PCB板基礎(chǔ)知識、布局原則、布線技巧、設(shè)計規(guī)則

1、PCB板基礎(chǔ)知識一、PCB板的元素1、工作層面對于印制電路板來說，工作層面可以分為6大類,信號層(signal layer)內(nèi)部電源/接地層(internalplane 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層的機械層。防護(hù)層(mask layer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在不應(yīng) 該焊接的地方。在PCB板的TOP和BOTTOM層表面繪制元器件的外觀 輪廓和放置字符絲印層(silkscreenlayer串等。例如元器件的標(biāo)識、標(biāo)稱值等以及 放置廠家標(biāo)志，生產(chǎn)日期等。同時也

2、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。禁止布線層其他工作層(other layer鉆孔導(dǎo)引層Keep Out Layer鉆孔圖層drill guide復(fù)合層layer drill drawinglayermulti-2、元器件封裝是實際元器件焊接到PCB板時的焊接位置與焊接形狀，包括了實際元器件的外形尺寸，所占空間位置，各管腳之間的間距等。元器件封裝是一個空間的功能，對于不同的元器件可以有相同的封裝，同樣相同功能的元潛件可以有不同的封裝。因此在制作PCB板時必須同時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潛件封裝(THT,th

3、roughholetechnology)表面貼元件封裝(SMTSurfacemountedtechnology)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芯片級封裝(2)元器件封裝編號編號原則：元器件類型+引腳距離域引腳數(shù))+元器件外形尺寸例如AXIAL-0.3DIP14RADO.1RB7.6-15等。(3)常見元器件封裝電阻類普通其隨艇度陽且類元件圭寸裝的編表示元件引腳間的距離；VR，其中號為表示元件的類別。電容類

4、非極性電容編號RAD,其中表示元件引腳間的距離。極性電容編號RBxx-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芯片級封裝3、銅膜導(dǎo)線是指PCB上各個元器件上起電氣導(dǎo)通作用的連線，它是PCB設(shè)計中最重要的部分。對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)，這兩個方面的尺寸是否合理將直

5、接影響元器件之間能否實現(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，特別對小信號電路來講，線越短電阻越小，干擾越小。走線形狀：同一層上的信號線改變方向時應(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。走線寬度通常信號線寬為：0.20.3mm,(lOmil)電源線一般為1.22.5mm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：地線電源線信號線焊盤、線、過孔的間距要求PADandVIA0.3mm(12mil)PADandPA

6、D:PADandTRACKTRACKandTRACK密度較高時：PAD and VIAPAD and PADPAD and TRACKTRACK and TRACK0.254mm(lOmil)0.254mm(lOmil)>0.254mm(lOmil):>0.254mm(lOmil)4、焊盤和過孔引腳的鉆孔直徑二引腳直徑+(10、30nli1)引腳的焊盤直徑二鉆孔直徑+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潛件，并給這些器件賦予不可移動屬性。按工藝設(shè)計規(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)加工時所須的夾持邊設(shè)置印制板的禁

7、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)選順序為：元件面單面貼裝一一元件面貼、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)鍵信號線最短；高電壓、大電流信號與小電流，低電壓的弱信號完全分開；模擬信號與數(shù)字信號分開；高頻信號與低頻信號分開；高頻元器件的間隔要充

8、分.D.相同結(jié)構(gòu)電路部分，盡可能采用對稱式”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；F.器件布局柵格的設(shè)置，一般IC器件布局時，柵格應(yīng)為50100mil,小型表面安裝器件，如表面貼裝元件布局時，柵格設(shè)置應(yīng)不少于25miloG如有特殊布局要求，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)朝一個方向放置。同一種類型的有極性分立元件也要力爭在乂或丫方向上保持一致，便于生產(chǎn)和檢驗。6 .發(fā)熱元件要一般應(yīng)均勻分布，以利于單板和整機的散熱，除溫度檢測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、

9、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，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，阻、容件軸向要與波峰焊傳送方向垂直，阻排及SOP(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

10、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。以便于將來的電源分隔。12 .元件布局時，應(yīng)適當(dāng)考慮使用同一種電源的器件盡量放在一起13 .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。串聯(lián)匹配電阻的布局要靠近該信號的驅(qū)動端，距離一般不超過500milo匹配電阻、電容的布局一定要分清信號的源端與終端，對于多負(fù)載的終端匹配一定要在信號的最遠(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對應(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PCB設(shè)計中

11、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)計過程中，布線一般有這么三種境界的劃分：首先是布通，這時PCB設(shè)計時的最基本的要求。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。這樣給測試和維修帶來極大的不便。布線要整齊劃一，不能縱橫交錯毫無章法。這些都要在保證電器性能和滿足其他

12、個別要求的情況下實現(xiàn)，否則就是舍本逐末了。布線時主要按以下原則進(jìn)行： .一般情況下，首先應(yīng)對電源線和地線進(jìn)行布線，以保證電路板的電氣性能。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：地線電源線信號線，通常信號線寬為：一般0.2-0.3mm,最細(xì)寬度可達(dá)0.05-0.07mm,電源線為1.22.5mm。對數(shù)字電路的使用（模擬PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一個回路，即構(gòu)成一個地網(wǎng)來（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，時鐘線要盡量短，且不能引得到

13、處都是。時鐘振蕩電路下面、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，不可使用900折線，以減小高頻信號的輻射；（要求高的線還要用雙弧線）.電路的地則不能這樣使用） .預(yù)先對要求比較嚴(yán)格的線任何信號線都不要形成環(huán)路，如不可避免，環(huán)路應(yīng)盡量?。盒盘柧€的過孔要盡量少； .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和噪聲場帶信號時，要用 .引出。地線-信號一地線”的方式 .關(guān)鍵信號應(yīng)預(yù)留測試點，以方便生產(chǎn)和維修檢測對未布線區(qū)域進(jìn)行地線填充，用大面積銅層作地線用原理圖布線完成后，應(yīng)對布線進(jìn)行優(yōu)化；同時, 經(jīng)初步網(wǎng)絡(luò)

14、檢查和DRC檢查無，在印制板上把沒被用上的地方誤后，都與地相連接作為地線用?；蚴亲龀啥鄬影?，電源，地線各占用一層。AlitumDesigner的PCB板布線規(guī)則對于PCB的設(shè)計，AD提供了詳盡的10種不同的設(shè)計規(guī)則，這些設(shè)計規(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、元件移動和信號完整性等規(guī)則。根據(jù)這些規(guī)則，ProtelDXP進(jìn)行自動布局和自動布線。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)計規(guī)則的合理性，也依賴于用戶的設(shè)計經(jīng)驗。對于具體的電路可以采用不同的設(shè)計規(guī)則，如果是設(shè)計雙面板，很多規(guī)則可以采用系統(tǒng)默認(rèn)值，系統(tǒng)默認(rèn)值就是對雙面板進(jìn)行布線的設(shè)置。本章將對ProtelDXP

15、的布線規(guī)則進(jìn)行講解。6.1設(shè)計規(guī)則設(shè)置進(jìn)入設(shè)計規(guī)則設(shè)置對話框的方法是在PCB電路板編輯環(huán)境下，從ProtelDXP的主菜單中執(zhí)行菜單命令Desing/Rules，系統(tǒng)將彈出如圖6T所示的PCBRulesandConstraintsEditor(PCB設(shè)計規(guī)則和約束）對話框。Ptp跖_1,辛-旺£-orrsfrAlnlfirtelanrRife*1 F EEitJi AKoti* - SHT BHtJ:* 一： £1”t. Z ID，fpCvlJ UvhJHturq.-Pii*Spe*i* JRk+«wJMi*aePh. /Cfk珀-1rwfXBGA15,* Fff

16、ioULLCC2一 L.1II1 HetoSiK1:LAefPw1、 P-od1l_i PiwOtrtTtt1f. . i PImC(*t3«I1Il PtilmwCcmcM11一國1逅11Sweawza CunfWWidCMoriM 3Zr#u Coriroli randUlPl«#n*ntAt MCcmirJ fvAJ 1 ' OKlMRouthSiriBQA.frajtrttd FtnouComdRoulnflHeksSnPaitRoAiQiRoulngi RoiineiFtKsWTHSrt - MwdKtiffx AlAl Rhltr M -As k icp

17、Aazni PHW* nw CfeflWC Pl« Pin* CMjnripd 號 Po*flw Conrea SMe Pojryt* Canon BoutriQ Lflgnri-Rddlns Aoi'p PIKHi* BoklTQ inoulni) Tcpdog" RaifiVU Slyi* Rating WortOiJfHqulngiReul ng £73CbMHCfl* 1(MCh DnM» SMd Wa Cncnon Ajo SM* CncABi '4utg 5 A - CmctKHmArfD Dwcstofl 'AlJI

18、D叫 H 補.50cm h Hn l«ni Mjr l(n Lbj/ti Rhi »Eiia» E ifun-Xi > (tJ CifE- » n* Smod SMf ' RbW (Zenrvcr-JiOewM MnTqlsiKsi - MHUcnidhK(4)f >6 Id<iotogi -5h?i>K： t F«r5<rrr 臥J PtW 51wtQA Hof Al>*gKHi乩圖6-1PCB設(shè)計規(guī)則和約束對話框該對話框左側(cè)顯示的是設(shè)計規(guī)則的類型，共分10類。左邊列出的是DesingRules（設(shè)

19、計規(guī)則），其中包括Electrical（電氣類型）、Routing（布線類型）、SMT（表面粘著元件類型）規(guī)則等等，右邊則顯示對應(yīng)設(shè)計規(guī)則的設(shè)置屬性。該對話框左下角有按鈕Priorities,單擊該按鈕，可以對同時存在的多個設(shè)計規(guī)則設(shè)置優(yōu)先權(quán)的大小。對這些設(shè)計規(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。可以在左邊任一類規(guī)則上右擊鼠標(biāo)，將會彈出如6-2所示的菜單。DeleteR.ule.ReportExportRules.H.ImportRules.在該設(shè)計規(guī)則菜單中，NewRule是新建規(guī)則；DeleteRule是刪除規(guī)則；ExportRules是將規(guī)則導(dǎo)出，將以.rul為后綴名導(dǎo)

20、出到文件中；ImportRules是從文件中導(dǎo)入規(guī)則；Report選項，將當(dāng)前規(guī)則以報告文件的方式給出。圖62設(shè)計規(guī)則菜單下面，將分別介紹各類設(shè)計規(guī)則的設(shè)置和使用方法。6. 2電氣設(shè)計規(guī)則Electrical（電氣設(shè)計）規(guī)則是設(shè)置電路板在布線時必須遵守，包括安全距離、短路允許等4個小方面設(shè)置。1 .Clearanee（安全距離）選項區(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，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)，從彈出的快捷菜單中選擇NewRule選項，如圖6-3所

21、示。Rules隔網(wǎng) Rule,Delete R JeReport.B-gEleclric-aliit*Shofij申T$1壬Un-C囪Routing囪*ExportFLiJei.MaskL+：Plane由二存MemUactufingHighSpeed®PlacemenlsitPSigndiritearitv圖6-3新建規(guī)則系統(tǒng)將自動當(dāng)前設(shè)計規(guī)則為準(zhǔn)，生成名為 框如圖6-4所示。Cleara nee 1的新設(shè)計規(guī)則，其設(shè)置對話Coiwflntr UnquelD111紅AlMeM瑞 o oo OO-FtJ QuwyJL11卯 L TX HIWtwff Ow Sword gP fitjic

22、het © Al0 Mrt0 H或匚加70 Lw0 機 toig W7 /QMUitefyillMmirmitn cuer he lOhd圖6-4新建Clearance_l設(shè)計規(guī)則(2)在WheretheFirstobjectmatches選項區(qū)域中選定一種電氣類型。在這里選定Net單選項,同時在下拉菜單中選擇在設(shè)定的任一網(wǎng)絡(luò)名。在右邊FullQuery中出現(xiàn)InNet()字樣，其中括號里也會出現(xiàn)對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)名。(3)同樣的在wheretheSecondobjectmatches選項區(qū)域中也選定Net單選項，從下拉菜單中選擇另外一個網(wǎng)絡(luò)名。(4)在Constraints選項區(qū)域中的Mi

23、nimumClearanee文本框里輸入8mil。這里Mil為英制單位，Imil=10-3inch,linch=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)自動保存更改。設(shè)計完成效果如圖6-5所示。IIUnqueEO* Fd Q uerpInWet C Mo Met')2 . Short Circuit（短路）選項區(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)選項的選定，如圖6- 6所示。-ConEhdihts Allow Short Circuit

24、口ComnheiMV/hei«theFiistobjectcn4tch«Al比Nlct0MetClas出oL刖漳，oM電tandLttf)Adv/ancedQticyllQglyWheietheSecondiobrttmatches-pj0Alruerji-NetL0qLdpa%一IJi.T,uHr-0NetandLayer0AdvancedOu«f$.-Cori&trarisDifffcrefitN«tiMinimumCie<»rMice01TtiI圖6-5設(shè)置最小距離圖6-6短路是否允許設(shè)置3 .Un-RoutedNet（未布

25、線網(wǎng)絡(luò)）選項區(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-connectedPin（未連接管腳）選項區(qū)域設(shè)置對指定的網(wǎng)絡(luò)檢查是否所有元件管腳都連線了。6. 3布線設(shè)計規(guī)則Routing（布線設(shè)計）規(guī)則主要有如下兒種。1. .Width（導(dǎo)線寬度）選項區(qū)域設(shè)置導(dǎo)線的寬度有三個值可以供設(shè)置，分別為Maxwidth（最大寬度）、PreferredWidth（最佳寬度）、Minwidth（最小寬度）三個值，如圖6-7所示。系統(tǒng)對導(dǎo)線寬度的默認(rèn)值為lOmil,單擊每個項直接輸入數(shù)值進(jìn)行更改。這里采用系統(tǒng)默認(rèn)值lOmil設(shè)置導(dǎo)線寬度。rconstraintsPref

26、erredWidthlOrrnlMinWidthlOnilMaxWidthlOmil圖6-7設(shè)置導(dǎo)線寬度2. RoutingTopology（布線拓?fù)洌┻x項區(qū)域設(shè)置拓?fù)湟?guī)則定義是采用的布線的拓?fù)溥壿嫾s束。ProtelDXP中常用的布線約束為統(tǒng)計最短邏輯規(guī)則，用戶可以根據(jù)具體設(shè)計選擇不同的布線拓?fù)湟?guī)則。了以下ProtelDXP提供兒種布線拓?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下拉菜單中選擇定義是在Shortest選項，該選項的布線時連接所有節(jié)點的連線最短規(guī)則。ConstrarJ"Topdk叩7'ShoftHt圖6-8最短拓?fù)溥壿?/p>

27、Horizontal（水平）規(guī)則設(shè)置水平規(guī)則設(shè)置如圖6-9所示，從Topoogy下拉菜單中選擇連接節(jié)點Horizontal選基。它采用的水平連線最短規(guī)則。<rcinstraintsTopologuHohzontal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。它采和是連接所有節(jié)DaisySimpie（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Daisysimple選項。它采用的是Daisy-MidDriven（雛菊中點）規(guī)則設(shè)置雛菊中點規(guī)則設(shè)置如圖6-12所

28、示，從Tolpoogy下拉菜單中選擇Daisy_MidDiven選項。該規(guī)則選擇一個Source（源點），以它為中心向左右連通所有的節(jié)點，并使連線最短。F.onshaints一Daisy-MidDriverTopology圖6-12雛菊中點規(guī)則DaisyBalaneed（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Tolpoogy下拉菜單中選擇DaisyBalaneed選項。它也選擇一個源點，將所有的中間節(jié)點數(shù)目平均分成組，所有的組都連接在源點上，并使連線最短。I'onstraints-|p弓廨-dobnceclTopology圖6-13雛菊平衡規(guī)則StarBurst（星形）

29、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StarBurst選項。該規(guī)則也是采用選擇一個源點，以星形方式去連接別的節(jié)點，并使連線最短。Constraints一TapdId圖6T4StarBurst（星形）規(guī)則3. RoutingRriority（布線優(yōu)先級別）選項區(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0T00,數(shù)值越大，優(yōu)先級越高，如圖6-15所示。Constraints一RoutingPriority0圖6-15布線優(yōu)先級設(shè)置4. RoutingLayers（布線圖）選毆區(qū)域設(shè)置該規(guī)則設(shè)置布線板導(dǎo)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

30、32個布線層6T6所示。-CortstrantiHofizontdTopLaysr.1t汁Mmlti>d'La>一：4沽It；I吒R*J4-CTGtu圖6T6布線層設(shè)置由于設(shè)計的是雙層板，故Mid-Layer1到Mid-Layer30都不存在的，該選項為灰色不能使用，只能使用TopLayer和BottomLayer兩層。每層對應(yīng)的右邊為該層的布線走法。ProteDXP提供了11種布線走法，如圖6-17所示。TopiLajjer紐吧o血Ml： , - - r：Mir-Mir -1 - r - & IlL-L ; Ji:-Ve*ShcaJA矽1 g盛2 O'cl

31、ock4OTfccKSO'CJock45LTpi45DJowri圖6-1711種布線法各種布線方法為：NotUsed該層不進(jìn)行布Horizontal該層按水平方向布線；Clock該層為按一點線Vertical該層為垂直方向布線；Any該層可以Clock該層為按四點鐘方向布線；Clock任意方向布線；45方向布線、45Down該層為向下45鐘方向布線；Clock該層為按兩點鐘方向布線；該層為按五點鐘方向布線；45UP該層為向上方法布線；FanOut該層以扇形方式布線。對于系統(tǒng)默認(rèn)的雙面板情況，一面布線采用方式。Horizontal方式另一面采用Vertical5 .RoutingCorn

32、ers（拐角）選項區(qū)域設(shè)置布線的拐角可以有45拐角、90拐角和圓形拐角三種，如圖6-18所示。-CortfhMtfl圖618拐角設(shè)置從Style上拉菜單欄中可以選擇拐角的類型。如圖616中Setback文本框用于設(shè)定拐角的長度。T。文本框用于設(shè)置拐角的大小。對于90拐角如圖619所示，圓形拐角設(shè)置如圖620所示。=Consbjirts90Oegr«s*圖61990拐角設(shè)置“Setbackj10,100mlRoundedMB圖620圓形拐角設(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6 21所示。Vid Hole SizeHEriimum6 .RoutingViaStyle（導(dǎo)孔

33、）選項區(qū)域設(shè)置Constraints一VidDihmelerNinirmumSOnnilNdKinftufnSOrnilPrefeifedSOnif白WanirriLim2日|四Preferred：2%1圖621導(dǎo)孔設(shè)置可以調(diào)協(xié)的參數(shù)有導(dǎo)孔的直徑viaDiameter和導(dǎo)孔中的通孔直徑ViaHoleSize,包括Maximum（最大值）、Minimum（最小值）和Preferred（最佳值）。設(shè)置時需注意導(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10mil以上。6.4阻焊層設(shè)計規(guī)則Mask（阻焊層設(shè)計）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

34、MaskExpansion（阻焊層延伸量）選項區(qū)域設(shè)置該規(guī)則用于設(shè)計從焊盤到阻礙焊層之間的延伸距離。在電路板的制作時，阻焊層要6 22所示預(yù)留一部分空間給焊盤。這個延伸量就是防止阻焊層和焊盤相重疊，如圖系統(tǒng)默認(rèn)值為4mil,Expansion設(shè)置預(yù)為設(shè)置延伸量的大小。rTonsIraiiitEkpawkm4mi|圖622阻焊層延伸量設(shè)置6 一 23所示，圖中2 .PasteMaskExpansion（表面粘著元件延伸量）選項區(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，如圖的Expansion設(shè)置項為設(shè)置延伸量的大小。ConstraintsExpansion也四圖623表面粘著元件

35、延伸量設(shè)置6. 5內(nèi)層設(shè)計規(guī)則Plane（內(nèi)層設(shè)計）規(guī)則用于多層板設(shè)計中，有如下兒種設(shè)置規(guī)則。1 .PowerPlaneConnectStyle（電源層連接方式）選項區(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。rConstraintsConductor*dth lOmilConnedStjHeReliefConnect-Conductors一O204-/7CurAir-CapIMExpansion20fnil圖624電源層連接方式設(shè)置圖中共有5項設(shè)置項，分別是：ConnerStyle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3個選項可以選擇：R

36、eliefConnect（發(fā)散狀連接）、Directconnect（直接連接）和NoConnect（不連接）。工程制板中多采用發(fā)散狀連接風(fēng)格。CondctorWidth文本框：用于設(shè)置導(dǎo)通的導(dǎo)線寬度。2條或者4條導(dǎo)Conductors復(fù)選項：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 .PowerPlaneClearanee（電源層安全距離）選項區(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6一25所示，系統(tǒng)默認(rèn)值20milo廠Con

37、slra帕t總圖625電源層安全距離設(shè)置626所示。3 .PolygonConnectstyle（敷銅連接方式）選項區(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rConstraintsConnectStyleReliefConnectConductors -O 2430 Anglew4ConductorWidth1Omil圖626敷銅連接方式設(shè)置該設(shè)置對話框中ConnectStyle>Conductors和Conductorwidth的設(shè)置與PowerPlaneConnectStyle選項設(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90an

38、gle（90°和45Angle（45°角兩種方式可選。6. 6測試點設(shè)計規(guī)則Testpiont（測試點設(shè)計）規(guī)則用于設(shè)計測試點的形狀、用法等，有如下幾項設(shè)置。1 .TestpointStyle（測試點風(fēng)格）選項區(qū)域設(shè)置該規(guī)則中可以指定測試點的大小和格點大小等，設(shè)置界面如圖627所示。SiaeHole SizeWin4曲11 lOrulMaw100ml1 1 AdmitP refeued,eOhiil1 |32milGrid Size0 Allow te«Xpt>int under component該設(shè)置對話框有如下選項：U?e Existing SHE&g

39、t; Botlora Pod0 Use Enisling Thru Bole Bottom Pad0 Use Ewisjing Via ending on Bottom L$0 Create New SMD BcHom Pad回 I reete Nuw Thru-dlcib E ohom Pad0 Use Enisling SMD Top Pad回H Thu' Hole Top0 lop0 Thru-Hole SottQnp0 fiotiom圖6 27測試點風(fēng)格設(shè)置Size文本框為測試點的大小,HoleSize文本框為測試點的導(dǎo)孔的大小，可以指定Min（最小值）、Max（最大值）和Pr

40、eferred（最優(yōu)值）。GridSize文本框：用于設(shè)置測試點的網(wǎng)格大小。系統(tǒng)默認(rèn)為Imil大小。Allowtestpointundercomponent復(fù)選項：用于選擇是否允許將測試點放置在元件下面。復(fù)選項Top、Bottom等選擇可以將測試點放置在哪些層面上。右邊多項復(fù)選項設(shè)置所允許的測試點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 .TestpointUsage（測試點用法）選項區(qū)域設(shè)置測試點用法設(shè)置的界面如圖6一28所示。ConstraintsAllowmuhiplete莓tpoint&onsamenetTeslpant®Required0Invalid0Do

41、n'tcare圖628測試點用法設(shè)置該設(shè)置對話框有如下選項：Allowmultipletestpointsonsamenet復(fù)選項：用于設(shè)置是否可以在同一網(wǎng)絡(luò)上允許多個測試點存在。Testpoint選項區(qū)域中的單選項選擇對測試點的處理，可以是Required（必須處理）、Invalid（無效的測試點）和Don'tcare（可忽略的測試點）。3 .7電路板制板規(guī)則Manufacturing（電路板制板）規(guī)則用于對電路板制板的設(shè)置，有如下幾類設(shè)置：4 .MinimumannularRing（最小焊盤環(huán)寬）選項區(qū)域設(shè)置電路板制作時的最小焊盤寬度，即焊盤外直徑和導(dǎo)孔直徑之間的有效期值，

42、系統(tǒng)默認(rèn)值為10mil.5 .AcuteAngle（導(dǎo)線夾角設(shè)置）選項區(qū)域設(shè)置對于兩條銅膜導(dǎo)線的交角，不小于90°90°6 .Holesize（導(dǎo)孔直徑設(shè)置）選項區(qū)域設(shè)置該規(guī)則用于設(shè)置導(dǎo)孔的內(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:Absolute以絕對尺寸來設(shè)計,Perce nt以相對的比例來設(shè)計。采用絕對尺寸的導(dǎo)孔直徑設(shè)置對話框如圖6 29所示（以mil為單位）。r ConstraintsMeasurement Method AbsoluteMinimum 1milMaximum 10Omil圖629導(dǎo)孔

43、直徑設(shè)置對話框7 .LayersPais（使用板層對）選項區(qū)域設(shè)置在設(shè)計多層板時，如果使用了盲導(dǎo)孔,就要在這里對板層對進(jìn)行設(shè)置。對話框中的復(fù)選取項用于選擇是否允許使用板層對（layers pairs ）設(shè)置。本章中，對ProtelDXP提供的10種布線規(guī)則進(jìn)行了介紹，在設(shè)計規(guī)則中介紹了每條規(guī)則的功能和設(shè)它設(shè)計到PCB電路。置方法。這些規(guī)則的設(shè)置屬于電路設(shè)計中的較高級的技巧,很多算法的知識。掌握這些規(guī)則的設(shè)置，就能設(shè)計出高質(zhì)量的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)

44、勢，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，我們將討論自動布線功能的正確使用和錯誤使用，有無地平面時電流回路的設(shè)計策略，建議。以及對雙面板元件布局的自動布線的優(yōu)缺點以及模擬電路布線的注意事項設(shè)計PCB時，往往很想使用自動布線。通常，純數(shù)字的電路板（尤其信號電平比較低，電路密度比較小時）采用自動布線是沒有問題的。但是，在設(shè)計模擬、混合信號或高速電路板時，如果采用布線軟件的自動布線工具，可能會出現(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中顯示了一個采用自動布線設(shè)計的雙面板的頂層。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)計此混合信

45、號電路板時，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，有兒個方面需要注意，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，首先發(fā)現(xiàn)的弊端是存在多個地環(huán)路。另外，還會發(fā)現(xiàn)底層的地線返回路徑被水平信號線隔斷了。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有數(shù)字地信號經(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，為確保正確實現(xiàn)

46、電路，需要遵循一些通用的設(shè)計準(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；如果地平面被信號走線隔斷，為降低對地電流回路的干擾，應(yīng)使信號走線與地平面垂直；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采用自動布線為圖3所示電路原理圖設(shè)計的電路板的頂層品嚴(yán)Fb圖2采用自動布線為圖3所示電路原理圖設(shè)計的電路板的底層TMC

47、P1W450Li11-itIui：JIIW,±1VPIC16FB76I工叫E整河r-B魁？迥屈丁dilW專、Itrn=ppw沖斯地%立皿啊等7fi祚呻tF即鱉崔土rft七#叮EP桎MA飛32AIf一rIt圖3a圖1、圖2、圖4和圖5中布線的電路原理圖AnalogCircuit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的電流回路設(shè)計對于電流回路，需要注意如下基本事項:8 .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，設(shè)計應(yīng)將走線盡量加粗。這是一個好的經(jīng)驗法則，但要知道，接地線的最小寬度是從此點到末端的有效寬度，此處末端”指距離電源連接端最遠(yuǎn)的點

48、。9 .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，是可以這樣做但只是瞬時的，這種現(xiàn)象是由地線的有效感抗V = Ldi/dt,10 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。11 數(shù)字電流不應(yīng)流經(jīng)模擬器件。數(shù)字器件開關(guān)時，回路中的數(shù)字電流相當(dāng)大，和阻抗引起的。對于地平面或接地走線的感抗部分，計算公式為其中V是產(chǎn)生的電壓，L是地平面或接地走線的感抗，di是數(shù)字器件的電流變化，dt是持續(xù)時間。對地線阻抗部分的影響，其計算公式為V=RI,其中，V是產(chǎn)生的電壓，R是地平面或接地走線的阻

49、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，將改變信號鏈中信號和地之間的關(guān)系電壓）。（即信號的對地12 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也會造成地平面的電壓發(fā)生變化。此干擾的計算公式和上述相同，對于地平面或接地走線的感抗，V=Ldi/dt；對于地平面或接地走線的阻抗，V二RE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，地線上的電壓變化會改變信號鏈中信號和地之間的關(guān)系。圖4采用手工走線為圖3所示電路原理圖設(shè)計的電路板的頂層圖5采用手工走線為圖3所示電路原理圖設(shè)計的電路板的底層PowerGround圖6如果不能采用地平面

50、，可以采用花形”布線策略來處理電流回路數(shù)匚電豁I血片HiJ圖7分隔開的地平面有時比連續(xù)的地平面有效，圖地策略理想b）接地布線策略比圖a）的接13 不管使用何種技術(shù)，接地回路必須設(shè)計為最小阻抗和容抗。14 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。這是分隔開接地回路的非常有效的方法，我們在前面討論的圖4和圖5的布線也采用了這種技術(shù)。二、工程領(lǐng)域中的數(shù)字設(shè)計人員和數(shù)字電路板設(shè)計專家在不斷增這反映了行業(yè)但仍然存在，而且還模擬加，的發(fā)展趨勢。盡管對數(shù)字設(shè)計的重

51、視帶來了電子產(chǎn)品的重大發(fā)和數(shù)字領(lǐng)域的布線策略有一簡單電路布展，會一直存在一部分與模擬或現(xiàn)實環(huán)境接口的電路設(shè)計。線設(shè)計就不再PCB布線引起的電些類似之處，但要獲得更好的結(jié)果時，由于其布線策略不同，是最優(yōu)方案了。本文就旁路電容、電源、地線設(shè)計、電壓誤差和由磁干擾(EMI)等兒個方面，討論模擬和數(shù)字布線的基本相似之處及差別。模擬和數(shù)字布線策略的相似之處旁路或去耦電容在布線時，模擬器件和數(shù)字器件都需要這些類型的電容，接一個電容，此電容值通常為大約為10mF。這些電容的位置如圖1須較短，且要盡量靠近器件都需要靠近其電源引腳連0.ImFo系統(tǒng)供電電源側(cè)需要另一類電容，通常此電容值所示。電容取值范圍為推薦值

52、的1/10至10倍之間。但引腳(對于0.ImF電容)或供電電源(對于10mF電容)。在電路板上加旁路或去耦電容，以及這些電容在板上的位置，對于數(shù)字和模擬設(shè)計來說都屬于常識。但有趣的是，其原因卻有所不同。在模擬布線設(shè)計中，旁路電容通常用于旁路電源上的高頻信號，如果不加旁路電容，這些高頻信號可能通過電源引腳進(jìn)入地*面敏感的模擬芯片。一般來說，這些高頻信號的頻率超出模擬器件抑制高頻信號的能力。如果在模擬電路中不使用旁路電容的話，就可能在信號路徑上引入噪聲，更嚴(yán)重的情況甚至?xí)鹫駝?。圖1在模擬和數(shù)字PCB設(shè)計中，旁路或去耦電容(ImF)應(yīng)盡量靠近器件放置。供電電源去耦電容所有情況下，這些電容的引腳(

53、lOmF)應(yīng)放置在電路板的電源線入口處。都應(yīng)較短tSOcmiX IScfnXTcrtrtKCTTtm"l£co一 iL* iCuF +SV It cmA4HD7cm由于這種不恰當(dāng)?shù)呐浜?圖2在此電路板上，使用不同的路線來布電源線和地線，電路板的電子元器件和線路受電磁干擾的可能性比較大AOcmISLOtF+5V9cmGMP1"腰二150cmxa>2cm)+,Jemx0.2cni|1tl.SIcmr圖3在此單面板中，到電路板上器件的電源線和地線彼此靠近。此電路板中電源線和地線的配合比圖2中恰當(dāng)。電路板中電子元器件和線路受電磁干擾(EMI)的可能性降低了679/1

54、2.8倍或約54倍對于控制器和處理器這樣的數(shù)字器件，同樣需要去耦電容，但原因不同。這些電容的一個功能是用作微型”電荷庫。在數(shù)字電路中，執(zhí)行門狀態(tài)的切換通常需要很大的電流。由于開關(guān)時芯片上產(chǎn)生開關(guān)瞬態(tài)電流并流經(jīng)電路板，有額外的備用”電荷是有利的。如果執(zhí)行開關(guān)動作時沒有足夠的電荷，會造成電源電壓發(fā)生很大變化。電壓變化太大，會導(dǎo)致數(shù)字信號電平進(jìn)入不確定狀態(tài)，并很可能引起數(shù)字器件中的狀態(tài)機錯誤運行。流經(jīng)電路板走線的開關(guān)電流將引起電壓發(fā)生變化，電路板走線存在寄生電感，可采用如下公式計算電壓的變化：V=Ldl/dt其中，V二電壓的變化；L二電路板走線感抗；dl二流經(jīng)走線的電流變化；dt二電流變化的時間。因此，基于多種原因，在供電電源處或有源器件的電源引腳處施加旁路較好的做法。(或去耦)電容是電源線和地線要布在一起電源線和地線的位置良好配合,干擾的可能Lj性。如果電）源線和地線tUJkPCB設(shè)合不當(dāng)，會設(shè)計出系統(tǒng)環(huán)路，并很可能會產(chǎn)生噪聲。電源線和地線配合不當(dāng)?shù)挠嬍纠鐖D2所示。此電路板上，設(shè)計出的環(huán)路面積為697cm2。采用圖3