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遵守的原則自動布局手工布局調(diào)整文字目錄布線的基本規(guī)則設置約束規(guī)則手工布線及自動布線本章小結概述在PCB設計中，布局布線是一個重要的環(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設計成功的第一步。在PCB布局中，布局的方式分兩種，一種是交互式布局，一種是自動布局。一般是在自動布局的基礎上用交互式布局進行調(diào)整。在布局時，還可根據(jù)布線的情況對門電路進行再分配，將兩個門電路進行交換，使其成為便于布線的最佳布局。布線是完成產(chǎn)品設計的重要步驟，可以說前面的準備工作都是為它而做的。在整個PCB設計中，布線的設計過程要求最高、技巧最細、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)提供的自動布線和手動布線兩種方式。雖然系統(tǒng)給設計者提供了一個操作方便、布通率很高的自動布線功能，但在實際設計中，仍然會有不合理的地方，這時就需要設計者手動調(diào)整PCB上的布線，以獲得最佳的設計效果。布局應遵守的原則在實際設計中布局的好壞直接關系到布線的質量，因此合理的布局是PCB設計成功的至關重要的一步。在實際設計中，布局必須遵守以下原則。按電路模塊進行布局。合理設置各個功能電路的位置，以每一個功能電路的核心元器件為中心，圍繞它們來布局。盡可能縮短高頻元器件之間的連接線，設法減少它們的分布參數(shù)和相互之間的電磁干擾。熱敏元器件應該遠離發(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，以免發(fā)生互感。定位孔、標準孔等非安裝孔周圍1.27mm內(nèi)不得貼裝元器件，螺釘?shù)劝惭b孔周圍3.5mm（對于M2.5）、4mm（對于M3）內(nèi)不得貼裝元器件。

布局應遵守的原則在實際設計中布局的好壞直接關系到布線的質量，因此合理的布局是PCB設計成功的至關重要的一步。在實際設計中，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孔。元器件的外側距板邊的距離一般應大于5mm。貼裝元器件焊盤的外側與相鄰插裝元器件的外側距離應大于2mm，PCB的最佳形狀為矩形，長寬比為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布置在同側。盡量使貼片元器件單邊對齊，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志方向盡量保持一致。元器件疏密應該得當，布局均勻合理。自動布局對導入網(wǎng)絡表之后的ARES界面進行層的設置和相關系統(tǒng)設置后，進行如下具體操作。（1）在自動布局之前先畫一個板框。

（2）選擇“Tools”→“AutoPlacer”菜單項，打開“AutoPlace”對話窗口，如圖15-3所示。（3）在“AutoPlacer”對話窗口的元器件列表中選中所有元器件，單擊“OK”按鈕，元器件會逐個擺放到板框中。圖15-3“AutoPlace”對話窗口手工布局單擊ARES界面左側工具箱中的“Componentplacementandediting”，在元件列表中會列出所有未擺放的元件。在列表中選中元件，在板框中單擊鼠標左鍵，擺放選中的元件。自動布局后手工調(diào)整或手工布局時用到的一些操作：右鍵選中元器件，拖動到預期位置。鼠標光標放在任意引腳上時，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板的當前層垂直或按角度旋轉；對元器件進行水平或垂直翻轉；對元件進行復制、移動、旋轉和刪除操作顯示走線和向量符號手工布局單擊ARES界面左側工具箱中的“Componentplacementandediting”，在元件列表中會列出所有未擺放的元件。在列表中選中元件，在板框中單擊鼠標左鍵，擺放選中的元件。根據(jù)布局的原則對自動布局后的PCB進行手工調(diào)整布局后，步驟如下：擺放主要的中心器件，擺放晶振電路和復位電路部分，擺放4個LED燈，擺放撥碼開關和其上拉電阻，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，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注不合適，雖然大多不會影響電路的正確性，但是對于一個有經(jīng)驗的電路設計人員來說，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元器件標注加以調(diào)整。右擊選中元器件，在元器件ID號上單擊鼠標左鍵，彈出“EditComponent”對話窗口，可修改器件ID號、屬性、元器件的封裝類型、所屬層面、旋轉角度，如圖15-13所示。通?？梢韵褚苿釉粯右苿釉骷蘒D號，當需要旋轉時，調(diào)出“EditComponent”對話窗口，修改“Rotation”值即可。圖15-13“Edit

Component”對話窗口布線的基本規(guī)則印制電路板（PCB）設計的好壞對PCB抗干擾能力影響很大。因此，在進行PCB設計時，必須遵守PCB設計的基本原則，并應符合抗干擾設計的要求，使得電路獲得最佳的性能。印制導線的布設應盡可能得短，在高頻回路中更應如此；同一元器件的各條地址線或數(shù)據(jù)線應盡可能保持一樣長；印制導線的拐彎應呈圓角，因為直角或尖角在高頻電路和布線密度高的情況下會影響電氣性能；當雙面布線時，兩面的導線應互相垂直、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線應盡量避免相鄰平行，最好在這些導線之間加地線。PCB導線的寬度應滿足電氣性能要求而又便于生產(chǎn)，印制導線的間距：相鄰導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)，間距也應盡量寬。PCB中不允許有交叉電路，印制導線的屏蔽與接地。設置約束規(guī)則在PROTEUSARES界面的菜單欄中選擇“Technology”→“DesignRuleManager”，彈出“DesignRuleManager”對話窗口。點擊對話窗口中的“NetClasses”，可彈出如圖15-17所示的對話框窗口，按照圖15-17所示設置POWER層約束規(guī)則。點擊“NetClass”旁邊的下拉菜單，還可以設置SIGNAL層約束規(guī)則。圖15-17“NetClasses”對話窗口手工布線及自動布線布線就是在電路板上放置導線和過孔，并將元器件連接起來。前面講述了設計規(guī)則的設置，當設置了布線的規(guī)則后，就可以進行布線操作了。ProteusARES提供了交互手動布線和自動布線兩種方式，這兩種布線方式不是孤立使用的，通?？梢越Y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。圖15-19“DisplayedLayers”對話窗口手工布線及自動布線

手工布線的操作如下：（2）在ARES窗口左側工具欄中單擊按鈕，到列表框中選擇合適的導線類型；在ARES界面左下角的層面列表中選擇布線層“TopCopper”然后單擊一個焊盤，作為布線的起點，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，到達目標引腳后左鍵單擊完成布線，在另一個焊盤上單擊左鍵，完成布線。（3）需要刪除導線時，在ARES窗口左側工具欄中單擊按鈕，然后選中需要刪除的導線，按“Delete”鍵刪除?；蚴褂糜益I快捷菜單，選擇“DeleteRoute(s)”刪除導線。（4）單擊已布好的線，該Trace線以高亮顯示；（5）當同一層中出現(xiàn)交叉線時，需要添加過孔。（6）按照同樣的方法將所有的線一一布完。手工布線及自動布線手工布線的操作（2）中應注意的點如下：電路的布線最好按照信號的流向采用全直線，需要轉折時可用45°折線或圓弧曲線來完成，這樣可以減少高頻信號對外的發(fā)射和相互間的耦合。高頻信號線與低頻信號線要盡可能分開，必要時采取屏蔽措施，防止相互間干擾。同一層面上應該避免平行走線，否則會引入分布參數(shù)，對電路產(chǎn)生影響。在數(shù)字電路中，對于差分信號線，應成對地走線，盡量使它們平行、靠近一些，并且長短相差不大。高頻信號線的布線應盡可能短。手工布線及自動布線自動布線：ProteusARES基于網(wǎng)格的布線既靈活又快速，并能使用任何導線密度或孔徑寬度，布線參數(shù)設置好后，就可以利用ProteusARES提供的布線器進行自動布線了，執(zhí)行自動布線的方法如下。在菜單欄中選擇“Tools”→“AutoRouter”，彈出“ShapeBasedAutoRouter”對話窗口，按照圖15-28所示進行設置。單擊對話窗口中的“BeginRouting”選項卡，完成自動布線，在布線的過程中，狀態(tài)欄實時顯示當前的操作，按下“Esc”鍵即可隨時停止布線。圖15-28“ShapeBasedAutoRouter”對話窗口手工布線及自動布線自動布線：若自動布線出現(xiàn)錯誤，出現(xiàn)如圖15-30所示的提示框，則單擊“OK”,下面查看CRC和DRC錯誤，如圖15-31所示。CRC檢查：在菜單欄中選擇“Tool>ConnectivityChecker”，主要側重于電學錯誤的連通性檢查，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)則的物理錯誤；圖15-30布線錯誤提示框圖15-31“CRC”和“DRC”提示手工布線及自動布線自動布線：下面介紹常見的幾種自動布線中的錯誤：（1）走線離焊盤太近；這種錯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去，只是自動布線的局限性使走線通過的路徑不對。（2）走線之間的夾角成銳角或直角；這種直角走線在PCB設計中雖然不報錯，但是是不允許的，這是由自動布線的局限性造成的。這種錯誤可以通過修改走線路徑來修改。注意事項：在PCB布線時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系比較好。手工布線及自動布線交互式布線：（1）設置自動布線交互仿真模式：單擊自動布線按鈕，彈出自動布線對話框，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，自動布線情況如圖15-44所示。圖中走線尚存，布線沒有完成，且走線數(shù)量比較多，說明布通率還不夠。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，自動布線情況如圖15-46所示。從圖中可以看出沒有走線了。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布線手動布線與自動布線相結合一般設計過程中，將手動布線與自動布線相結合，中心大元器件一般通過手動連線，然后執(zhí)行自動布線，下面具體介紹此過程。