直插封裝DIP雙列直插封裝PLCC塑料引線芯片載體封裝 PQFP塑料四方扁平封裝 SOP小尺寸封裝TSOP薄型小尺寸封裝 PPGA塑料針狀柵格陣列封裝 PBGA塑料球柵陣列封裝CSP芯片級(jí)封裝(2) 元器件封裝編號(hào)編號(hào)原則：元器件類型 +引腳距離(或引腳數(shù))+元器件外形尺寸RAD0.1RB7.6-15 等。例如 AXIAL-0.3 D

4、IP14(3) 常見元器件封裝,其中 可變電阻類元件圭寸裝的編號(hào)為電阻類普通電阻AXIAL-表示元件引腳間的距離； VR ,其中 表示元件的類別。電容類 非極性電容 編號(hào)RAD ，其中 表示元件引腳間的距離。極性電容編號(hào)RB xx-yy , xx表示元件引腳間的距離，yy表示元件的直徑。二極管類編號(hào)DIODE-，其中表示元件引腳間的距離。晶體管類器件封裝的形式多種多樣。集成電路類SIP單列直插封裝DIP雙列直插封裝PLCC塑料引線芯片載體封裝PQFP塑料四方扁平封裝SOP小尺寸封裝TSOP薄型小尺寸封裝PPGA塑料針狀柵格陣列封裝PBGA塑料球柵陣列封裝CSP芯片級(jí)封裝3、銅膜導(dǎo)線 是指PCB

5、上各個(gè)元器件上起電氣導(dǎo)通作用的連線，它是PCB設(shè)計(jì)中最重要的部分。對(duì)于印制電路板的銅膜導(dǎo)線來說，導(dǎo)線寬度和導(dǎo)線間距是衡量銅膜導(dǎo)線的重要指 標(biāo)，這兩個(gè)方面的尺寸是否合理將直接影響元器件之間能否實(shí)現(xiàn)電路的正確連接關(guān)系。 印制電路板走線的原則：走線長度：盡量走短線，特別對(duì)小信號(hào)電路來講，線越短電阻越小，干擾越小。走線形狀：同一層上的信號(hào)線改變方向時(shí)應(yīng)該走135°的斜線或弧形，避免 90°的拐角。走線寬度和走線間距：在PCB設(shè)計(jì)中，網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)相同的印制板線條的寬度要求盡量一致，這樣有利于阻抗匹配。走線寬度通常信號(hào)線寬為：0.20.3mm , (10mil)電源線一般為1.22.5mm

6、 在條件允許的范圍內(nèi)，盡量加寬電源、地線 寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：地線電源線信號(hào)線焊盤、線、過孔的間距要求PAD and VIA0.3mm( 12mil)PAD and PAD :PAD and TRACKTRACK and TRACK密度較高時(shí)：0.3mm( 12mil)> CBmm (12mil):> 0.3mm( 12mil)PAD and VIAPAD and PADPAD and TRACKTRACK and TRACK0.254mm( lOmil)0.254mm( lOmil )> 0.254mm (lOmil):> 0.254mm (lO

7、mil )4、焊盤和過孔引腳的鉆孔直徑=引腳直徑+ (1030mil)引腳的焊盤直徑=鉆孔直徑+18milPCB布局原則1. 根據(jù)結(jié)構(gòu)圖設(shè)置板框尺寸，按結(jié)構(gòu)要素布置安裝孔、接插件等需要定位的器件，并給這些器件賦予不可移動(dòng)屬性。按工藝設(shè)計(jì)規(guī)范的要求進(jìn)行尺寸標(biāo)注。2. 根據(jù)結(jié)構(gòu)圖和生產(chǎn)加工時(shí)所須的夾持邊設(shè)置印制板的禁止布線區(qū)、禁止布局區(qū)域。根據(jù) 某些元件的特殊要求，設(shè)置禁止布線區(qū)。3. 綜合考慮PCB性能和加工的效率選擇加工流程。加工工藝的優(yōu)選順序?yàn)椋涸鎲蚊尜N裝 一一元件面貼、插混裝（元件面插裝焊接面貼裝一次波峰成型）一一雙面貼裝一一元件面貼插混裝、焊接面貼裝。4. 布局操作的基本原則A. 遵

8、照 先大后小，先難后易”的布置原則，即重要的單元電路、核心元器件應(yīng)當(dāng)優(yōu)先布局.B. 布局中應(yīng)參考原理框圖，根據(jù)單板的主信號(hào)流向規(guī)律安排主要元器件.C. 布局應(yīng)盡量滿足以下要求：總的連線盡可能短，關(guān)鍵信號(hào)線最短；高電壓、大電流信號(hào)與小電流，低電壓的弱信號(hào)完全分開；模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)分開；高頻信號(hào)與低頻信號(hào)分開；高頻元器件的間隔要充分.D. 相同結(jié)構(gòu)電路部分，盡可能采用對(duì)稱式”標(biāo)準(zhǔn)布局；E. 按照均勻分布、重心平衡、版面美觀的標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化布局；25mil。F. 器件布局柵格的設(shè)置， 一般IC器件布局時(shí)，柵格應(yīng)為50-100 mil,小型表面安裝器件， 如 表面貼裝元件布局時(shí)，柵格設(shè)置應(yīng)不少于G如有特殊

9、布局要求，應(yīng)雙方溝通后確定。5. 同類型插裝元器件在 X或丫方向上應(yīng)朝一個(gè)方向放置。同一種類型的有極性分立元件也要力爭在X或丫方向上保持一致，便于生產(chǎn)和檢驗(yàn)。6. 發(fā)熱元件要一般應(yīng)均勻分布，以利于單板和整機(jī)的散熱，除溫度檢測(cè)元件以外的溫度敏 感器件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱量大的元器件。7. 元器件的排列要便于調(diào)試和維修，亦即小元件周圍不能放置大元件、需調(diào)試的元、器件 周圍要有足夠的空間。8. 需用波峰焊工藝生產(chǎn)的單板，其緊固件安裝孔和定位孔都應(yīng)為非金屬化孔。當(dāng)安裝孔需 要接地時(shí)，應(yīng)采用分布接地小孔的方式與地平面連接。9. 焊接面的貼裝元件采用波峰焊接生產(chǎn)工藝時(shí)，阻、容件軸向要與波峰焊傳送方向垂直，阻排及SO

10、P（ PIN間距大于等于1.27mm）元器件軸向與傳送方向平行； PIN間距小于1.27mm（50mil）的IC、SOJ、PLCC、QFP等有源元件避免用波峰焊焊接。10. BGA與相鄰元件的距離>5mm。其它貼片元件相互間的距離 >0.7mm ；貼裝元件焊盤的外側(cè)與相鄰插裝元件的外側(cè)距離大于2mm；有壓接件的PCB,壓接的接插件周圍 5mm內(nèi)不能有插裝元、器件，在焊接面其周圍5mm內(nèi)也不能有貼裝元、器件。11. IC去耦電容的布局要盡量靠近IC的電源管腳，并使之與電源和地之間形成的回路最短。12. 元件布局時(shí)，應(yīng)適當(dāng)考慮使用同一種電源的器件盡量放在一起，以便于將來的電源分隔。13

11、. 用于阻抗匹配目的阻容器件的布局，要根據(jù)其屬性合理布置。500mil 。串聯(lián)匹配電阻的布局要靠近該信號(hào)的驅(qū)動(dòng)端，距離一般不超過匹配電阻、電容的布局一定要分清信號(hào)的源端與終端，對(duì)于多負(fù)載的終端匹配一定要在信號(hào)的最遠(yuǎn)端匹配。14. 布局完成后打印出裝配圖供原理圖設(shè)計(jì)者檢查器件封裝的正確性，并且確認(rèn)單板、背板 和接插件的信號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系，經(jīng)確認(rèn)無誤后方可開始布線。布線布線是整個(gè)PCB設(shè)計(jì)中最重要的工序。這將直接影響著PCB板的性能好壞。在 PCB的設(shè)計(jì)過程中，布線一般有這么三種境界的劃分：首先是布通，這時(shí)PCB設(shè)計(jì)時(shí)的最基本的要求。如果線路都沒布通，搞得到處是飛線，那將是一塊不合格的板子，可以說還沒入

12、門。其 次是電器性能的滿足。這是衡量一塊印刷電路板是否合格的標(biāo)準(zhǔn)。這是在布通之后，認(rèn)真調(diào)整布線，使其能達(dá)到最佳的電器性能。接著是美觀。假如你的布線布通了，也沒有什么影響電器性能的地方，但是一眼看過去雜亂無章的，加上五彩繽紛、花花綠綠的，那就算你的電 器性能怎么好，在別人眼里還是垃圾一塊。這樣給測(cè)試和維修帶來極大的不便。布線要整齊在條地線電源線劃一，不能縱橫交錯(cuò)毫無章法。這些都要在保證電器性能和滿足其他個(gè)別要求的情況下實(shí)現(xiàn)， 否則就是舍本逐末了。布線時(shí)主要按以下原則進(jìn)行： .一般情況下，首先應(yīng)對(duì)電源線和地線進(jìn)行布線 ，以保證電路板的電氣性能。 件允許的范圍內(nèi)，盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比

13、電源線寬，它們的關(guān)系是： 電源線信號(hào)線，通常信號(hào)線寬為：0.20.3m m,最細(xì)寬度可達(dá) 0.050.07mm,一般為1.22.5mm。對(duì)數(shù)字電路的 PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一個(gè)回路 ，即構(gòu)成一個(gè)地網(wǎng)來 使用（模擬電路的地則不能這樣使用） .預(yù)先對(duì)要求比較嚴(yán)格的線（如高頻線）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。 .振蕩器外殼接地，時(shí)鐘線要盡量短，且不能引得到處都是。時(shí)鐘振蕩電路下面、特殊高速邏輯電路部分要加大地的面積，而不應(yīng)該走其它信號(hào)線，以使周圍電場趨近于零； .盡可能采用450的折線布線，不可使

14、用 900折線，以減小高頻信號(hào)的輻射；（要求高的線還要用雙弧線）.任何信號(hào)線都不要形成環(huán)路，如不可避免，環(huán)路應(yīng)盡量小；信號(hào)線的過孔要盡 量少;.地線-信號(hào)-地線”的方式關(guān)鍵的線盡量短而粗，并在兩邊加上保護(hù)地。 通過扁平電纜傳送敏感信號(hào)和噪聲場帶信號(hào)時(shí)，要用引出。.對(duì)未布線區(qū)域進(jìn)行地線填充，用大面積銅層作地線用關(guān)鍵信號(hào)應(yīng)預(yù)留測(cè)試點(diǎn)，以方便生產(chǎn)和維修檢測(cè)用原理圖布線完成后，應(yīng)對(duì)布線進(jìn)行優(yōu)化；同時(shí)，經(jīng)初步網(wǎng)絡(luò)檢查和DRC檢查無誤后，都與地相連接作為地線用?；蚴亲龀啥鄬影澹娫?，地線各占用一層。,在印制板上把沒被用上的地方Alitum Designer的PCB板布線規(guī)則對(duì)于PCB的設(shè)計(jì)，AD提供了詳盡

15、的10種不同的設(shè)計(jì)規(guī)則，這些設(shè)計(jì)規(guī)則則 包括導(dǎo)線放置、導(dǎo)線布線方法、元件放置、布線規(guī)則、元件移動(dòng)和信號(hào)完整性等規(guī)則。 根據(jù)這些規(guī)則，Protel DXP進(jìn)行自動(dòng)布局和自動(dòng)布線。很大程度上，布線是否成功和布線的質(zhì)量的高低取決于設(shè)計(jì)規(guī)則的合理性，也依賴于用戶的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于具體的電路可以采用不同的設(shè)計(jì)規(guī)則，如果是設(shè)計(jì)雙面板， 很多規(guī)則可以采用系統(tǒng)默認(rèn)值，系統(tǒng)默認(rèn)值就是對(duì)雙面板進(jìn)行布線的設(shè)置。 本章將對(duì)Protel DXP的布線規(guī)則進(jìn)行講解。6.1設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)置進(jìn)入設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)置對(duì)話框的方法是在菜單中執(zhí)行菜單命令 Des in g/Rules Constraints Editor（PCB設(shè)計(jì)規(guī)則和約束P

16、CB電路板編輯環(huán)境下，從 Protel DXP的主 ，系統(tǒng)將彈出如圖 6-1所示的PCB Rules and ）對(duì)話框。Tfxj-血:刖PbiR辰T： fletriic+ ； .*>HTJ U*d*. X IespctI 出*MHAHFq+ fl £p« * J Fi»nPh n- H_ H ”- - *r *#*<«J CwsponeftOrTX1史加3_BGA1Z* Fa曲g*43器 FT_LIX2沁 FwoULSrndIL±F(nxSfllCJJ Hh1H*皿1LeifltPart1伽-SwpsuuraEtaacjlAl r應(yīng)

17、M Airjr*jCfir!KJ臥QA.rnxKCviffRouutfifitAdi(lirera-HkjCandHouins|CawF(wr < /rtnouCwtrdnodnpliSOICAlHebeSnMdThJKtirinj AlPatMiiJArtirtX AlIltnOBuna- IM Ohivm- ithd CSSM« AutoS*ytt 陽e 如5' Aihd Ai.ijCrci)DreOhenCncKwiH Pwl jeilKOTiv 1 J J rtieOciWTtr1I hPUwCffW1i J PkilHPrOm«：ti1二 RAgSr

18、w1斗Awj*咄列世,1其 RnAPtHrtti1卜"5 ?po*e» "A R*時(shí)1詈 ShortCZ1»_ riTTJpPa: HkCpwani Modi. n>ie Ckn? Wt nin Fb Pin Cwv & IPIM Poteen Coma EiMb RflJtriQCanii AfiuOn Lai Hdc*E 片血爐 RfiUng rQp«il9V FWiygSg ShjrtOw I_l_h_h_ElPtr4 nauin$i AoUlhg Aouins Hqulng AeJng 除 iC4i嗨H寸>0M h

19、Itfid M* " 1(KkLPwi-Elian Eiwbti IhriOks»»i?= - 3B1J 甘 FMStKf flfW'Conriett SMf 'iMDwBa Mn: HMuenid 角K啤bQT opA3» - SlWWJt PvTSm” 如StWt CfBM P 白 i R4-Ae? 丿 nri tCTiTrtrVIrcIir tcErnrCkB«gtoftK. j I.圖6-1 PCB設(shè)計(jì)規(guī)則和約束對(duì)話框該對(duì)話框左側(cè)顯示的是設(shè)計(jì)規(guī)則的類型，共分10類。左邊列出的是 DesingRules（設(shè)計(jì)規(guī)則），其中包

20、括Electrical （電氣類型）、Routing （布線類型）、SMT （表面粘著元件類型）規(guī)則等等，右邊則顯示對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)則的設(shè)置屬性。該對(duì)話框左下角有按鈕Priorities，單擊該按鈕，可以對(duì)同時(shí)存在的多個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)置優(yōu)先權(quán)的大小。對(duì)這些設(shè)計(jì)規(guī)則的基本操作有：新建規(guī)則、刪除規(guī)則、導(dǎo)出和導(dǎo)入規(guī)則等?？梢栽?-2所示的菜單。左邊任一類規(guī)則上右擊鼠標(biāo)，將會(huì)彈出如rteifj Rule，,Delete R.ule.Report.Export Rules. H.在該設(shè)計(jì)規(guī)則菜單中，Rules是將規(guī)則導(dǎo)出，將以規(guī)則；Report 選項(xiàng)，Import Rules.,.New Rule是新建規(guī)則；De

21、lete Rule是刪除規(guī)則；Export.rul為后綴名導(dǎo)出到文件中；Im port Rules是從文件中導(dǎo)入將當(dāng)前規(guī)則以報(bào)告文件的方式給出。圖6 2設(shè)計(jì)規(guī)則菜單下面，將分別介紹各類設(shè)計(jì)規(guī)則的設(shè)置和使用方法。6.2電氣設(shè)計(jì)規(guī)則Electrical （電氣設(shè)計(jì)）規(guī)則是設(shè)置電路板在布線時(shí)必須遵守，包括安全距離、短 路允許等4個(gè)小方面設(shè)置。1 . Cleara nee （安全距離）選項(xiàng)區(qū)域設(shè)置安全距離設(shè)置的是 PCB電路板在布置銅膜導(dǎo)線時(shí)，元件焊盤和焊盤之間、焊盤和導(dǎo)線之間、導(dǎo)線和導(dǎo)線之間的最小的距離。下面以新建一個(gè)安全規(guī)則為例，簡單介紹安全距離的設(shè)置方法。（1 ）在Clearanee上右擊鼠標(biāo)，

22、從彈出的快捷菜單中選擇New Rule選項(xiàng),如圖6-3所示。B-!±d|D&£i Rules 日容 Electrical f =申£ i a -? i =-TSV+Fiouhng Repvrt.i, ,i 申 jSKHT 審Mask S-J PlaneH-Testpeir*H亍 Hanubeturing由蘭HighSpeed申 y Placemenl 由將A 5©訶I ng聊圖6-3新建規(guī)則系統(tǒng)將自動(dòng)當(dāng)前設(shè)計(jì)規(guī)則為準(zhǔn)，生成名為Cleara nce_1的新設(shè)計(jì)規(guī)則，其設(shè)置對(duì)話框如圖6-4所示。h,-3fn2 唁曲 JTKJ CatwjrUniwel

23、D'l=Vd-Mfr iIhmatciws =AlMec*H盤eta汴L-W.! . rHM Md L 卯 Ajdvjrif«d(QliJeqJ-FtJ QuWyJLllO o o o o Wheiff ihe Sword otw：!(na*ch«AlMHCRhLW fivr flPdLdycf©oooooMUiMfy ill-CwirjhiEMmlThiini CtotnncA Tthni圖6-4新建Clearance_1設(shè)計(jì)規(guī)則（2 ）在 Where the First object matches選項(xiàng)區(qū)域中選定一種電氣類型。在這里選在右邊Full Q

24、uery中出現(xiàn)定Net單選項(xiàng)，同時(shí)在下拉菜單中選擇在設(shè)定的任一網(wǎng)絡(luò)名。InNet （）字樣，其中括號(hào)里也會(huì)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)名。（3 ）同樣的在 where the Seco nd object matches選項(xiàng)區(qū)域中也選定 Net單選項(xiàng)， 從下拉菜單中選擇另外一個(gè)網(wǎng)絡(luò)名。（4 ）在Constraints選項(xiàng)區(qū)域中的 Minimum Clearanee文本框里輸入 8mil 。這里 Mil為英制單位， 1mil=10 -3 in ch, li nch= 2.54cm 。文中其他位置的 mil也代表同樣的 長度單位。（5 ）單擊Close按鈕，將退出設(shè)置，系統(tǒng)自動(dòng)保存更改。設(shè)計(jì)完成效果如圖6-5所

25、示。Wqu defenceComnftertIILIniqtje Ep j* Whe怡 the Fit st object cnjtehrt o ® o o o oAlMet 陽站罕Layer N«tMLqwAdyanCTdQueivlMo輿PH?.?'：-* Fd Qgiy InNet ('Mo Net JVflieie the Second obftct mchej - 酬rNetLNet Dis&LdyHN et and LayerAdvarKCd'lOuefvlo®oooo廠 FlI Qtierji-IiiNe匸 t)-Co

26、Tisharifs|. Offered0 畸*圖6-5設(shè)置最小距離2 . Short Circuit （短路）選項(xiàng)區(qū)域設(shè)置短路設(shè)置就是否允許電路中有導(dǎo)線交叉短路。設(shè)置方法同上，系統(tǒng)默認(rèn)不允許短路,即取消Allow Short Circuit復(fù)選項(xiàng)的選定，如圖6- 6所示。- ConrbdWs圖6-6短路是否允許設(shè)置3 . Un-Routed Net （未布線網(wǎng)絡(luò)）選項(xiàng)區(qū)域設(shè)置可以指定網(wǎng)絡(luò)、檢查網(wǎng)絡(luò)布線是否成功，如果不成功，將保持用飛線連接。4 . Un-connected Pin （未連接管腳）選項(xiàng)區(qū)域設(shè)置對(duì)指定的網(wǎng)絡(luò)檢查是否所有元件管腳都連線了。6.3布線設(shè)計(jì)規(guī)則Rout ing （布線設(shè)計(jì)

27、）規(guī)則主要有如下幾種。1 . Width （導(dǎo)線寬度）選項(xiàng)區(qū)域設(shè)置導(dǎo)線的寬度有三個(gè)值可以供設(shè)置，分別為Max width （最大寬度）、Preferred Width（最佳寬度）、Min width（最小寬度）三個(gè)值，如圖 6-7所示。系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)線寬度的默認(rèn)值為10mil ,單擊每個(gè)項(xiàng)直接輸入數(shù)值進(jìn)行更改。這里采用系統(tǒng)默認(rèn)值 10mil設(shè)置導(dǎo)線寬度。r 匚onstrairitsPreferred Width lOmilMin Width lOmilJ廠Max Width lOrrhil4卞豐圖6 -7設(shè)置導(dǎo)線寬度2. Routi ng Top ology（布線拓?fù)洌┻x項(xiàng)區(qū)域設(shè)置拓?fù)湟?guī)則定義是采用

28、的布線的拓?fù)溥壿嫾s束。Protel DXP中常用的布線約束為統(tǒng)計(jì)最短邏輯規(guī)則，用戶可以根據(jù)具體設(shè)計(jì)選擇不同的布線拓?fù)湟?guī)則。Protel DXP提供了以下幾種布線拓?fù)湟?guī)則。Shortest （最短）規(guī)則設(shè)置最短規(guī)則設(shè)置如圖 6-8所示，從Topology下拉菜單中選擇 Shortest選項(xiàng)，該選項(xiàng)的 定義是在布線時(shí)連接所有節(jié)點(diǎn)的連線最短規(guī)則。-Constfariulopotog/ Shoftt圖6 -8最短拓?fù)溥壿婬orizo ntal （水平）規(guī)則設(shè)置水平規(guī)則設(shè)置如圖 6- 9所示，從Topoogy下拉菜單中選擇 Horizontal選基。它采用 連接節(jié)點(diǎn)的水平連線最短規(guī)則。廠 Constra

29、intETopologu Hohsofital圖6-9水平拓?fù)湟?guī)則Vertical （垂直）規(guī)則設(shè)置垂直規(guī)則設(shè)置如圖 6-10所示，從Tolpoogy下拉菜單中選擇 Vertical選項(xiàng)。它采和 是連接所有節(jié)點(diǎn)，在垂直方向連線最短規(guī)則。DaisvSimpte圖6-10垂直拓?fù)湟?guī)則Daisy Sim pie （簡單雛菊）規(guī)則設(shè)置簡單雛菊規(guī)則設(shè)置如圖6-11所示，從Tolpoogy下拉菜單中選擇 Daisy simple選項(xiàng)。它采用的是使用鏈?zhǔn)竭B通法則，從一點(diǎn)到另一點(diǎn)連通所有的節(jié)點(diǎn)，并使連線最短。廠 Corishaints -Topology圖6-11簡單雛菊規(guī)則Daisy-MidDrive n

30、（雛菊中點(diǎn)）規(guī)則設(shè)置雛菊中點(diǎn)規(guī)則設(shè)置如圖 6-12所示，從Tolpoogy下拉菜單中選擇 Daisy_MidDiven 選項(xiàng)。該規(guī)則選擇一個(gè) Source （源點(diǎn)），以它為中心向左右連通所有的節(jié)點(diǎn)，并使連線最短。匚onslraints -Topologyo圖6-12雛菊中點(diǎn)規(guī)則Daisy Bala need （雛菊平衡）規(guī)則設(shè)置雛菊平衡規(guī)則設(shè)置如圖 6-13所示，從Tol po ogy下拉菜單中選擇 Daisy Bala need選 項(xiàng)。它也選擇一個(gè)源點(diǎn)，將所有的中間節(jié)點(diǎn)數(shù)目平均分成組，所有的組都連接在源點(diǎn)上，并使連線最短。匚onstraints-Tapolago|p 引辭-Boknced圖6

31、-13雛菊平衡規(guī)則Star Burst （星形）規(guī)則設(shè)置星形規(guī)則設(shè)置如圖 6-14所示，從Tolpoogy下拉菜單中選擇 Star Burst選項(xiàng)。該規(guī) 則也是采用選擇一個(gè)源點(diǎn)，以星形方式去連接別的節(jié)點(diǎn)，并使連線最短。圖6-14 Star Burst （星形）規(guī)則3. Rout ing Rriority（布線優(yōu)先級(jí)別）選項(xiàng)區(qū)域設(shè)置該規(guī)則用于設(shè)置布線的優(yōu)先次序，設(shè)置的范圍從0-100，數(shù)值越大，優(yōu)先級(jí)越高,如圖6-15所示。廠 CongiramtsRouting Priority 0圖6-15布線優(yōu)先級(jí)設(shè)置4. Routi ng Layers （布線圖）選毆區(qū)域設(shè)置32個(gè)布線層該規(guī)則設(shè)置布線板導(dǎo)

32、的導(dǎo)線走線方法。包括頂層和底層布線層，共有 可以設(shè)置，如圖6-16所示。Camtrant£Top Layej-HorizontalXT"/ 111 *' - HLa：rX-胖'Lu/f： I in圖6-16布線層設(shè)置由于設(shè)計(jì)的是雙層板，故Mid-Layer 1到Mid-Layer30都不存在的，該選項(xiàng)為灰色不能使用，只能使用 Top Layer和Bottom Layer兩層。每層對(duì)應(yīng)的右邊為該層的布線走 法。T Dpi L 叩 erProte DXP提供了 11種布線走法，如圖 6 -17所示。1啊MU嗣1H垃網(wǎng)春VKliical1 0'Ctort.

33、疝”隔或JSOTfceLr45 Down匚Fan CutiH咖MafMl. _ ；,鄧Q t "嚴(yán)MiJ 1.創(chuàng)"lie L - jlMir I gMIC L r-'r '孑圖6-17 11種布線法各種布線方法為：Not Used該層不進(jìn)行布線；線Vertical該層為垂直方向布線；Any該層可以任意方向布線；鐘方向布線；Clock該層為按兩點(diǎn)鐘方向布線； 該層為按五點(diǎn)鐘方向布線；45Up該層為向上方法布線；Fan Out該層以扇形方式布線。對(duì)于系統(tǒng)默認(rèn)的雙面板情況，一面布線采用 方式。5 . Routing Corners （拐角）選項(xiàng)區(qū)域設(shè)置布線的拐角可

34、以有 45拐角、90拐角和圓形拐角三種，如圖Horizontal該層按水平方向布Clock該層為按一點(diǎn)Clock該層為按四點(diǎn)鐘方向布線；Clock45方向布線、45DOWn該層為向下 45Horizontal 方式另一面采用Vertical6 18所示。圖6 18拐角設(shè)置從Style上拉菜單欄中可以選擇拐角的類型。如圖6 16中Setback文本框用于設(shè)定拐角的長度。 To文本框用于設(shè)置拐角的大小。對(duì)于90拐角如圖6 19所示，圓形拐角設(shè)置如圖6 20所示。m Constijirts190 Otgrees *圖6 19 90拐角設(shè)置” C6ristruts Setback I KOniiiIO

35、 J OOffliR ounded圖6 20圓形拐角設(shè)置6 . Routing Via Style （導(dǎo)孔）選項(xiàng)區(qū)域設(shè)置該規(guī)則設(shè)置用于設(shè)置布線中導(dǎo)孔的尺寸，其界面如圖° ConstraintsVid DihmeieiNinirmum I SOrnil6 21所示。NdKinftufn SOrnilPreeifed 50niiVia Hole SizeMinimumNaKimum 2衛(wèi)lilPreferred 12%iil圖6 21導(dǎo)孔設(shè)置可以調(diào)協(xié)的參數(shù)有導(dǎo)孔的直徑via Diameter和導(dǎo)孔中的通孔直徑 Via Hole Size，包括Maximum（最大值）、 Minimum（最

36、小值）和 Preferred （最佳值）。設(shè)置時(shí)需注lOmil意導(dǎo)孔直徑和通孔直徑的差值不宜過小，否則將不宜于制板加工。合適的差值在 以上。6.4阻焊層設(shè)計(jì)規(guī)則Mask （阻焊層設(shè)計(jì)）規(guī)則用于設(shè)置焊盤到阻焊層的距離，有如下幾種規(guī)則。1 . Solder Mask Expan sion （阻焊層延伸量）選項(xiàng)區(qū)域設(shè)置該規(guī)則用于設(shè)計(jì)從焊盤到阻礙焊層之間的延伸距離。在電路板的制作時(shí)，阻焊層要預(yù)留一部分空間給焊盤。這個(gè)延伸量就是防止阻焊層和焊盤相重疊，如圖6 22所示系統(tǒng)默認(rèn)值為4mil,Expansion設(shè)置預(yù)為設(shè)置延伸量的大小。圖6 22阻焊層延伸量設(shè)置2 . Paste Mask Expansio

37、n （表面粘著元件延伸量）選項(xiàng)區(qū)域設(shè)置該規(guī)則設(shè)置表面粘著元件的焊盤和焊錫層孔之間的距離，如圖6 23所示，圖中的Expansion設(shè)置項(xiàng)為設(shè)置延伸量的大小。廠 ConstraintsExpansion OmJ圖6 23表面粘著元件延伸量設(shè)置6.5內(nèi)層設(shè)計(jì)規(guī)則Pla ne （內(nèi)層設(shè)計(jì)）規(guī)則用于多層板設(shè)計(jì)中，有如下幾種設(shè)置規(guī)則。1 . P ower P la ne Connect Style （電源層連接方式）選項(xiàng)區(qū)域設(shè)置電源層連接方式規(guī)則用于設(shè)置導(dǎo)孔到電源層的連接，其設(shè)置界面如圖6 24所示。廠 CanstraintsConduct ar VAdth lOmilConned StyleAir-G

38、aplOiriilExp ansion20mil圖6 24電源層連接方式設(shè)置圖中共有5項(xiàng)設(shè)置項(xiàng)，分別是：Conner Style下拉列表：用于設(shè)置電源層和導(dǎo)孔的連接風(fēng)格。下拉列表中有個(gè)選項(xiàng)可以選擇：Relief Conn ect （發(fā)散狀連接）、Direct conn ect （直接連接）和Connect （不連接）。工程制板中多采用發(fā)散狀連接風(fēng)格。Condctor Width文本框：用于設(shè)置導(dǎo)通的導(dǎo)線寬度。Con ductors復(fù)選項(xiàng)：用于選擇連通的導(dǎo)線的數(shù)目可以有線供選擇。Air-Gap文本框：用于設(shè)置空隙的間隔的寬度。Expansion文本框：用于設(shè)置從導(dǎo)孔到空隙的間隔之間的距離。2.

39、P ower P la ne Cleara nee （電源層安全距離）選項(xiàng)區(qū)域設(shè)置該規(guī)則用于設(shè)置電源層與穿過它的導(dǎo)孔之間的安全距離，即防止導(dǎo)線短路的最小距離，設(shè)置界面如圖 6 25所示，系統(tǒng)默認(rèn)值 20mil。Constraints2條或者43No條導(dǎo).二Clearance 20mil圖6 25電源層安全距離設(shè)置3 . Polygon Connect style （敷銅連接方式）選項(xiàng)區(qū)域設(shè)置 該規(guī)則用于設(shè)置多邊形敷銅與焊盤之間的連接方式，設(shè)置界面如圖6 26所示。r ConstrantsSO AngleConnect SlyteFdief Connect廣 Condiictors 0 2

40、74; JConductor VUidth 1 Dmil圖6 26敷銅連接方式設(shè)置該設(shè)置對(duì)話框中 Co nnect Style、 Con ductors 和 Con ductor width 的設(shè)置與 Power Plane Connect Style選項(xiàng)設(shè)置意義相同，在此不同志贅述。最后可以設(shè)定敷銅與焊盤之間的連接角度，有90angle（90 °和45Angle （ 45 °角兩種方式可選。6.6測(cè)試點(diǎn)設(shè)計(jì)規(guī)則Test pio nt （測(cè)試點(diǎn)設(shè)計(jì)）規(guī)則用于設(shè)計(jì)測(cè)試點(diǎn)的形狀、用法等，有如下幾項(xiàng)設(shè)置。6 27所示。1 . Test poi nt Style （測(cè)試點(diǎn)風(fēng)格）選項(xiàng)

41、區(qū)域設(shè)置該規(guī)則中可以指定測(cè)試點(diǎn)的大小和格點(diǎn)大小等，設(shè)置界面如圖L ConstraintsWinMawSizePrefeiTfedHole SizeAOinitGrid SizeTeitndn# grid siM 回0回0回U?e Existing SHD BotJoni PadUse Enisling Thru Bole Bottom PadUse E wishing Via endina or Bottom L殆Create New SWD BcHom Pad匚reete Nur Thru-Hcib Eohom Pad Use Exisling SMD Top Pid0 Allow tesp

42、oirU under component0 lop0 fiottom0 Thru-Hole Top0 Thru-Hole Boltonr圖6 27測(cè)試點(diǎn)風(fēng)格設(shè)置該設(shè)置對(duì)話框有如下選項(xiàng)：Size文本框?yàn)闇y(cè)試點(diǎn)的大小，Hole Size文本框?yàn)闇y(cè)試點(diǎn)的導(dǎo)孔的大小，可以指定Min （最小值）、Max （最大值）和 Preferred （最優(yōu)值）。Grid Size文本框：用于設(shè)置測(cè)試點(diǎn)的網(wǎng)格大小。系統(tǒng)默認(rèn)為1mil大小。Allow testpoint under component復(fù)選項(xiàng)：用于選擇是否允許將測(cè)試點(diǎn)放置在元 件下面。復(fù)選項(xiàng)Top、 Bottom等選擇可以將測(cè)試點(diǎn)放置在哪些層面上。右邊多

43、項(xiàng)復(fù)選項(xiàng)設(shè)置所允許的測(cè)試點(diǎn)的放置層和放置次序。系統(tǒng)默認(rèn)為所有規(guī)則都選中。2 . Testpoint Usage （測(cè)試點(diǎn)用法）選項(xiàng)區(qū)域設(shè)置測(cè)試點(diǎn)用法設(shè)置的界面如圖6 28所示。ConstraintsAllow muHiples on w律me net 廠 T_esl|ziainl ® Required O Invalid O Don't care圖6 28測(cè)試點(diǎn)用法設(shè)置該設(shè)置對(duì)話框有如下選項(xiàng)：Allow mult ip le test poi nts on same net復(fù)選項(xiàng)：用于設(shè)置是否可以在同一網(wǎng)絡(luò)上允許 多個(gè)測(cè)試點(diǎn)存在。Testpoint選項(xiàng)區(qū)域中的單選項(xiàng)選擇對(duì)測(cè)試

44、點(diǎn)的處理，可以是Required （必須處理）、In valid （無效的測(cè)試點(diǎn)）和 Don't care （可忽略的測(cè)試點(diǎn)）。6.7電路板制板規(guī)則Man ufacturi ng （電路板制板）規(guī)則用于對(duì)電路板制板的設(shè)置，有如下幾類設(shè)置：1. Mi nimum ann ular Ri ng（最小焊盤環(huán)寬）選項(xiàng)區(qū)域設(shè)置電路板制作時(shí)的最小焊盤寬度，即焊盤外直徑和導(dǎo)孔直徑之間的有效期值，系統(tǒng)默認(rèn)值為10 mil。2 . Acute Angle （導(dǎo)線夾角設(shè)置）選項(xiàng)區(qū)域設(shè)置對(duì)于兩條銅膜導(dǎo)線的交角，不小于90 °3 . Hole size （導(dǎo)孔直徑設(shè)置）選項(xiàng)區(qū)域設(shè)置該規(guī)則用于設(shè)置導(dǎo)孔

45、的內(nèi)直徑大小?？梢灾付▽?dǎo)孔的內(nèi)直徑的最大值和最小值。Measurement Method下拉列表中有兩種選項(xiàng)：Absolute以絕對(duì)尺寸來設(shè)計(jì)，Perce nt以相對(duì)的比例來設(shè)計(jì)。采用絕對(duì)尺寸的導(dǎo)孔直徑設(shè)置對(duì)話框如圖6 29所示（以mil為單位）。圖6 29導(dǎo)孔直徑設(shè)置對(duì)話框4 . Layers Pais （使用板層對(duì)）選項(xiàng)區(qū)域設(shè)置在設(shè)計(jì)多層板時(shí)，如果使用了盲導(dǎo)孔，就要在這里對(duì)板層對(duì)進(jìn)行設(shè)置。對(duì)話框中的復(fù)選取項(xiàng)用于選擇是否允許使用板層對(duì)（ layers pairs ）設(shè)置。本章中，對(duì)Protel DXP提供的10種布線規(guī)則進(jìn)行了介紹，在設(shè)計(jì)規(guī)則中介紹了每條規(guī)則的功能和設(shè)置方法。這些規(guī)則的設(shè)置屬

46、于電路設(shè)計(jì)中的較高級(jí)的技巧，它設(shè)計(jì)到很多算法的知識(shí)。掌握這些規(guī)則的設(shè)置，就能設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的PCB電路。雙面板布線技巧一雙面板布線技巧在當(dāng)今激烈競爭的電池供電市場中，由于成本指標(biāo)限制，設(shè)計(jì)人員常常使用雙面板。盡管多層板（4層、6層及8層）方案在尺寸、噪聲和性能方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，成本壓力卻 促使工程師們重新考慮其布線策略，采用雙面板。在本文中，我們將討論自動(dòng)布線功能的正確使用和錯(cuò)誤使用，有無地平面時(shí)電流回路的設(shè)計(jì)策略，以及對(duì)雙面板元件布局的建議。自動(dòng)布線的優(yōu)缺點(diǎn)以及模擬電路布線的注意事項(xiàng)設(shè)計(jì)PCB時(shí)，往往很想使用自動(dòng)布線。 通常，純數(shù)字的電路板（尤其信號(hào)電平比較 低，電路密度比較小時(shí)）采用自動(dòng)布線

47、是沒有問題的。但是，在設(shè)計(jì)模擬、混合信號(hào)或 高速電路板時(shí)，如果采用布線軟件的自動(dòng)布線工具，可能會(huì)出現(xiàn)一些問題， 甚至很可能帶來嚴(yán)重的電路性能問題。例如，圖1中顯示了一個(gè)采用自動(dòng)布線設(shè)計(jì)的雙面板的頂層。此雙面板的底層如 圖2所示，這些布線層的電路原理圖如圖3a和圖3b所示。設(shè)計(jì)此混合信號(hào)電路板時(shí)，經(jīng)仔細(xì)考慮，將器件手工放在板上，以便將數(shù)字和模擬器件分開放置。采用這種布線方案時(shí)，有幾個(gè)方面需要注意，但最麻煩的是接地。如果在頂層布地 線，則頂層的器件都通過走線接地。器件還在底層接地，頂層和底層的地線通過電路板最右側(cè)的過孔連接。當(dāng)檢查這種布線策略時(shí)，首先發(fā)現(xiàn)的弊端是存在多個(gè)地環(huán)路。另外，還會(huì)發(fā)現(xiàn)底層的

48、地線返回路徑被水平信號(hào)線隔斷了。這種接地方案的可取之處是，模擬器件（12位A/D轉(zhuǎn)換器MCP3202和2.5V參考電壓源 MCP4125）放在電路板的最右側(cè)， 這種布局確保了這些模擬芯片下面不會(huì)有數(shù)字地信號(hào)經(jīng)過。圖3a和圖3b所示電路的手工布線如圖 4、圖5所示。在手工布線時(shí)，為確保正確 實(shí)現(xiàn)電路，需要遵循一些通用的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：盡量采用地平面作為電流回路；將模擬地平面和數(shù)字地平面分開； 如果地平面被信號(hào)走線隔斷，為降低對(duì)地電流回路的干擾，應(yīng)使信號(hào)走線與地平面垂直； 模擬電路盡量靠近電路板邊緣放置，數(shù)字電路盡量靠近電源連接端放置，這樣做可以降低由數(shù)字開關(guān)引起的di/dt效應(yīng)。這兩種雙面板都在底層布

49、有地平面， 這種做法是為了方便工程師解決問題， 使其可 快速明了電路板的布線。 廠商的演示板和評(píng)估板通常采用這種布線策略。但是，更為普遍的做法是將地平面布在電路板頂層，以降低電磁干擾。圖1采用自動(dòng)布線為圖3所示電路原理圖設(shè)計(jì)的電路板的頂層一呷巴：霧謖- WirR-兇; 工一:嗆3.pisisis騎-w a二 餓35 ? ；'iaos圖2采用自動(dòng)布線為圖3所示電路原理圖設(shè)計(jì)的電路板的底層 、卄rnF即豎崔士-jp r w 沖七冷Itf典則«* LU H4J亠皿啊殲、71； 芒 _ *I衛(wèi)ii 件呻TIIIT MCP1W450Li 11" it IU I； JI I w

50、 ,丄 VPIC16FB76Li專w上I ,1, r叫E幣河r吐屮迥 屈丁1匕濯 Br*if；r11 ilW!11Vfewrft 七#"叮EP桎MAS32A rJIf旺V14忙M-i1¥JJ'UL滬WI 6±： r_E_ ii_r r_ci.iV齊hr習(xí) JfiIII 會(huì)I 丨 r«H1 H4I X 41H1”It圖3a圖1、圖2、圖4和圖5中布線的電路原理圖圖3b圖1圖2、圖4和圖5中布線的模擬部分電路原理圖有無地平面時(shí)的電流回路設(shè)計(jì)對(duì)于電流回路，需要注意如下基本事項(xiàng)：1. 如果使用走線，應(yīng)將其盡量加粗。PCB上的接地連接如要考慮走線時(shí)，設(shè)計(jì)應(yīng)

51、將走線盡量加粗。這是一個(gè)好的經(jīng)驗(yàn) 法則，但要知道，接地線的最小寬度是從此點(diǎn)到末端的有效寬度，此處 末端”指距離電源連接端最遠(yuǎn)的點(diǎn)。2. 應(yīng)避免地環(huán)路。（見圖6）。圖6中，注意到并非所有器件都有自4條和第5條準(zhǔn)則，是可以這樣做3. 如果不能采用地平面，應(yīng)采用星形連接策略 通過這種方法，地電流獨(dú)立返回電源連接端。己的回路，U1和U2是共用回路的。如遵循以下第 的。4.數(shù)字電流不應(yīng)流經(jīng)模擬器件。 數(shù)字器件開關(guān)時(shí)，回路中的數(shù)字電流相當(dāng)大,但只是瞬時(shí)的，這種現(xiàn)象是由地線的 有效感抗和阻抗引起的。對(duì)于地平面或接地走線的感抗部分，計(jì)算公式為V = Ldi/dt，其中V是產(chǎn)生的電壓，L是地平面或接地走線的感抗

52、，di是數(shù)字器件的電流變化，dt是持續(xù)時(shí)間。對(duì)地線阻抗部分的影響，其計(jì)算公式為V= RI,其中，V是產(chǎn)生的電壓，R是地平面或接地走線的阻抗，I是由數(shù)字器件引起的電流變化。經(jīng)過模擬器件的地平面或接地走線上的這些電壓變化，將改變信號(hào)鏈中信號(hào)和地之間的關(guān)系 電壓）。5.高速電流不應(yīng)流經(jīng)低速器件。 與上述類似，高速電路的地返回信號(hào)也會(huì)造成地平面的電壓發(fā)生變化。（即信號(hào)的對(duì)地此干擾的計(jì)算公式和上述相同，對(duì)于地平面或接地走線的感抗，V = Ldi/dt ;對(duì)于地平面或接地走線的阻抗，V = RI。與數(shù)字電流一樣，高速電路的地平面或接地走線經(jīng)過模擬器件時(shí)， 地線上的電壓變化會(huì)改變信號(hào)鏈中信號(hào)和地之間的關(guān)系。SUL9UDC CCINMYlU嗎ImAGIMO圖4采用手工走線為圖 3所示電路原理圖設(shè)計(jì)的電路板的頂層圖5采用手工走線為圖3所示電路原理圖設(shè)計(jì)的電路板的底層悽卻仲劃數(shù)匸電豁I血片HiJb）接地布線策略比圖a）的接圖7分隔開的地平面有時(shí)比連續(xù)的地平面有效，圖 地策略理想6.不管使用何種技術(shù)，接地回路必須設(shè)計(jì)為最小阻抗和容抗。7.如使用地平面，分隔開地平面可能改善或降低電路性能，因此要謹(jǐn)慎使用。分 開模擬和數(shù)字地平面的有效方法如圖7所示。圖7中，精密模擬電路更靠近接插件，但是與數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和電源電路的開關(guān)電流隔離開 了。這是分隔開接