PCB布線規(guī)則詳解

1、1 電源、地線的處理既使在整個(gè) PC 皿中的布線完成得都很好，但由于電源、地線的考慮不周到而引起的干擾，會(huì)使產(chǎn)品的性能下降，有時(shí)甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以對(duì)電、地線的布線要認(rèn)真對(duì)待，把電、地線所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。對(duì)每個(gè)從事電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工程人員來(lái)說(shuō)都明白地線與電源線之間噪音所產(chǎn)生的原因，現(xiàn)只對(duì)降低式抑制噪音作以表述：眾所周知的是在電源、地線之間加上去耦電容。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，通常信號(hào)線寬為：0.20.3mm 最經(jīng)細(xì)寬度可達(dá) 0.050.07mm,電源線為1.22.5mm 對(duì)數(shù)字電路的 PCB 可用寬的地

2、導(dǎo)線組成一個(gè)回路，即構(gòu)成一個(gè)地網(wǎng)來(lái)使用（模擬電路的地不能這樣使用）用大面積銅層作地線用，在印制板上把沒(méi)被用上的地方都與地相連接作為地線用。或是做成多層板，電源，地線各占用一層。2、數(shù)字電路與模擬電路的共地處理現(xiàn)在有許多 PCB 不再是單一功能電路（數(shù)字或模擬電路），而是由數(shù)字電路和模擬電路混合構(gòu)成的。因此在布線時(shí)就需要考慮它們之間互相干擾問(wèn)題，特別是地線上的噪音干擾。數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強(qiáng)，對(duì)信號(hào)線來(lái)說(shuō)，高頻的信號(hào)線盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件， 對(duì)地線來(lái)說(shuō)， 整人 PCB寸外界只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)，所以必須在 PCB 內(nèi)部進(jìn)行處理數(shù)、模共地的問(wèn)題，而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實(shí)際上是分開(kāi)的

3、它們之間互不相連， 只是在 PCBW 外界連接的接口處 （如插頭等）。數(shù)字地與模擬地有一點(diǎn)短接，請(qǐng)注意，只有一個(gè)連接點(diǎn)。 也有在 PCB 上不共地的， 這由系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)決定。3、信號(hào)線布在電（地）層上在多層印制板布線時(shí)，由于在信號(hào)線層沒(méi)有布完的線剩下已經(jīng)不多，再多加層數(shù)就會(huì)造成浪費(fèi)也會(huì)給生產(chǎn)增加一定的工作量，成本也相應(yīng)增加了，為解決這個(gè)矛盾，可以考慮在電（地）層上進(jìn)行布線。首先應(yīng)考慮用電源層，其次才是地層。因?yàn)樽詈檬潜Ａ舻貙拥耐暾浴?、大面積導(dǎo)體中連接腿的處理在大面積的接地（電）中，常用元器件的腿與其連接，對(duì)連接腿的處理需要進(jìn)行綜合的考慮，就電氣性能而言，元件腿的焊盤(pán)與銅面滿接為好，但對(duì)元件的

4、焊接裝配就存在一些不良隱患如：焊接需要大功率加熱器。容易造成虛焊點(diǎn)。所以兼顧電氣性能與工藝需要，做成十字花焊盤(pán)，稱之為熱隔離(heatshield)俗稱熱焊盤(pán)(Thermal),這樣，可使在焊接時(shí)因截面過(guò)分散熱而產(chǎn)生虛焊點(diǎn)的可能性大大減少。多層板的接電(地)層腿的處理相同。5、布線中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用在許多 CA 晾統(tǒng)中，布線是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)決定的。網(wǎng)格過(guò)密，通路雖然有所增加，但步進(jìn)太小，圖場(chǎng)的數(shù)據(jù)量過(guò)大，這必然對(duì)設(shè)備的存貯空間有更高的要求，同時(shí)也對(duì)象計(jì)算機(jī)類電子產(chǎn)品的運(yùn)算速度有極大的影響。而有些通路是無(wú)效的，如被元件腿的焊盤(pán)占用的或被安裝孔、定門(mén)孔所占用的等。網(wǎng)格過(guò)疏，通路太少對(duì)布通率的影響極大。

5、所以要有一個(gè)疏密合理的網(wǎng)格系統(tǒng)來(lái)支持布線的進(jìn)行。標(biāo)準(zhǔn)元器件兩腿之間的距離為 0.1 英寸(2.54mm),所以網(wǎng)格系統(tǒng)的基礎(chǔ)一般就定為 0.1 英寸(2.54mm 城小于 0.1 英寸的整倍數(shù)，如：0.05 英寸、0.025 英寸、0.02 英寸等。6、設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRG 布線設(shè)計(jì)完成后，需認(rèn)真檢查布線設(shè)計(jì)是否符合設(shè)計(jì)者所制定的規(guī)則，同時(shí)也需確認(rèn)所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求，一般檢查有如下幾個(gè)方面：線與線，線與元件焊盤(pán)，線與貫通孔，元件焊盤(pán)與貫通孔，貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理，是否滿足生產(chǎn)要求。電源線和地線的寬度是否合適，電源與地線之間是否緊耦合 （低的波阻抗） ？在 PC

6、 沖是否還有能讓地線加寬的地方。對(duì)于關(guān)鍵的信號(hào)線是否采取了最佳措施，如長(zhǎng)度最短，加保護(hù)線，輸入線及輸出線被明顯地分開(kāi)。模擬電路和數(shù)字電路部分，是否有各自獨(dú)立的地線。后加在 PCB中的圖形（如圖標(biāo)、注標(biāo)）是否會(huì)造成信號(hào)短路。對(duì)一些不理想的線形進(jìn)行修改。在 PCB 上是否加有工藝線？阻焊是否符合生產(chǎn)工藝的要求，阻焊尺寸是否合適，字符標(biāo)志是否壓在器件焊盤(pán)上，以免影響電裝質(zhì)量。多層板中的電源地層的外框邊緣是否縮小，如電源地層的銅箔露出板外容易造成短路。概述本文檔的目的在于說(shuō)明使用 PADS 勺印制板設(shè)計(jì)軟件PowerPCBS 行印制板設(shè)計(jì)的流程和一些注意事項(xiàng)， 為一個(gè)工作組的設(shè)計(jì)人員提供設(shè)計(jì)規(guī)范，方便

7、設(shè)計(jì)人員之間進(jìn)行交流和相互檢查。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)輅、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OLEPowerPCBConnection 功能，選擇 SendNetlist,應(yīng)用OL 皿能，可以隨時(shí)彳持原理圖和 PCB 圖的一致，盡量減少出錯(cuò)的可能。另一種方法是直接在 PowerPC 沖裝載網(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)輅如果在原理圖設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)把 PCB 的設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)輅好的話，就不用再進(jìn)行設(shè)輅這些規(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

8、進(jìn) PowerPCBT。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 PCBB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)輅，比如 PadStacks,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(pán)或過(guò)孔，一定要加上 Layer25。注意：PCB 設(shè)計(jì)規(guī)則、層定義、過(guò)孔設(shè)輅、CAM 俞出設(shè)輅已經(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)輅其它高級(jí)規(guī)則。在所有的規(guī)則都設(shè)輅好以后，在 PowerLogic 中，使用 OLEPowerPCBConnection 的 RulesFromPCB 功能，更新原理圖

9、中的規(guī)則設(shè)輅，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。PowerPC 疆供了兩種方法，手工布局和自動(dòng)布局。2.3.1手工布局5.%2 .工具印制板的結(jié)構(gòu)尺寸畫(huà)出板邊(BoardOutline)。6.%2 .將元器件分散(DisperseComponents),元器件會(huì)排列在板邊的周圍。7.%2 .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。8.%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)

10、的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，效果并不理想，不推薦使用。9.%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 VCCd.放輅器件時(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。PowerPC 牌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，常用的步驟是手工一自動(dòng)一手工。35b手工布線.

11、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。.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。.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)輅好DO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

12、全部布通為止。.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 VCCt 接連接c.設(shè)輅 Specctra 的口飯件時(shí)，首先添加 Protectallwires 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/mixedPlane,在布線之前將其分割， 布完線之后， 使用PourManager 的 PlaneConnect 進(jìn)行覆銅e.將所有的器件管腳設(shè)輅為熱焊盤(pán)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項(xiàng)打開(kāi)，使用動(dòng)態(tài)布線(DynamicRoute)檢查檢

13、查的項(xiàng)目有間距(Clearance)連接性(Connectivity)、高速規(guī)則(HighSpeed)和電源層(Plane),這些項(xiàng)目可以選擇 Tools-VerifyDesign 進(jìn)行。 如果設(shè)輅了高速規(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。復(fù)查復(fù)查根據(jù) PCB 僉查表”， 內(nèi)容包括設(shè)計(jì)規(guī)則， 層定義、線寬、間距、焊盤(pán)、過(guò)孔設(shè)輅；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

14、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。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 PC 盼層打印，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 VCCg 和 GNC!）、絲印層（包括頂層絲印、底層絲印）、阻焊層（包括頂層阻焊和底層阻焊），另外還要生成鉆孔文件（NCDrill）b,如果電源層設(shè)輅為 Split/Mixed,那么在 AddDocument 窗口的Docum

15、ent 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 PourManager 的 PlaneConnect 進(jìn)行覆銅；如果設(shè)輅為 CAMPlane,則選擇 Plane,在設(shè)輅 Layer 項(xiàng)的時(shí)候，要把 Layer25 力口上，在 Layer25 層中選擇 Pads和 Viasc.在設(shè)備設(shè)輅窗口（按 DeviceSetup）,將 Aperture的值改為 199d,在設(shè)輅每層的 Layer 時(shí)，將 BoardOutline選上e.設(shè)輅絲印層的 Layer 時(shí)， 不要選擇 PartType,選擇頂層 （底層）和絲印層的 Outline、Text、Linef,設(shè)谿阻焊

16、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 勺缺省設(shè)輅，不要作任何改動(dòng)h.所有光繪文件輸出以后，用 CAM350 丁開(kāi)并打印，由設(shè)計(jì)者和復(fù)查者根據(jù) PCB 僉查表”檢查過(guò)孔（via）是多層PCBB 重要組成部分之一， 鉆孔的費(fèi)用通常占PCB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(blindvia)、 埋孔(buriedvia)和通孑 L(thr

17、oughvia)。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(drillhol

18、e)，二是鉆孔周圍的焊盤(pán)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 PC 殷計(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輅；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 PC 琳的厚度（通孔深度）為50Mil 左右， 所以 PCET 家能提供的鉆孔直徑

19、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(pán)的直徑為 D1,PCB 板的厚度為 T,板基材介電常數(shù)為專則過(guò)孔的寄生電容大小近似于：C=1.41 丁 D1/（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(pán)直徑為 20Mil 的過(guò)孔，焊盤(pán)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=1.41x4.4x0.050 x0.020/(0.032-0.02

20、0)=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=5.08hln(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=5.08x0.050ln(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=%L/T10-90