第7章PCB設計高級操作

第7章PCB設計高級操作7.1PCB板設計規(guī)則7.2PCB編輯中常用的高級技巧7.3PCB設計實例—雙面板自動布線 7.1PCB板設計規(guī)則

ProtelDXP提供了詳盡的10個類別的設計規(guī)則，覆蓋了電氣、布線、制造、放置、信號完整要求等方面。根據(jù)這些規(guī)則，ProtelDXP進行自動布線，在很大程度上，布線是否成功和布線的質(zhì)量的高低取決于設計規(guī)則的合理性，當然也取決于設計人員的設計經(jīng)驗。另外，ProtelDXP提供實時設計規(guī)則檢查（DRC），不管是自動布線還是手動布線，都能防止錯誤的發(fā)生。

ProtelDxp

根據(jù)設計規(guī)則的適用范圍提供了十個類別的PCB板設計規(guī)則，分別包括：“Electrical”——電氣規(guī)則類?！癛outing”——布線規(guī)則類。“SMT”——SMT元件規(guī)則類?！癕ask”——阻焊膜規(guī)則類?！癙lane”——內(nèi)部電源層規(guī)則類。“Testpoint”——測試點規(guī)則類。“Manufacturing”——制造規(guī)則類?！癏ighSpeed”——高速電路規(guī)則類?！癙lacement”——布局規(guī)則類?！癝ignalIntegrity”——信號完整性規(guī)則類。7.1.1設計規(guī)則的概念和基本操作一.設計規(guī)則編輯器界面介紹

在PCB編輯器環(huán)境下，執(zhí)行菜單命令【Design】/【Rules】，系統(tǒng)將彈出如下圖所示的【PCBRulesandConstraintsEditor】對話框，

從該對話框中可以對當前PCB編輯器中的電路板進行設計規(guī)則的設置。

圖7-1【PCBRulesandConstraintsEditor】對話框

【PCBRulesandConstraintsEditor】對話框由兩個列表組成，左側的是十個類別的設計規(guī)則列表區(qū)域(DesingRules)，單擊樹形列表中每個規(guī)則大類名稱之前的“+”可以展開該規(guī)則類，顯示該規(guī)則類下屬的所有規(guī)則，單擊每個規(guī)則大類名稱前的“-”，即可隱藏該規(guī)則類中的所有規(guī)則，對話框右側的視圖用于顯示左側樹形列表中選中的設計規(guī)則對象的內(nèi)容。

若在對話框的左側樹形列表區(qū)域中【DesignRules】，則對話框右側視圖中顯示當前PCB板中所有的設計規(guī)則列表如圖7-1所示。若在樹形列表中選擇某個規(guī)則類的名稱，則右邊的視圖中顯示該規(guī)則類下的規(guī)則列表，如圖7-2所示。如果在樹形列表中選中某項規(guī)則類下屬的具體規(guī)則，則在右邊的視圖中顯示所選規(guī)則定義的選項，便于用戶修改規(guī)則，如圖所示。所有的設計規(guī)則的建立、修改和刪除等操作均可在設計規(guī)則編輯器中完成。 圖7-2【Routing】規(guī)則列表

圖7-3【W(wǎng)idth】規(guī)則對話框

【PCBRulesandConstraintsEditor】對話框的底部左側包括兩個設置按鈕，用來設置規(guī)則的優(yōu)先級和利用規(guī)則向導新建設計規(guī)則。在ProtelDXP中，每一個具體的設計規(guī)則都有一個優(yōu)先級參數(shù)，該參數(shù)用于設置設計規(guī)則在檢查時的先后次序，

當同一個設計規(guī)則類中存在多個設計規(guī)則時

，系統(tǒng)根據(jù)設計規(guī)則的優(yōu)先級參數(shù)逐個檢查設計規(guī)則。二.設計規(guī)則的基本操作

在一個PCB項目設計中，用戶可能需要設置多個同類型的規(guī)則，例如在同一個PCB設計中，不同的網(wǎng)絡由于流過電流大小不同，銅膜導線的寬度也會不同，這樣就需要新建多個有關導線寬度的設計規(guī)則應用于不同的對象。

本節(jié)將介紹新建、刪除設計規(guī)則的具體步驟。

1.新建設計規(guī)則[1]在設計規(guī)則編輯器左側的樹形列表中選擇需要編輯的

規(guī)則類，本例中選擇“Routing”設計規(guī)則類下的“Width”設計規(guī)則。單擊樹形列表中“Routing”規(guī)則類名稱之前的“+可以展開該規(guī)則類，顯示該規(guī)則類下屬的所有規(guī)則。[2]在“Width”設計規(guī)則上單擊右鍵，彈出如圖7-4所示的右鍵菜單。圖7-4右鍵菜單[3]在彈出的菜單中選擇“新建規(guī)則”命令，系統(tǒng)在“Width”規(guī)則類下新建一個默認名稱為“Width_1”的規(guī)則，如圖7-5所示。此時“Width”規(guī)則類下的所有設計規(guī)則為加粗顯示，提示該規(guī)則需要修改并保存。

圖7-5新建的默認名稱為“Width_1”的規(guī)則[4]單擊【PCBRulesandConstraintsEditor】對話框中的

按鈕，檢查并應用新建的規(guī)則。2．刪除規(guī)則[1]在設計規(guī)則編輯器左側的樹形列表中選擇欲刪除的

規(guī)則，本例中選擇剛才新建的設計規(guī)則“Width_1”。[2]在該規(guī)則上單擊鼠標右鍵，在彈出的菜單中選擇“刪

除規(guī)則”命令，系統(tǒng)就會在將要刪除的規(guī)則名稱上顯

示一條刪除線，如圖7-6所示，表示該規(guī)則已經(jīng)設置

為被刪除。[3]單擊

【PCBRulesandConstraintsEditor】

對話框中

的按鈕，就可以刪除有刪除線標記的規(guī)則。

圖7-6規(guī)則名稱上顯示刪除線三.設計規(guī)則設置頁面

在ProtelDXP的設計規(guī)則編輯器中，選中某個規(guī)則下屬的具體設計規(guī)則后，在設計規(guī)則管理器的右部，將會顯示對應的設計規(guī)則設置頁面。通常所有的設計規(guī)則設置頁面包括三個設置區(qū)域，分別是基本屬性、適用對象和范圍、約束參數(shù)三個設置區(qū)域，下面，以“Width”設計規(guī)則的設置頁面為例，介紹這三個區(qū)域的屬性，“Width”規(guī)則的設置頁面如圖7-7所示。圖7-7“Width”設計規(guī)則設置頁面1.基本屬性

設計規(guī)則的基本屬性包括

【Name】、

【Comment】【UniqueID】三項，用來定義規(guī)則的名稱、描述信息和系統(tǒng)所提供的唯一編號。設計人員可以在對應的文本編輯框內(nèi)設置這些基本屬性，通常情況下，【UniqueID】由系統(tǒng)指定，不需要設計人員更改。

2.適用對象和范圍

設計規(guī)則的適用對象和范圍用于指定在進行設計規(guī)則檢查時的對象范圍。

3.規(guī)則約束參數(shù)

規(guī)則約束參數(shù)設置區(qū)域內(nèi)的選項用于設置規(guī)則的具體參數(shù)，由于每種設計規(guī)則的參數(shù)都不相同，

所以規(guī)則約束設置區(qū)域的內(nèi)容會各不相同。7.1.2布線規(guī)則

布線規(guī)則(Routing)的主要功能是用來設定PCB板布線過程中與布線有關的一些規(guī)則，它是DXP設計規(guī)則設置中最重要，也是最常用的規(guī)則，規(guī)則設置是否合理將直接影響布線的質(zhì)量和成功率。

布線規(guī)則共包括七個規(guī)則：

【W(wǎng)idth】（導線寬度）規(guī)則

【RoutingTopology】（布線拓撲）規(guī)則

【RoutingPriority】（布線優(yōu)先級）規(guī)則

【RoutingLayers】（布線板層）規(guī)則

【RoutingCorners】（布線轉折角度）規(guī)則

【RoutingViaStyle】（自動布線過孔）規(guī)則

【Fanoutcontrol】規(guī)則1．Width（導線寬度）規(guī)則： 【W(wǎng)idth】規(guī)則的主要功能是用來設置PCB板自動布線時導線寬度。在圖所示的對話框中，單擊【W(wǎng)idth】規(guī)則前的“+”號后彈出系統(tǒng)默認的唯一的【W(wǎng)idth】子規(guī)則，鼠標左鍵單擊【W(wǎng)idth】子規(guī)則，這時對話框的右側將會彈出【W(wǎng)idth】子規(guī)則的設置界面，如圖7-8所示。

圖7-8【W(wǎng)idth】規(guī)則2．RoutingTopology（布線拓撲）規(guī)則

布線拓撲規(guī)則用于定義自動布線時同一網(wǎng)絡內(nèi)各元件（焊盤）之間的連接方式，ProtelDXP中常用的布線約束為統(tǒng)計最短邏輯規(guī)則，當然用戶也可以根據(jù)具體設計選擇不同的布線拓撲規(guī)則。ProtelDXP提供了以下七種布線拓撲規(guī)則。圖7-15最短拓撲邏輯圖7-16水平拓撲規(guī)則圖7-17垂直拓撲規(guī)則[1]Shortest(最短)布線拓撲規(guī)則

最短規(guī)則設置如圖7-15所示，該方式的布線邏輯是布線

時保證所有網(wǎng)絡節(jié)點之間的連線總長度為最短。[2]Horizontal（水平）布線拓撲規(guī)則

水平規(guī)則設置如圖7-16所示，該方式的布線邏輯是以水平布線為主，并且水平布線長度最短。[3]Vertical（垂直）布線拓撲規(guī)則

垂直規(guī)則設置如圖7-17所示，該方式的布線邏輯是是以垂直布線為主，并且垂直布線長度最短。[4]DaisySimple（簡單雛菊）布線拓撲規(guī)則

簡單雛菊規(guī)則設置如圖7-18所示，該方式的布線邏輯是將各個節(jié)點從頭到尾連接，中間沒有任何分支，并使連線總長度最短。

圖7-18簡單雛菊規(guī)則圖7-19雛菊中點規(guī)則圖7-20雛菊平衡規(guī)則圖7-21StarBurst（星形）規(guī)則[5]Daisy-MidDriven（雛菊中點）布線拓撲規(guī)則

雛菊中點規(guī)則設置如圖7-19所示，該方式的布線邏輯是在網(wǎng)絡節(jié)點中選擇一個中間節(jié)點，然后以中間節(jié)點為中心分別向兩邊的終點進行鏈狀連接，并使布線總長度最短。[6]DaisyBalanced（雛菊平衡）布線拓撲規(guī)則

雛菊平衡規(guī)則設置如圖7-20所示，它是Daisy-MidDriven布線拓撲規(guī)則中的一種，

但要求中間節(jié)點兩側的鏈狀連接基本平衡。[7]StarBurst（星形）布線拓撲規(guī)則

星形規(guī)則設置如圖7-21所示，該方式的布線邏輯是該規(guī)則是在所有網(wǎng)絡節(jié)點中選擇一個中間節(jié)點，

以星形方式去連接其他的節(jié)點，并使布線總長度最短。3．RoutingPriority（布線優(yōu)先級別）規(guī)則

該規(guī)則用于設置布線優(yōu)先級次序，系統(tǒng)提供優(yōu)先級次序的設置范圍為0~100，

數(shù)值越大，優(yōu)先級越高，數(shù)值100表示布線優(yōu)先級最高，優(yōu)先級高的網(wǎng)絡在自動布線的時候將先布線，因此可以把一些重要的網(wǎng)絡設置為級別高的布線優(yōu)先級。單擊此設計規(guī)則后，對話框右側的規(guī)則設置界面如圖7-22所示。圖7-22布線優(yōu)先級設置4．RoutingLayers（布線板層）規(guī)則

【RoutingLayers】（布線板層）規(guī)則的主要作用是設置布線時哪些信號層可以使用，【Constraints】區(qū)域給出了當前PCB可以布線的層，選中某層對應的【允許布線】復選框表示可以在該層布線。如圖7-23所示，

圖7-23布線板層規(guī)則的設置5．RoutingCorners（布線轉折角度）規(guī)則

【RoutingCorners】規(guī)則主要用來設置導線拐彎的樣式。【Constraint】區(qū)域有兩項設置，【風格】區(qū)域用于設置拐角模式，有45°拐角、90°拐角和圓形拐角三種，【尺寸】區(qū)域可以設置拐角的尺寸。設計人員盡量不要使用90°拐角，以避免不必要的信號完整性惡化。這三種方式分別如圖7-24、7-25、7-26所示。圖7-2445°拐角布線圖7-2590°拐角布線圖7-26圓形拐角布線6．RoutingViaStyle（布線過孔）規(guī)則 【RoutingViaStyle】（布線過孔）規(guī)則用于設置布線中過孔的尺寸，其【Constraint】界面如圖7-27所示，可以在其中設置過孔直徑和過孔內(nèi)徑的大小，兩者都包括最大值、最小值和最佳值。設置時需注意過孔直徑和過孔孔徑的差值不宜過小，否則將不宜于制板加工，合適的差值在10mil以上。圖7-27過孔設置7.1.3電氣規(guī)則

電氣規(guī)則（Electrical）是印制電路板在布線時必須遵守的一個電氣規(guī)則，它包括：●【Clearance】（安全間距）規(guī)則●【Short-curcit】（短路）規(guī)則●【Un-RouteNet】（未布線網(wǎng)絡）規(guī)則●【Un-connectedPins】（未連線引腳）規(guī)則圖7-28【Electrical】規(guī)則1．【Clearance】（安全間距）規(guī)則

ProtelDXP中的電氣規(guī)則中的安全間距規(guī)則用于限制PCB中的導線、焊盤、過孔等各種導電對象之間的安全距離，使導電對象之間不會因為過近而產(chǎn)生相互干擾。

選擇

【Electrical】

規(guī)則下的

【Clearance】

規(guī)則，在PCB設計規(guī)則對話框中的右邊視圖顯示該規(guī)則的設置界面

，如圖7-29所示。圖7-29【Clearance】規(guī)則設置 2．【Short-curcit】（短路）規(guī)則

ProtelDXP中的電氣規(guī)則中的短路規(guī)則用于設定是否允許某PCB中的導線短路。圖7-31【Short-curcit】規(guī)則設置 3．【Un-RouteNet】（未布線網(wǎng)絡）規(guī)則

未布線網(wǎng)絡規(guī)則用于設定檢查網(wǎng)絡布線是否完整。根據(jù)它檢查設定范圍內(nèi)的網(wǎng)絡是否布線完整。若布線不完整，將電路板中沒有布線的網(wǎng)絡用飛線連接起來。如圖7-32所示。

圖7-32【Un-RouteNet】規(guī)則設置4．【Un-connectedPin】（未連線引腳）規(guī)則

ProtelDXP中的電氣規(guī)則中的未連線引腳規(guī)則（Un-connectedPin）用于設定檢查元件的引腳是否連接成功。注意：在這一規(guī)則下沒有具體的規(guī)則設置，說明這個規(guī)則不屬于一個常用的規(guī)則，如果在制板的時候確實要使用到這一規(guī)則，可以自行添加新規(guī)則并設定。在【Un-connectedPin】規(guī)則上單擊右鍵自行創(chuàng)建一個規(guī)則，結果如圖7-33所示。

圖7-33【Un-connectedPin】規(guī)則設置7.1.4Mask規(guī)則

阻焊層設計（Mask）規(guī)則用于設置焊盤到阻焊層的距離，包括【SolerMaskExpansion】(阻焊層延伸量)和【PasteMaskExpansion】(表面粘貼元件延伸量）兩種規(guī)則。1．SolerMaskExpansion(阻焊層延伸量)規(guī)則

該規(guī)則用于設計從焊盤到阻礙焊層之間的延伸距離。在電路板的制作時，阻焊層要預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7-34所示，系統(tǒng)默認值為4mil，可以通過【Expansion】參數(shù)設置延伸量的大小。2．PasteMaskExpansion(表面粘貼元件延伸量）選擇區(qū)域設置

該規(guī)則用于設置表面粘貼元件的焊盤和焊錫層孔之

間的距離，如圖7-35所示，在約束區(qū)域中的【Expansion】參數(shù)中可以根據(jù)設計需要設置延伸量的大小。

圖7-34設置阻焊層延伸量圖7-35設置表面粘著元件延伸量7.2PCB編輯中常用的高級技巧7.2.1網(wǎng)絡類

所謂“類”是指要是具有相似屬性的對象的集合，通過對“類”的設置，可以在自動布線的時候對屬于相同“類”的所有對象一起操作，方便快捷。ProtelDXP中包括六大“類”，分別為“網(wǎng)絡類”、“元件類”、“層類”、“焊盤類”、“差分對類”以及“覆銅類”。其中最經(jīng)常使用的是“網(wǎng)絡類”（NetClasses）。其他“類”的設置與“網(wǎng)絡類”基本相同。7.2.2設計規(guī)則檢查

為了確保所設計的PCB板滿足設計者的需要，設計人員一般要對所設計的PCB板進行檢查。對于簡單的PCB板設計

來說，設計人員可以通過觀察的方法來檢查PCB板設計是否存在錯誤，但是對于復雜的PCB板設計來說，設計人員通過觀察的方法來進行檢查就顯得非常困難了?；谶@個原因，ProtelDXP設計系統(tǒng)也為設計人員提供了功能十分強大的設計規(guī)則檢查（DesignRuleCheck，簡稱DRC）功能。通過DRC檢查功能，設計人員可以檢查所設計的PCB板是否滿足先前所設定的布線要求。。

啟動設計規(guī)則檢查DRC的方法是執(zhí)行菜單命令【Tool】/【DesignRuleCheck】，將彈出【DesignRuleChecker】對話框，如圖7-37所示圖7-37【DesignRuleChecker】對話框

該對話框由兩個窗口組成，左側窗口由【ReportOption】和【RulesToCheck】設計規(guī)則列組成，右邊窗口是具體的設計內(nèi)容。1．ReportOptions選擇項

ReportOptions選擇項的主要功能是用來設置以報表的形式生成規(guī)則檢查結果的各個選擇項。在對話框右側【DRCReportOptions】區(qū)域，可以看出它由五個選擇項和一個輸入欄組成?！瘛癈reateReportFile”選項用來設置是否生成DRC檢查報告文件?！瘛癈reateViolations”選項用來設置是否生成違反設計規(guī)則的報告。●“Sub-NetDetails”選項用來設置是否檢查PCB板中的子網(wǎng)絡的情況?！?/p>

“InternalPlaneWarnings”選項用來設置DRC檢查時是否給出內(nèi)層警告信息的報告?！瘛癝topwhen(500)violationsfound”違反規(guī)則次數(shù)輸入欄：用來設置DRC檢查時違反設計規(guī)則的具體次數(shù)。如果DRC檢查時違反設計規(guī)則的次數(shù)達到了輸入值，那么系統(tǒng)將會停止DRC檢查，否則將會繼續(xù)進行DRC檢查。2．RulesToCheck選擇項

【RulesToCheck】選擇項用來設置檢查的規(guī)則以及選擇規(guī)則檢查的方式。規(guī)則檢查的方式有兩種，【Online】欄用來選擇設計規(guī)則是否需要實時檢查，【Batch】欄用于選擇是否需要在批處理中進行檢查。

在【RulesToCheck】選擇項的左側對話框中，包括了要進行檢查的設計規(guī)則名稱以及它所屬的規(guī)則種類，如圖7-38所示。圖7-38【RulesToCheck】選擇項對話框

DRC檢查結束后，系統(tǒng)將會自動生成一個“*.DRC”的DRC檢查報告文件，這個報告文件將會給出所進行的所有設計規(guī)則的檢查情況。

在DRC檢查報告文件中，系統(tǒng)將會逐項給出各個設計規(guī)則的檢查情況。一般來說，報告文件中各項設計規(guī)則檢查的書寫格式為：ProcessingRule：設計規(guī)則名稱Constraint約束條件Violation違反設計規(guī)則的具體信息……Violation違反設計規(guī)則的具體信息RuleViolations:數(shù)目

如果報告中有違反設計規(guī)則的信息出現(xiàn)，那么當設計人員將窗口切換到PCB文件時，可以發(fā)現(xiàn)PCB板上違反設計規(guī)則的地方將以綠色高亮顯示。通過這個高亮顯示，設計人員可以很快找到違反設計規(guī)則的地方，然后就可以對其進行修改，從而可以有效地排除PCB板設計中的所有錯誤。7.2.3在PCB板上添加網(wǎng)絡標號

本節(jié)介紹為放置好的元件添加網(wǎng)絡標號的方法。給元件相應的引腳添加網(wǎng)絡標號，需要對該元件引腳的焊盤屬性加以設置。雙擊元件R1000的焊盤1，在彈出的焊盤屬性對話框中，在【Net】選項中點擊下拉項，可以彈出的窗口中看到電路的所有網(wǎng)絡，選擇這個焊盤需要連接的網(wǎng)絡，如“GND”網(wǎng)絡，點擊

按鈕返回到電路中，可見元件“R1000”的引腳1標號上添加了網(wǎng)絡標號“GND”，同時在元件R1的焊盤1和元件R1000的焊盤1之間出現(xiàn)表示網(wǎng)絡連接的飛線。重復相同步驟，對元件“R1000”的焊盤2進行相同的操作，這樣可以使元件連接到電路之中，結果如圖所示。圖7-40在電路中添加器件R1000

圖7-41器件R1000焊盤1的屬性7.2.4放置覆銅

覆銅操作一般是在完成布局、布線操作以后進行的操作。所謂覆銅就是在印制電路板上沒有銅膜走線、焊盤和過孔的空白區(qū)域鋪滿銅箔，目的是提高電路板的抗干擾能力，有時也可用于散熱，而且還能提高電路板的強度。覆銅的對象可以是電源網(wǎng)絡、地線網(wǎng)絡和信號線等，通常的PCB電路板設計中，對地線網(wǎng)絡進行覆銅比較常見。一般情況下，將所鋪銅膜接地，即與地線相連接，可以增大地線網(wǎng)絡的面積，可以提高電路板的抗干擾性能和過大電流的能力，也可以提高電路板的強度。圖7-42【PolygonPour】對話框

單擊菜單命令【Place】/【PolygonPour】，系統(tǒng)將會彈出【PolygonPour】對話框。1.【FillMode】區(qū)域：用來設置覆銅填充模式。有實心填充模式、影線化填充模式和無填充模式三種選擇。實心填充模式

影線化填充模式無填充模式圖7-43覆銅的三種填充模式2．【Properties】區(qū)域：主要用于設置覆銅所在的層面、銅膜網(wǎng)格線的最短長度和是否鎖定覆銅。3．【NetOption】區(qū)域：主要用于設置與網(wǎng)絡有關的參數(shù)。(1)【ConnectToNet】選項用來設置覆銅所連接到的網(wǎng)絡，一般將覆銅與地線相連接。(2)【Don’tPourOverSameNetObjects】選項表示多邊形覆銅將只包圍相同網(wǎng)絡已經(jīng)存在的導線或多邊形，

而不會覆蓋相同網(wǎng)絡名字的導線。

【PourOverAllSameNetObjects】選項表示當覆銅操作時，覆蓋相同網(wǎng)絡名字的導線。

【PourOverSameN