第十五章 PCB布局及布線

PCB布局及布線第十五章目錄概述布局應(yīng)遵守的原則自動(dòng)布局手工布局調(diào)整文字目錄布線的基本規(guī)則設(shè)置約束規(guī)則手工布線及自動(dòng)布線本章小結(jié)概述在PCB設(shè)計(jì)中，布局布線是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。布局的好壞將直接影響布線的效果，因此，合理的布局是PCB設(shè)計(jì)成功的第一步。在PCB布局中，布局的方式分兩種，一種是交互式布局，一種是自動(dòng)布局。一般是在自動(dòng)布局的基礎(chǔ)上用交互式布局進(jìn)行調(diào)整。在布局時(shí)，還可根據(jù)布線的情況對(duì)門電路進(jìn)行再分配，將兩個(gè)門電路進(jìn)行交換，使其成為便于布線的最佳布局。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設(shè)計(jì)中，布線的設(shè)計(jì)過(guò)程要求最高、技巧最細(xì)、工作量最大。PCB布線分為單面布線、雙面布線以及多層布線。PCB布線可使用系統(tǒng)提供的自動(dòng)布線和手動(dòng)布線兩種方式。雖然系統(tǒng)給設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)操作方便、布通率很高的自動(dòng)布線功能，但在實(shí)際設(shè)計(jì)中，仍然會(huì)有不合理的地方，這時(shí)就需要設(shè)計(jì)者手動(dòng)調(diào)整PCB上的布線，以獲得最佳的設(shè)計(jì)效果。布局應(yīng)遵守的原則在實(shí)際設(shè)計(jì)中布局的好壞直接關(guān)系到布線的質(zhì)量，因此合理的布局是PCB設(shè)計(jì)成功的至關(guān)重要的一步。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，布局必須遵守以下原則。按電路模塊進(jìn)行布局。合理設(shè)置各個(gè)功能電路的位置，以每一個(gè)功能電路的核心元器件為中心，圍繞它們來(lái)布局。盡可能縮短高頻元器件之間的連接線，設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互之間的電磁干擾。熱敏元器件應(yīng)該遠(yuǎn)離發(fā)熱元器件，高熱元器件要均衡分布。電感之間的距離和位置要得當(dāng)，以免發(fā)生互感。定位孔、標(biāo)準(zhǔn)孔等非安裝孔周圍1.27mm內(nèi)不得貼裝元器件，螺釘?shù)劝惭b孔周圍3.5mm（對(duì)于M2.5）、4mm（對(duì)于M3）內(nèi)不得貼裝元器件。

布局應(yīng)遵守的原則在實(shí)際設(shè)計(jì)中布局的好壞直接關(guān)系到布線的質(zhì)量，因此合理的布局是PCB設(shè)計(jì)成功的至關(guān)重要的一步。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，布局必須遵守以下原則。臥裝電阻、電感（插件）、電解電容等元器件的下方避免布過(guò)孔。元器件的外側(cè)距板邊的距離一般應(yīng)大于5mm。貼裝元器件焊盤的外側(cè)與相鄰插裝元器件的外側(cè)距離應(yīng)大于2mm，PCB的最佳形狀為矩形，長(zhǎng)寬比為3:2或4:3。金屬殼體元器件和金屬件（屏蔽盒等）不能與其他元器件相碰，不能緊貼印制線、焊盤，其間距應(yīng)大于2mm。電源插座要盡量布置在印制電路板的四周，電源插座與其相連的匯流條接線端應(yīng)布置在同側(cè)。盡量使貼片元器件單邊對(duì)齊，字符方向一致，封裝方向一致。有極性的元器件在同一電路板上的極性標(biāo)志方向盡量保持一致。元器件疏密應(yīng)該得當(dāng)，布局均勻合理。自動(dòng)布局對(duì)導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表之后的ARES界面進(jìn)行層的設(shè)置和相關(guān)系統(tǒng)設(shè)置后，進(jìn)行如下具體操作。（1）在自動(dòng)布局之前先畫一個(gè)板框。

（2）選擇“Tools”→“AutoPlacer”菜單項(xiàng)，打開“AutoPlace”對(duì)話窗口，如圖15-3所示。（3）在“AutoPlacer”對(duì)話窗口的元器件列表中選中所有元器件，單擊“OK”按鈕，元器件會(huì)逐個(gè)擺放到板框中。圖15-3“AutoPlace”對(duì)話窗口手工布局單擊ARES界面左側(cè)工具箱中的“Componentplacementandediting”，在元件列表中會(huì)列出所有未擺放的元件。在列表中選中元件，在板框中單擊鼠標(biāo)左鍵，擺放選中的元件。自動(dòng)布局后手工調(diào)整或手工布局時(shí)用到的一些操作：右鍵選中元器件，拖動(dòng)到預(yù)期位置。鼠標(biāo)光標(biāo)放在任意引腳上時(shí)，ARES界面底部的狀態(tài)欄將顯示此引腳的屬性；按下“EditObjects”按鈕后，直接單擊元件，編輯其屬性，在PCB板的當(dāng)前層垂直或按角度旋轉(zhuǎn)；對(duì)元器件進(jìn)行水平或垂直翻轉(zhuǎn)；對(duì)元件進(jìn)行復(fù)制、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和刪除操作顯示走線和向量符號(hào)手工布局單擊ARES界面左側(cè)工具箱中的“Componentplacementandediting”，在元件列表中會(huì)列出所有未擺放的元件。在列表中選中元件，在板框中單擊鼠標(biāo)左鍵，擺放選中的元件。根據(jù)布局的原則對(duì)自動(dòng)布局后的PCB進(jìn)行手工調(diào)整布局后，步驟如下：擺放主要的中心器件，擺放晶振電路和復(fù)位電路部分，擺放4個(gè)LED燈，擺放撥碼開關(guān)和其上拉電阻，擺放電源電路，擺放其他元器件，在放置好以后，綜合考慮整體布局美觀性，對(duì)布局做微調(diào)。手工布局在步驟5擺放電源電路中需注意：電源電路一般要放在板子的左邊且靠近邊緣，這樣做的目的一方面是為了便于安裝接線，另一方面是為了減少電磁干擾。電源兩邊的電容是為了濾波，為有好的濾波效果，一般電容是輸入放一邊，輸出放一邊。放置電容時(shí)，要根據(jù)走線指示的方向調(diào)整器件方向以保證走線最短、交叉最少。調(diào)整文字如果元器件的標(biāo)注不合適，雖然大多不會(huì)影響電路的正確性，但是對(duì)于一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的電路設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，電路板面板的美觀也是很重要的。因此，用戶有必要按如下步驟對(duì)元器件標(biāo)注加以調(diào)整。右擊選中元器件，在元器件ID號(hào)上單擊鼠標(biāo)左鍵，彈出“EditComponent”對(duì)話窗口，可修改器件ID號(hào)、屬性、元器件的封裝類型、所屬層面、旋轉(zhuǎn)角度，如圖15-13所示。通?？梢韵褚苿?dòng)元件一樣移動(dòng)元器件ID號(hào)，當(dāng)需要旋轉(zhuǎn)時(shí)，調(diào)出“EditComponent”對(duì)話窗口，修改“Rotation”值即可。圖15-13“Edit

Component”對(duì)話窗口布線的基本規(guī)則印制電路板（PCB）設(shè)計(jì)的好壞對(duì)PCB抗干擾能力影響很大。因此，在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵守PCB設(shè)計(jì)的基本原則，并應(yīng)符合抗干擾設(shè)計(jì)的要求，使得電路獲得最佳的性能。印制導(dǎo)線的布設(shè)應(yīng)盡可能得短，在高頻回路中更應(yīng)如此；同一元器件的各條地址線或數(shù)據(jù)線應(yīng)盡可能保持一樣長(zhǎng)；印制導(dǎo)線的拐彎應(yīng)呈圓角，因?yàn)橹苯腔蚣饨窃诟哳l電路和布線密度高的情況下會(huì)影響電氣性能；當(dāng)雙面布線時(shí)，兩面的導(dǎo)線應(yīng)互相垂直、斜交或彎曲走線，避免相互平行，以減小寄生耦合；作為電路的輸入和輸出用的印制導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行，最好在這些導(dǎo)線之間加地線。PCB導(dǎo)線的寬度應(yīng)滿足電氣性能要求而又便于生產(chǎn)，印制導(dǎo)線的間距：相鄰導(dǎo)線間距必須能滿足電氣安全要求，而且為了便于操作和生產(chǎn)，間距也應(yīng)盡量寬。PCB中不允許有交叉電路，印制導(dǎo)線的屏蔽與接地。設(shè)置約束規(guī)則在PROTEUSARES界面的菜單欄中選擇“Technology”→“DesignRuleManager”，彈出“DesignRuleManager”對(duì)話窗口。點(diǎn)擊對(duì)話窗口中的“NetClasses”，可彈出如圖15-17所示的對(duì)話框窗口，按照?qǐng)D15-17所示設(shè)置POWER層約束規(guī)則。點(diǎn)擊“NetClass”旁邊的下拉菜單，還可以設(shè)置SIGNAL層約束規(guī)則。圖15-17“NetClasses”對(duì)話窗口手工布線及自動(dòng)布線布線就是在電路板上放置導(dǎo)線和過(guò)孔，并將元器件連接起來(lái)。前面講述了設(shè)計(jì)規(guī)則的設(shè)置，當(dāng)設(shè)置了布線的規(guī)則后，就可以進(jìn)行布線操作了。ProteusARES提供了交互手動(dòng)布線和自動(dòng)布線兩種方式，這兩種布線方式不是孤立使用的，通?？梢越Y(jié)合在一起使用，以提高布線效率，并使PCB具有更好的電氣特性，也更加美觀。手工布線的操作如下：（1）執(zhí)行“View”→“EditLayersColours/Visibility”或者單擊工具欄中，彈出“DisplayedLayers”對(duì)話窗口，如圖15-19所示。勾選“Ratsnest”，顯示走線；勾選“Vectors”，顯示向量符號(hào)。圖15-19“DisplayedLayers”對(duì)話窗口手工布線及自動(dòng)布線

手工布線的操作如下：（2）在ARES窗口左側(cè)工具欄中單擊按鈕，到列表框中選擇合適的導(dǎo)線類型；在ARES界面左下角的層面列表中選擇布線層“TopCopper”然后單擊一個(gè)焊盤，作為布線的起點(diǎn)，沿著走線的提示開始布線，與該焊盤連接的走線以高亮顯示，到達(dá)目標(biāo)引腳后左鍵單擊完成布線，在另一個(gè)焊盤上單擊左鍵，完成布線。（3）需要?jiǎng)h除導(dǎo)線時(shí)，在ARES窗口左側(cè)工具欄中單擊按鈕，然后選中需要?jiǎng)h除的導(dǎo)線，按“Delete”鍵刪除。或使用右鍵快捷菜單，選擇“DeleteRoute(s)”刪除導(dǎo)線。（4）單擊已布好的線，該Trace線以高亮顯示；（5）當(dāng)同一層中出現(xiàn)交叉線時(shí)，需要添加過(guò)孔。（6）按照同樣的方法將所有的線一一布完。手工布線及自動(dòng)布線手工布線的操作（2）中應(yīng)注意的點(diǎn)如下：電路的布線最好按照信號(hào)的流向采用全直線，需要轉(zhuǎn)折時(shí)可用45°折線或圓弧曲線來(lái)完成，這樣可以減少高頻信號(hào)對(duì)外的發(fā)射和相互間的耦合。高頻信號(hào)線與低頻信號(hào)線要盡可能分開，必要時(shí)采取屏蔽措施，防止相互間干擾。同一層面上應(yīng)該避免平行走線，否則會(huì)引入分布參數(shù)，對(duì)電路產(chǎn)生影響。在數(shù)字電路中，對(duì)于差分信號(hào)線，應(yīng)成對(duì)地走線，盡量使它們平行、靠近一些，并且長(zhǎng)短相差不大。高頻信號(hào)線的布線應(yīng)盡可能短。手工布線及自動(dòng)布線自動(dòng)布線：ProteusARES基于網(wǎng)格的布線既靈活又快速，并能使用任何導(dǎo)線密度或孔徑寬度，布線參數(shù)設(shè)置好后，就可以利用ProteusARES提供的布線器進(jìn)行自動(dòng)布線了，執(zhí)行自動(dòng)布線的方法如下。在菜單欄中選擇“Tools”→“AutoRouter”，彈出“ShapeBasedAutoRouter”對(duì)話窗口，按照?qǐng)D15-28所示進(jìn)行設(shè)置。單擊對(duì)話窗口中的“BeginRouting”選項(xiàng)卡，完成自動(dòng)布線，在布線的過(guò)程中，狀態(tài)欄實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的操作，按下“Esc”鍵即可隨時(shí)停止布線。圖15-28“ShapeBasedAutoRouter”對(duì)話窗口手工布線及自動(dòng)布線自動(dòng)布線：若自動(dòng)布線出現(xiàn)錯(cuò)誤，出現(xiàn)如圖15-30所示的提示框，則單擊“OK”,下面查看CRC和DRC錯(cuò)誤，如圖15-31所示。CRC檢查：在菜單欄中選擇“Tool>ConnectivityChecker”，主要側(cè)重于電學(xué)錯(cuò)誤的連通性檢查，如是否有多余的、遺漏的連接等情況；DRC檢查：在菜單欄中選擇“Tool>DesignRuleChecker”，檢查違反規(guī)則的物理錯(cuò)誤；圖15-30布線錯(cuò)誤提示框圖15-31“CRC”和“DRC”提示手工布線及自動(dòng)布線自動(dòng)布線：下面介紹常見(jiàn)的幾種自動(dòng)布線中的錯(cuò)誤：（1）走線離焊盤太近；這種錯(cuò)誤可以修改的前提是走線的寬度小于焊盤與走線的間距，這樣的話兩焊盤間允許一走線過(guò)去，只是自動(dòng)布線的局限性使走線通過(guò)的路徑不對(duì)。（2）走線之間的夾角成銳角或直角；這種直角走線在PCB設(shè)計(jì)中雖然不報(bào)錯(cuò)，但是是不允許的，這是由自動(dòng)布線的局限性造成的。這種錯(cuò)誤可以通過(guò)修改走線路徑來(lái)修改。注意事項(xiàng)：在PCB布線時(shí)為避免上下層走線相互干擾，一般要求頂層和底層走線處于垂直關(guān)系比較好。手工布線及自動(dòng)布線交互式布線：（1）設(shè)置自動(dòng)布線交互仿真模式：?jiǎn)螕糇詣?dòng)布線按鈕，彈出自動(dòng)布線對(duì)話框，單擊選中交互式布線模式，然后單擊“BeginRouting”按鈕，在這里可以根據(jù)用戶需要設(shè)定布線規(guī)則。（2）交互模式布線：交互第一步：在交互布線模式命令框中輸入布線命令route2，回車，自動(dòng)布線情況如圖15-44所示。圖中走線尚存，布線沒(méi)有完成，且走線數(shù)量比較多，說(shuō)明布通率還不夠。圖15-44交互模式布線第一步的布線情況手工布線及自動(dòng)布線交互式布線：（2）交互模式布線：交互第二步：在交互模式命令框中輸入布線命令clean2，回車，自動(dòng)布線情況如圖15-45所示。從圖中可以看出走線還有，布線還沒(méi)有完成，但圖中的走線數(shù)量已經(jīng)不多了。交互第三步：在交互模式命令框中輸入布線命令route2，回車，自動(dòng)布線情況如圖15-46所示。從圖中可以看出沒(méi)有走線了。圖15-45交互式布線第二步的布線情況手工布線及自動(dòng)布線交互式布線：（2）交互模式布線：交互第四步：在交互模式命令框中輸入布線命令recornerdiagonal，回車，自動(dòng)布線情況如圖15-47所示。該步驟可以將走線斜化。圖15-46交互模式布線第三步后PCB布通圖15-47交互模式布線第四步后布線斜化手工布線及自動(dòng)布線手動(dòng)布線與自動(dòng)布線相結(jié)合一般設(shè)計(jì)過(guò)程中，將手動(dòng)布線與自動(dòng)布線相結(jié)合，中心大元器件一般通過(guò)手動(dòng)連線，然后執(zhí)行自動(dòng)布線，下面具體介紹此過(guò)程。