OrCAD和PADS Layout電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐：布局和布線預(yù)備知識

布局與布線預(yù)備知識9.1設(shè)計(jì)單位的設(shè)置

9.2柵格的設(shè)置9.3板外形、尺寸和電路板層9.4PCB的分層堆疊策略9.5CAMPlane層和Split/MixedPlane層9.6設(shè)置印制電路板的分層參數(shù)9.7過孔的概念9.8過孔及其焊盤的設(shè)計(jì)9.9定制并使用需要的過孔9.10反焊盤、散熱焊盤、花孔和花焊盤基本知識9.11工作原點(diǎn)設(shè)置9.12設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)置9.13On-lineDRC(在線設(shè)計(jì)規(guī)則檢查)模式設(shè)置9.14布線淚珠設(shè)置設(shè)計(jì)印制電路板的三大主要工作就是制作PCB封裝、布局和布線。通過前面章節(jié)的學(xué)習(xí)，大家已經(jīng)掌握了PCB封裝的制作技巧，并且已經(jīng)成功導(dǎo)入了網(wǎng)絡(luò)表?，F(xiàn)在堆積在PCB設(shè)計(jì)窗口的是一堆元件，接下來要考慮的是如何確定布局，如何確定電路板的層數(shù)，如何確定過孔的大小以及如何確定線寬等。本章主要介紹在布局和布線之前讀者必須掌握的一些知識和必須解決的問題。9.1設(shè)計(jì)單位的設(shè)置一般說來，在規(guī)劃PCB板框、元件定位和標(biāo)注尺寸時(shí)采用公制單位(mm)；而在設(shè)計(jì)規(guī)則的設(shè)置、布線和國際標(biāo)準(zhǔn)封裝的制作時(shí)采用英制單位(Mils)。繪制好板框并成功導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表后，PCB設(shè)計(jì)窗口如圖9-1所示。在PCB設(shè)計(jì)窗口，執(zhí)行菜單命令【Tools】→【Options…】，或者按組合鍵“Ctrl+Enter”，調(diào)出如圖9-2所示的【Options】對話框。在這個(gè)對話框中，可以設(shè)置的單位有3種：Mils(密爾)、Metric(毫米)、Inches(英寸)。另外一種設(shè)置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)單位的快速方法是采用無模命令。在PCB設(shè)計(jì)窗口，用鍵盤輸入“UMM”，回車，可以將設(shè)計(jì)單位設(shè)置為毫米；用鍵盤輸入“UM”，回車，可以將設(shè)計(jì)單位設(shè)置為密爾。在布局和布線的過程中，可以隨時(shí)根據(jù)需要在【Options】對話框中更改設(shè)計(jì)單位。圖9-1PCB設(shè)計(jì)窗口圖9-2【Options】對話框9.2柵

格

的

設(shè)

置在PCB設(shè)計(jì)窗口，按組合鍵“Ctrl+Enter”，調(diào)出如圖9-2所示的【Options】對話框，切換到【Grids】標(biāo)簽頁，如圖9-3所示。在【Grids】標(biāo)簽頁中，有4種工作柵格，它們的作用分別如下：

(1)設(shè)計(jì)柵格(Designgrid)，控制布線或者移動對象(元件、文本、過孔等)時(shí)的最小步進(jìn)距離。圖9-3【Grids】標(biāo)簽頁

(2)過孔柵格(Viagrid)，控制布線的過程中過孔的最小步進(jìn)單位值。比如，在設(shè)計(jì)單位為Mils的情況下，過孔柵格設(shè)置為(50，50)，那么在布線時(shí)添加的過孔自動放置在橫、縱坐標(biāo)都是50的整數(shù)倍的點(diǎn)上(當(dāng)然還必須滿足設(shè)計(jì)規(guī)則(DesignRules)，否則不能成功放置過孔)。一旦過孔放置好后，再移動該過孔時(shí)又必須按照設(shè)計(jì)柵格(Designgrid)移動。

(3)扇出柵格(Fanoutgrid)，主要是設(shè)置自動布線器(PADSRouter)的扇出功能。

(4)影線柵格(Hatchgrid)，它又包括兩種柵格：一種是銅皮柵格，銅皮是由影線構(gòu)成的，該項(xiàng)設(shè)置規(guī)定了影線中心線之間的距離；另一種是隔離區(qū)(Keepout)的柵格設(shè)置。在【Grids】標(biāo)簽頁，還有一種顯示柵格(Displaygrid)，它就像坐標(biāo)紙上的坐標(biāo)格子，僅僅是為了用戶視覺上的方便，不影響任何操作。在PCB設(shè)計(jì)窗口，如果放大比例適當(dāng)?shù)脑挘梢钥吹焦ぷ鲄^(qū)點(diǎn)狀的柵格，這就是顯示柵格(Displaygrid)。不管哪種柵格，一般把X值和Y值設(shè)置成一樣的。另外，一般把顯示柵格(Displaygrid)設(shè)置成設(shè)計(jì)柵格(designgrid)的整數(shù)倍。建議通常情況下把設(shè)計(jì)柵格設(shè)置成1?Mil，有時(shí)候還需要設(shè)置成0.1?Mil。9.3板外形、尺寸和電路板層在第1章我們已經(jīng)了解到，按照結(jié)構(gòu)分類，PCB通常分為單面板、雙面板和多層板，如圖9-4所示是一種6層印制電路板的結(jié)構(gòu)示意圖。對于初學(xué)者，可以從圖9-4在感性上認(rèn)識3類過孔，即盲孔(blindvia)、埋孔(buriedvia)和通孔(throughvia)，還可以理解多層板(multi-layerboards)的概念。任何一塊印制電路板，都存在著與其他結(jié)構(gòu)件裝配的問題，所以，PCB的外形與尺寸必須以產(chǎn)品整機(jī)結(jié)構(gòu)為依據(jù)。從生產(chǎn)工藝角度考慮，PCB的外形應(yīng)盡量簡單，一般為長寬不太懸殊的長方形，以利于裝配，從而提高生產(chǎn)效率，降低勞動成本。圖9-46層板結(jié)構(gòu)示意圖在進(jìn)行多層印制電路板設(shè)計(jì)之前，首先必須確定電路板的布線層數(shù)以及電源層數(shù)。通常根據(jù)電路性能的要求、板尺寸、線路的密集程度和生產(chǎn)成本等方面確定電路板層數(shù)。對多層印制電路板來說，以4層板、6層板的應(yīng)用最為廣泛，12層以上的電路板就很少用了。多層板的各層應(yīng)保持對稱，而且最好是偶數(shù)層，即4、6、8層等，并且包含最外側(cè)的兩層。因?yàn)椴粚ΨQ的層壓，印制電路板板面容易產(chǎn)生翹曲，特別是對表面貼裝的多層板，更應(yīng)該引起注意。雙面板的布線指導(dǎo)思想是，頂層絕大部分布線和底層的絕大部分布線呈垂直交叉狀態(tài)，也就是說，如果頂層是水平布線，那么底層就是垂直布線；如果底層是水平布線，那么頂層就是垂直布線。多層板的布線指導(dǎo)思想是，相鄰層的布線方向互相垂直。為了增加可以布線的面積，多層板使用了更多的單面布線板或雙面布線板。多層板使用數(shù)片雙面板，并在每層板間放進(jìn)一層絕緣層后粘牢(壓合)。板子的層數(shù)就是指有幾層獨(dú)立的布線層。大部分計(jì)算機(jī)的主機(jī)板都是4～8層的結(jié)構(gòu)，但是在技術(shù)上可以做到近100層的PCB板。大型的超級計(jì)算機(jī)大多使用超多層的主機(jī)板，不過因?yàn)檫@類計(jì)算機(jī)已經(jīng)可以用許多普通計(jì)算機(jī)的集群代替，所以超多層板已經(jīng)漸漸不被使用了。從整體上講，可以把PCB的板層分為電氣層與非電氣層。電氣層有3種：電源層(power)、接地層(ground)、信號層(signal)。電源層和接地層有時(shí)也統(tǒng)稱為回路層。非電氣層有下面4種。錫膏層(pastemask)：主要用于有表貼元器件的印制電路板，這是表貼元器件的安裝工藝所需要的，無表貼元器件時(shí)不需要使用該層。阻焊層(soldermask)：阻焊層一般由阻焊劑構(gòu)成。鉆孔圖層(drilldrawing)：使用各種特定的圖標(biāo)標(biāo)識出需要鉆孔加工的孔位和孔徑。絲印層(silkscreen)：主要繪制元器件的外形輪廓和元件符號，這些外形輪廓和元件編號便于在電路板上裝配元件和讀板。按分布位置分類，PCB的板層分為頂層、中間層和底層。頂層的英文名稱是TopLayer，也稱為LayerOne；底層的英文名稱是BottomLayer，也稱為theLastElectricalLayer。這兩層用于裝配元件、布線和焊接。9.4PCB的分層堆疊策略本節(jié)將從控制EMI(electromagneticinterference)輻射的角度介紹多層電路板的分層堆疊策略。

PCB的層數(shù)一般要根據(jù)PCB成本、設(shè)計(jì)需求來決定。PCB分層的一個(gè)基本原則是：一個(gè)信號層要對應(yīng)一個(gè)回路層,最好是兩個(gè)回路層夾一個(gè)信號層，回路層就是電源層或者接地層。要取得好的電磁屏蔽效果，應(yīng)該把所有的信號布線置于一層或若干層，這些層緊挨著電源層或接地層；應(yīng)該使電源層與接地層相鄰，并且電源層與接地層的距離要盡可能小，這就是“分層”策略。采用合理的堆疊策略有助于屏蔽和抑制EMI。以下的分層堆疊方案假定電源電流在單一層上流動，單電壓或多電壓分布在同一層的不同部分。多電源層的情形將在稍后討論。9.4.14層板的堆疊策略傳統(tǒng)4層板方案的最外面兩層是信號層，電源層和接地層是內(nèi)層。該方案存在的一個(gè)問題是，對于厚度為62?Mil的4層板，電源層與接地層的間距仍然過大。如果成本要求是第一位的，可以考慮以下兩種4層板的替代方案。這兩個(gè)方案都能改善EMI抑制的性能，但只適用于板上元件密度足夠低和元件周圍有足夠面積(放置所要求的電源覆銅層)的場合。第一種替代方案是，PCB的外層均為接地層，中間兩層均為信號或電源層，這是首選方案。信號層上的電源布線要寬，這可使電源電流的路徑阻抗低，且信號微帶路徑的阻抗也低。從EMI控制的角度看，這是現(xiàn)有的最佳4層PCB結(jié)構(gòu)。第二種替代方案是，外層為電源層和接地層，中間兩層為信號層。該方案相對傳統(tǒng)4層板方案來說，改進(jìn)要小一些，層間阻抗和傳統(tǒng)方案一樣欠佳。如果要控制布線阻抗，上述3種堆疊方案都要非常小心地將布線布置在電源和接地覆銅島的下邊。另外，電源層或接地層上的覆銅區(qū)之間應(yīng)盡可能地互連在一起，以確保DC和低頻的連接性。9.4.26層板的堆疊策略如果4層板上的元件密度比較大，則最好采用6層板。但是，6層板設(shè)計(jì)中某些疊層方案對電磁場的屏蔽作用不夠好，對電源匯流排瞬態(tài)信號的降低作用甚微。下面討論兩種方案。第一種方案是將電源和地分別放在第2層和第5層，其他層作為信號層。電源覆銅阻抗高，對控制共模EMI輻射非常不利。不過，從信號的阻抗控制觀點(diǎn)來看，這一方法卻是非常正確的。第二種方案是將電源和地分別放在第3層和第4層，其他層作為信號層。這一方案解決了電源覆銅阻抗問題，由于第1層和第6層的電磁屏蔽性能差，差模EMI增加了。如果兩個(gè)外層上的信號線數(shù)量最少，布線長度很短(短于信號最高諧波波長的1/20)，則這種設(shè)計(jì)可以解決差模EMI問題。將外層上的無元件區(qū)域和無布線區(qū)域覆銅填充并將覆銅區(qū)接地(每1/20波長為間隔)，則對差模EMI的抑制特別好。如前所述，要將覆銅區(qū)與內(nèi)部接地層多點(diǎn)相連。通用高性能6層板的分層方案是，一般將第1和第6層作為接地層，第3層和第4層走電源和地，第2層和第5層作為信號層。由于在電源層和接地層之間是兩層居中的雙微帶信號線層，因而EMI抑制能力是優(yōu)異的。該方案的缺點(diǎn)在于信號層只有兩層。還有一種6層板的堆疊方案為信號、地、信號、電源、地、信號，這可實(shí)現(xiàn)高級信號完整性設(shè)計(jì)所需要的環(huán)境。信號層與接地層相鄰，電源層和接地層配對。顯然，不足之處是層的堆疊不平衡。這通常會給加工制造帶來麻煩。解決問題的辦法是將第3層所有的空白區(qū)域覆銅，如果覆銅后第3層的覆銅密度接近于電源層或接地層，那么這塊板可以不嚴(yán)格地算作是結(jié)構(gòu)平衡的電路板。覆銅區(qū)必須接電源或接地。連接過孔之間的距離仍然是1/20波長，并非處處都要連接，但理想情況下應(yīng)該連接。9.4.310層板的堆疊策略由于多層板之間的絕緣隔離層非常薄，所以10或12層電路板層與層之間的阻抗非常低。只要分層和堆疊不出問題，完全可望得到優(yōu)異的信號完整性。要按62?Mil厚度加工制造12層板，困難比較多，能夠加工12層板的制造商也不多。由于信號層和回路層之間總是隔有絕緣層，因此在10層板設(shè)計(jì)中分配中間6層來走信號線的方案并非最佳。另外，使信號層與回路層相鄰很重要，例如，10層板的堆疊方案可以是這樣的：信號、地、信號、信號、電源、地、信號、信號、地、信號。這一方案為信號電流及其回路電流提供了良好的通路。恰當(dāng)?shù)牟季€策略是，第1層沿X方向布線，第3層沿Y方向布線，第4層沿X方向布線，依此類推。直觀地看布線，第1層和第3層是一對分層組合，第4層和第7層是一對分層組合，第8層和第10層是最后一對分層組合。當(dāng)需要改變布線方向時(shí)，第1層上的信號線應(yīng)借由“過孔”到第3層以后再改變方向。實(shí)際工作中，也許并不是總能這樣做，但作為設(shè)計(jì)原則還是要盡量遵守。同樣，當(dāng)信號的布線方向變化時(shí)，應(yīng)該借由過孔從第4層到第7層或從第8層和第10層。這樣布線可確保信號的前向通路和回路之間的耦合最緊。例如，如果信號在第1層上布線，回路在第2層且只在第2層上布線，那么第1層上的信號即使是借由“過孔”轉(zhuǎn)到了第3層上，其回路仍在第2層，從而可保持低電感、大電容的特性以及良好的電磁屏蔽性能。如果實(shí)際布線不是這樣，怎么辦？比如第1層上的信號線經(jīng)由過孔到第10層，這時(shí)回路信號只好從第9層尋找接地平面，回路電流要找到最近的接地過孔(如電阻或電容等元件的接地引腳)。假如沒有這樣近的過孔可用，就可能導(dǎo)致電感變大，電容減小，EMI就一定會增加。當(dāng)信號線必須經(jīng)由過孔離開現(xiàn)在的一對布線層到其他布線層時(shí)，應(yīng)就近在過孔旁放置接地過孔，這樣可以使回路信號順利返回恰當(dāng)?shù)慕拥貙印τ诘?層和第7層分層組合，信號回路將從電源層或接地層(即第5層或第6層)返回，因?yàn)殡娫磳雍徒拥貙又g的電容耦合良好，信號容易傳輸。9.4.4多電源層的設(shè)計(jì)如果同一電壓源的兩個(gè)電源層需要輸出大電流，則電路板應(yīng)布成兩組電源層和接地層。在這種情況下，每對電源層和接地層之間都放置了絕緣層，這樣就得到我們期望的等分電流且兩對阻抗相等的電源匯流排。如果電源層的堆疊造成阻抗不相等，則分流就不均勻，瞬態(tài)電壓將大得多，并且EMI會急劇增加。如果電路板上存在多個(gè)數(shù)值不同的電源電壓，則相應(yīng)地需要多個(gè)電源層，切記要為不同的電源創(chuàng)建各自配對的電源層和接地層。在上述兩種情況下，確定配對電源層和接地層在電路板的位置時(shí)，切記PCB制造商對平衡結(jié)構(gòu)的要求。9.4.5幾點(diǎn)忠告大多數(shù)工程師設(shè)計(jì)的電路板是厚度為62?Mil、不帶盲孔或埋孔的傳統(tǒng)印制電路板，本章關(guān)于電路板分層和堆疊的討論都基于此。厚度差別太大的電路板，采用本章推薦的分層方案可能不理想。此外，帶盲孔或埋孔的電路板的加工制作流程不同，本章的分層方法也不適用。電路板設(shè)計(jì)中厚度、過孔的加工制作流程和電路板的層數(shù)不是解決問題的關(guān)鍵，優(yōu)良的分層堆疊是保證電源匯流排的旁路和去耦、使電源層或接地層上的瞬態(tài)電壓最小并將信號和電源的電磁場屏蔽起來的關(guān)鍵。理想情況下，信號層與其回路層之間應(yīng)該有一個(gè)絕緣隔離層，配對的層間距越小越好。根據(jù)這些基本概念和原則，才能設(shè)計(jì)出總能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的電路板。9.5CAMPlane層和Split/MixedPlane層

CAMPlane層和Split/MixedPlane層又統(tǒng)稱為Plane層，是專門用來處理電源網(wǎng)絡(luò)和地網(wǎng)絡(luò)的。

CAMPlane層是PADS軟件公司在1985年開始使用的第一個(gè)內(nèi)部電源平面層。

CAMPlane層僅僅包含反焊盤(anti-pads)、散熱焊盤的輪廓(thermalrelief’s)、板框邊緣、銅皮邊緣和網(wǎng)絡(luò)分割線(netsplitlines)等，它是以負(fù)片的形式輸出Gerber文件的，數(shù)據(jù)量小，便于制造PCB時(shí)檢查和處理。CAMPlane層的數(shù)據(jù)需要利用Layer_25層。Layer_25層用在處理反焊盤(anti-pads)和散熱焊盤的輪廓上，不是一個(gè)實(shí)際層。Layer_25層用來做安全焊盤，注意只有DIP元件這些直插元件才需要Layer_25層，QFP等表面貼裝元件是不需要的。安全焊盤一般應(yīng)該設(shè)置得比頂層和底層的連接焊盤大。因?yàn)槭秦?fù)片輸出Gerber文件，所以不允許在CAMPlane層布線。一個(gè)CAMPlane層只能分配一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

PADSLayout不能對CAMPlane層作網(wǎng)絡(luò)連通性的DRC檢測。如果PCB中沒有定義CAMPlane層，那就不需要Layer_25層。為了能在Plane層進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連通性的DRC檢測，也為了能在Plane層布信號線，在PowerPCB?2.0以后的版本中，PADS軟件引進(jìn)了Split/MixedPlane層，此后就很少有PCB工程師使用CAMPlane層了。所以本書不講解有關(guān)CAMPlane層的設(shè)計(jì)。

Split/MixedPlane層以正片的形式輸出Gerber文件的，數(shù)據(jù)量大。因?yàn)槭钦敵鯣erber文件，所有分配到該層的電源網(wǎng)絡(luò)和地網(wǎng)絡(luò)都必須靠覆銅來連接，但是在覆銅時(shí)，軟件系統(tǒng)會自動將各個(gè)網(wǎng)絡(luò)(電源或地)分割開來，形成沒有任何連接關(guān)系的幾個(gè)區(qū)域。分配多個(gè)網(wǎng)絡(luò)給Split/MixedPlane層時(shí)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)各占一個(gè)區(qū)域，各個(gè)區(qū)域之間按照用戶的設(shè)定間距分隔開來，每個(gè)區(qū)域通過覆銅把分配給該區(qū)域的那個(gè)網(wǎng)絡(luò)的所有過孔連接起來，但是不屬于該網(wǎng)絡(luò)的過孔通過該區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)自動會以反焊盤的形式把它們隔離開來。雖然很多信號線沒有分配給Split/MixedPlane層，但是允許這些信號在Split/MixedPlane層布線。Split/MixedPlane層的基本結(jié)構(gòu)如圖9-5所示。圖9-5Split/MixedPlane層的基本結(jié)構(gòu)示意圖9.6設(shè)置印制電路板的分層參數(shù)新建一個(gè)PCB設(shè)計(jì)文件時(shí)，系統(tǒng)默認(rèn)為雙面板。在PCB設(shè)計(jì)窗口中，執(zhí)行【Setup】→【LayerDefinition…】菜單命令，可調(diào)出如圖9-6所示的【LayersSetup】對話框。該對話框有5個(gè)部分，用于PCB分層參數(shù)的設(shè)置。

1．LayerList(板層列表框)板層列表框中列出了所有可以使用的板層，系統(tǒng)默認(rèn)的共30層，用戶可以從中選擇相應(yīng)板層，【LayersSetup】對話框中其他所有的選項(xiàng)設(shè)置都是針對被選中的板層的，選中不同的板層，對話框下部的選項(xiàng)會不同，也就是說，需要設(shè)定某層的相關(guān)屬性時(shí)，首先需要在板層列表框中選中該層。圖9-6【LayersSetup】對話框板層列表框提供了以下4種信息。

(1)?Lev.(板層序號)。用統(tǒng)一的序號來標(biāo)識板層，序號也就是板層在PCB中從Top層到Bottom層的順序。

(2)?Type(電氣層的類型)。在PADSLayout中有如下6種電氣層的類型：

①CM——元件、非平面層(componentandnoplane)。

②RT——布線、非平面層(routingandnoplane)。

③PL——布線、CAM平面層(routingandCAMplane)。

④CP——元件、CAM平面層(componentandCAMplane)。

⑤CX——元件、分割或混合層(componentandsplit/mixedplane)。

⑥RX——布線、分割或混合層(routingandsplit/mixedplane)。讀者可在如圖9-6所示【LayersSetup】對話框中的【ElectricalLayerType】(電氣層類型)組合框中確定各電氣層的類型。

(3)?Dir.(板層的布線方向)。主要有以下幾種形式：①H(horizontal)—水平。②V(vertical)—垂直。③A(any)—任意。④/

—45°。⑤\

—-45°。

(4)Name(板層名稱)：用戶可以在【LayersSetup】對話框中的【Name】編輯欄中輸入選中層的名稱。

2．【Name】(層名)編輯框在LayerList(板層列表框)中選中某層后，就可以在這里輸入選中板層的名稱。頂層的默認(rèn)名稱是“Top”，底層的默認(rèn)名稱是“Bottom”，其他層的默認(rèn)名稱都是“InnerLayer”。圖9-6所示的【LayersSetup】對話框只是確定了一個(gè)雙面板，所以沒有其他的內(nèi)部層，也就沒有名稱為“InnerLayer”的層。

3．【ElectricalLayerType】(電氣層類型)組合框電氣層類型組合框在LayerList(板層列表框)中選中板層的電氣特性。在LayerList(板層列表框)中選中頂層或底層時(shí)，一般在【ElectricalLayerType】組合框中要選擇“Component”和“NoPlane”。對于頂層和底層，還可以定義與它們相關(guān)聯(lián)的非電氣層。在圖9-6所示的【LayersSetup】對話框中選中頂層，再單擊該對話框右邊的“Associations”按鈕，就會調(diào)出如圖9-7所示的【ComponentLayerAssociations】對話框。通過該對話框，可以為頂層或底層定義4種非電氣層：Silkscreen、PasteMask、SolderMask、Assembly。但是通常情況下系統(tǒng)都已經(jīng)定義好了，不需要用戶再作任何修改。

PADSLayout系統(tǒng)自帶的PCB文件previewsplit.pcb(它存在PADS系統(tǒng)的安裝目錄下C:\PADSProjects\Samples)，這是一個(gè)4層的印制電路板。打開此文件，調(diào)出如圖9-8所示的【LayersSetup】對話框，可以查看它的中間層的設(shè)置情況。圖9-7【ComponentLayerAssociations】對話框圖9-8將中間層設(shè)置成Split/Mixed層在LayerList(板層列表框)中選擇中間某層(圖9-6所示對話框顯示的是雙面板的情況，沒有中間層)，如果在【ElectricalLayerType】組合框選中“Routing”和“NoPlane”，那就定義了一個(gè)信號層；如果在【ElectricalLayerType】組合框選中“Routing”和“Split/Mixed”，那就定義了一個(gè)電源層或接地層。現(xiàn)在一般不再使用CAM類型的平面層?！綪laneType】(平面層類型)組合框中的選項(xiàng)可以為板層列表框(LayerList)中被選擇的層指定一個(gè)層類型，有效的類型有3種：非平面層(NoPlane)、CAM平面層(CAMPlane)及分割或混合層(Split/Mixed)。Top層、Bottom層和信號層一般都是非平面層(NoPlane)。下面再來看如何給Split/Mixed層分配網(wǎng)絡(luò)。在如圖9-8所示的【LayersSetup】對話框中選擇中間的“PowerPlane”層，該板層被定義為“Split/Mixed”層，【LayersSetup】對話框中就會出現(xiàn)一個(gè)“AssignNets”按鈕，單擊該按鈕，調(diào)出如圖9-9所示的【PlaneLayerNets】對話框。在這個(gè)對話框中，可以給這個(gè)Split/Mixed層分配多個(gè)網(wǎng)絡(luò)。注意：最多可以給CAM平面層分配1個(gè)網(wǎng)絡(luò)。在【ElectricalLayerType】組合框中還可以設(shè)置選中層的布線方向，包括Horizontal(水平方向)、Vertical(垂直方向)、Any(任意方向)、45(45°方向)、-45(-45°方向)。所有的電氣層都要定義布線方向，非電氣層可以不設(shè)置布線方向。布線方向會影響手動和自動布線的效果，如給某一個(gè)板層選擇垂直布線，而其上的鼠線大部分都是水平方向，這樣就會影響布線速度。選擇任意方向，也會影響布線效果。圖9-9給“PowerPlane”層分配電源網(wǎng)絡(luò)

4．【ElectricalLayers】(電氣層)組合框電氣層組合框用來改變PCB板的層數(shù)、重新定義板層序號、改變層的厚度及電介質(zhì)信息，框中有如下3個(gè)按鈕。

(1)：單擊該按鈕，會調(diào)出【ModifyElectricalLayerCount】對話框，從中可以改變設(shè)計(jì)中電氣層的數(shù)目。

(2)：單擊該按鈕，會調(diào)出【ReassignElectricalLayers】對話框，從中可以把一個(gè)電氣層的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電氣層。

(3)：單擊該按鈕，會調(diào)出【LayerThickness】對話框，從中可以改變層的厚度及電介質(zhì)信息。EDC模塊(電力學(xué)檢查)將使用該對話框中的信息。

5．【NonelectricalLayers】(非電氣層)組合框單擊其中的按鈕，會調(diào)出【Enable/DisableLayers】對話框，通過這個(gè)對話框可以使特定的非電氣層有效。注意：PADSLayout系統(tǒng)默認(rèn)能設(shè)計(jì)的最大層數(shù)為30，在這30個(gè)層中，最多可以定義20個(gè)電氣層。例如，如果定義2個(gè)電氣層，那么最多可以使能的非電氣層就是28層；如果定義4個(gè)電氣層，那么最多可以使能的非電氣層就是26層。從圖9-6所示的【LayersSetup】對話框的最下面兩個(gè)組合框中可以看出，已經(jīng)定義了2個(gè)電氣層，故可以使用的非電氣層還有28個(gè)，兩者的總層數(shù)為30；從圖9-8所示的【LayersSetup】對話框的最下面兩個(gè)組合框中也可以看出，已經(jīng)定義了4個(gè)電氣層，可以使用的非電氣層有26個(gè)，兩者的總層數(shù)為30。單擊按鈕，可以將總層數(shù)改為250，電氣層數(shù)最多為64。操作實(shí)例：如何設(shè)置4層電路板

(1)新建一個(gè)PCB設(shè)計(jì)文件，系統(tǒng)默認(rèn)它為雙面板。在它的PCB設(shè)計(jì)窗口，執(zhí)行【Setup】→【LayerDefinition…】菜單命令，調(diào)出如圖9-6所示的【LayersSetup】對話框。

(2)單擊【LayersSetup】對話框中的按鈕，調(diào)出圖9-10所示的修改電氣層數(shù)對話框。

(3)在圖9-10所示的修改電氣層數(shù)對話框中輸入4?(因?yàn)橐呀?jīng)是2層電路板，所以在這里只能輸入大于2、小于或等于20的整數(shù))，然后單擊“OK”按鈕關(guān)閉該對話框，這時(shí)調(diào)出了如圖9-11所示的對話框，用戶可以重新分配電氣層。這里將PCB從雙面板改為4層板，

原來的Top層仍然是Top層，?Bottom層仍然是Bottom層，所以不需要作任何修改。單擊“OK”按鈕關(guān)閉如圖9-11所示的對話框。圖9-10修改電氣層數(shù)對話框圖9-11重新分配電氣層對話框注意：PADSLayout系統(tǒng)自帶的PCB文件previewsplit.pcb(它存在PADS系統(tǒng)的安裝目錄下C:\PADSProjects\Samples)已經(jīng)是一個(gè)4層電路板，如果現(xiàn)在要將它改為6層，那么重新分配電氣層數(shù)對話框如圖9-12所示，這是系統(tǒng)默認(rèn)的情況，原來的1、2、3、4層，分別對應(yīng)現(xiàn)在的1、2、3、6層。如果需要改變這種默認(rèn)的對應(yīng)關(guān)系，只需在如圖9-12所示的對話框的層列表中選中某層，然后在編輯欄中輸入新的層編號就可以了。

(4)關(guān)閉圖9-11所示的對話框后，圖9-6所示的【LayersSetup】對話框就變成了如圖9-13所示的情形。圖9-12修改為6層板對話框圖9-13【LayersSetup】對話框

(5)在圖9-13所示的【LayersSetup】對話框中選中第2層，然后在【Name】編輯欄中輸入新的名稱：Ground，再在【PlaneType】組合框中選中“Split/Mixed”項(xiàng)，這時(shí)在該對話框中就會出現(xiàn)“AssignNets”按鈕。單擊該按鈕，調(diào)出如圖9-14所示對話框。在該對話框中，從左邊的網(wǎng)絡(luò)列表中選擇恰當(dāng)?shù)牡鼐W(wǎng)絡(luò)，通過“Add”按鈕分別把這些網(wǎng)絡(luò)添加到右邊的列表中。最后單擊“OK”按鈕關(guān)閉對話框。圖9-14【PlaneTypeNets】對話框

(6)在圖9-13所示的【LayersSetup】對話框中選中第3層，然后在【Name】編輯欄中輸入新的名稱“Power”，再在【PlaneType】組合框中選中“Split/Mixed”項(xiàng)，這時(shí)在該對話框中就會出現(xiàn)“AssignNets”按鈕。單擊該按鈕，調(diào)出類似圖9-14所示的對話框。在該對話框的列表中，從左邊的網(wǎng)絡(luò)列表中選擇恰當(dāng)?shù)碾娫淳W(wǎng)絡(luò)，通過“Add”按鈕分別把這些網(wǎng)絡(luò)添加到右邊的列表中。最后單擊“OK”按鈕關(guān)閉該對話框。注意：實(shí)際上，一般都是在導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表之后再給PCB分層，這樣，如圖9-14所示的對話框中就會有待分配的網(wǎng)絡(luò)。

(7)層設(shè)置完成后，單擊“OK”按鈕關(guān)閉【LayersSetup】對話框。這樣4層板的層設(shè)置就完畢了。如何進(jìn)行Split/MixedPlane分割，可參見12.7節(jié)。9.7過

孔

的

概

念過孔(via)是多層PCB板的重要組成部分之一，鉆孔的費(fèi)用通常占PCB制板費(fèi)用的30%～40%。簡單地說，PCB上的每一個(gè)孔都可以稱之為過孔。從作用上看，過孔可以分成兩類：一是用作各層間的電氣連接；二是用作元件的固定或定位。如果從工藝制造方面分類，這些過孔一般又分為3類，即盲孔(blindvia)、埋孔(buriedvia)和通孔(throughvia)，如圖9-4所示。盲孔位于印制電路板的頂層和底層表面，具有一定的深度，用于表層線路和下面的內(nèi)層線路的連接，孔的深度與孔徑之比通常不超過一定的比率(具體比率與工藝有關(guān))。埋孔是指位于印制電路板內(nèi)層的連接孔，它不會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，在過孔形成過程中可能還會同時(shí)做好幾個(gè)內(nèi)層。通孔穿過整個(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，所以絕大部分印制電路板都使用它，盡量不用另外兩種過孔。本書所說的過孔，若沒有特殊說明，則都作為通孔考慮。9.8過孔及其焊盤的設(shè)計(jì)從設(shè)計(jì)的角度來看，一個(gè)過孔主要由兩部分組成：一是中間的鉆孔(drillhole)，二是鉆孔周圍的焊盤區(qū)。這兩部分的尺寸大小決定了過孔的大小。顯然，在高速、高密度的PCB設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者總是希望過孔越小越好，這樣板上可以留有更多的布線空間，此外，過孔越小，其自身的寄生電容也越小，更適合于高速電路。但孔尺寸的減小同時(shí)帶來了成本的增加，而且過孔的尺寸不可能無限制地減小，它受到鉆孔(drill)和電鍍(plating)等工藝技術(shù)的限制?？自叫?，鉆孔需花費(fèi)的時(shí)間越長，也越容易偏離中心位置；當(dāng)孔的深度超過鉆孔直徑的6倍時(shí)，就無法保證孔壁能均勻鍍銅。比如，如果一塊正常的6層PCB的厚度(通孔深度)為50?Mil，那么，一般條件下PCB廠家能提供的鉆孔直徑最小只能達(dá)到8?Mil。隨著激光鉆孔技術(shù)的發(fā)展，鉆孔的尺寸越來越小，一般直徑小于等于6?Mil的過孔稱為微孔。在HDI(高密度互連結(jié)構(gòu))設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用到微孔，微孔技術(shù)可以允許過孔直接打在焊盤上(via-in-pad)，這就大大提高了電路性能，節(jié)約了布線空間。過孔在傳輸線上表現(xiàn)為阻抗不連續(xù)的斷點(diǎn)，會造成信號的反射。一般過孔的等效阻抗比傳輸線低12%左右，比如50W?的傳輸線在經(jīng)過過孔時(shí)阻抗會減小6?W(具體和過孔的尺寸、板厚也有關(guān)，不是絕對減小)。過孔因?yàn)樽杩共贿B續(xù)而造成的反射其實(shí)是微乎其微的，過孔產(chǎn)生的問題更多的集中于寄生電容和電感的影響。過孔的寄生電容給電路造成的主要影響是延長了信號的上升時(shí)間，降低了電路的速度。盡管單個(gè)過孔對電路的這種影響不是很明顯，但是如果布線中多次使用過孔進(jìn)行層間的切換，就會用到多個(gè)過孔，設(shè)計(jì)時(shí)就要慎重考慮。實(shí)際設(shè)計(jì)中可以通過增大過孔和覆銅區(qū)的距離(anti-pad)或者減小焊盤的直徑來減小寄生電容。過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，過孔的寄生電感帶來的危害往往大于寄生電容的影響。它的寄生串聯(lián)電感會削弱旁路電容的作用，減弱整個(gè)電源系統(tǒng)的濾波效用。特別要注意的是，旁路電容在連接電源層和接地層時(shí)需要通過兩個(gè)過孔，這樣過孔的寄生電感就會成倍增加。通過上面對過孔寄生特性的分析可以知道，在高速PCB設(shè)計(jì)中，看似簡單的過孔往往也會給電路的設(shè)計(jì)帶來很大的負(fù)面效應(yīng)。為了減小過孔的寄生效應(yīng)帶來的不利影響，在設(shè)計(jì)中要盡量做到以下幾個(gè)方面。

(1)從成本和信號質(zhì)量兩方面考慮，選擇合理尺寸的過孔大小。必要時(shí)可以考慮使用不同尺寸的過孔，比如對于電源或地線的過孔，可以考慮使用較大尺寸，以減小阻抗，而對于信號布線，則可以使用較小的過孔。當(dāng)然，隨著過孔尺寸的減小，成本也會相應(yīng)地增加。

(2)使用較薄的PCB有利于減小過孔的兩種寄生參數(shù)。

(3)?PCB上的信號布線盡量不換層，也就是說盡量不要使用不必要的過孔。

(4)電源和地的引腳要就近打過孔，過孔和引腳之間的引線越短越好。可以考慮并聯(lián)打多個(gè)過孔，以減少等效電感。

(5)在信號換層的過孔附近放置一些接地的過孔，以便為信號提供最近的回路。甚至可以在PCB上放置一些多余的接地過孔。

(6)對于密度較高的高速PCB，可以考慮使用微孔。PCB封裝的通孔引腳也是過孔，這些引腳的鉆孔大小與元器件的引腳尺寸有關(guān)，鉆孔過小，元器件裝配困難甚至不能裝配；鉆孔過大，焊接時(shí)焊點(diǎn)不夠飽滿，浪費(fèi)空間。一般來說，元器件引腳的鉆孔直徑及焊盤大小的計(jì)算方法為：引腳的鉆孔直徑?=?引腳直徑(或?qū)蔷€長度)?+?(10～30?Mil)引腳的焊盤直徑≥引腳的鉆孔直徑?+?18?Mil另外，在設(shè)計(jì)時(shí)，要注意以下三點(diǎn)：

(1)因?yàn)閿?shù)控鉆頭的最小尺寸只有8?Mil，所以一般條件下PCB廠家能提供的鉆孔直徑最小只能達(dá)到8?Mil。一般直徑小于或等于6?Mil的過孔就稱為微孔，需要采用激光鉆孔技術(shù)。

(2)過孔的孔徑主要由成品板的厚度決定?？椎纳疃炔灰^鉆孔直徑的6倍。

(3)一般數(shù)控鉆頭的直徑為8?Mil、10?Mil、12?Mil、16?Mil或20?Mil，所以建議將過孔的孔徑也設(shè)置為這幾種中的一種，不要出現(xiàn)像13?Mil這一類的過孔孔徑。如圖9-15所示，鉆孔直徑d要比焊盤直徑D稍小一些。焊盤太大易形成虛焊，焊盤太小對加工要求很高。鉆孔直徑d與焊盤直徑D之比一般為1∶1.5、1∶1.75、1∶2.0、1∶1.22和1∶2.5，推薦使用1∶1.75、1∶2.0、1∶1.22這三種比值，它們對應(yīng)的加工難度適中，安全可靠。因?yàn)楹腑h(huán)跟PCB加工工藝相關(guān)，所以這里給出的比例關(guān)系不是絕對的，僅供參考。不管是通孔PAD還是過孔PAD，考慮到一般的工藝要求，為安全起見，建議普通用戶遵守以下兩個(gè)原則：

(1)焊盤直徑D最好比鉆孔直徑d大8?Mil，一般廠家能做的最小焊盤直徑為14?Mil；

(2)鉆孔直徑d必須大于8?Mil。如果要降低制作難度，最小鉆孔直徑可為12?Mil，最小焊盤直徑可為20?Mil。在制作PCB封裝時(shí)，PADSLayout2007默認(rèn)的焊盤直徑D為60?Mil，鉆孔直徑d為35?Mil。圖9-15焊盤與鉆孔9.9定制并使用需要的過孔在PCB設(shè)計(jì)窗口，執(zhí)行【Setup】→【PadStacks…】菜單命令，調(diào)出【PadStacksProperties】對話框。在這個(gè)對話框中，選中【PadStackType】組合框中的Via選項(xiàng)，如圖9-16所示。從圖9-16可以看出，在過孔列表中選擇的過孔是STANDARDVIA(從圖9-16也可以看出，目前系統(tǒng)只有這一個(gè)過孔)，所以該對話框顯示的參數(shù)都是過孔STANDARDVIA的參數(shù)。它是一個(gè)通孔(throughvia)，焊盤直徑是55?Mil，鉆孔直徑是37?Mil。這是PADSLayout系統(tǒng)自帶的過孔。如果不新建其他過孔，那么今后在自動布線或手工布線的過程中，只能使用系統(tǒng)自帶的這個(gè)過孔(STANDARDVIA)。圖9-16【PadStacksProperties】對話框操作實(shí)例：定制并在布線過程中使用系統(tǒng)自帶的過孔

(1)進(jìn)入PCB設(shè)計(jì)窗口，執(zhí)行【Setup】→【PadStacks…】菜單命令，調(diào)出如圖9-17所示的【PadStacksProperties】對話框，單擊“AddVia”按鈕，然后在【Name】編輯欄中輸入新建過孔的名稱，比如這里輸入“MYVIA”。

(2)在過孔列表中選中過孔“MYVIA”(過孔列表中顯示的過孔名稱都是大寫字母組成的，而上一步輸入的名稱中有小寫字母，可見過孔名稱不區(qū)分大小寫)，則下面每一步都是在給過孔“MYVIA”設(shè)置參數(shù)。

(3)因?yàn)橥子玫米钇毡?，作為示例，這里選擇單選項(xiàng)，表明要創(chuàng)建一個(gè)通孔。

(4)在該對話框的右下角選擇設(shè)計(jì)單位“Mils”。圖9-17【PadStacksProperties】對話框

(5)在層列表中選擇“Start”層，然后選擇“Padstyle”為，焊盤直徑(Diameter)設(shè)為36?Mil，鉆孔直徑(Drillsize)設(shè)為16?Mil。

(6)依次在層列表中選中“Innerlayers”層和“End”層，再分別按照第(5)步的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。這樣就定制了一個(gè)自己的過孔，如圖9-17所示。

(7)單擊“OK”按鈕，關(guān)閉該對話框。

(8)在PCB設(shè)計(jì)窗口，執(zhí)行【Setup】→【DesignRules…】菜單命令，調(diào)出如圖9-18所示的【Rules】對話框。

(9)在【Rules】對話框中，單擊按鈕，調(diào)出如圖9-19所示的【DefaultRules】對話框。圖9-18【Rules】對話框圖9-19【DefaultRules】對話框

(10)在【DefaultRules】對話框中單擊按鈕，調(diào)出如圖9-20所示的默認(rèn)的布線規(guī)則對話框。在該對話框中，有兩個(gè)過孔MYVIA和STANDARDVIA出現(xiàn)在右下角的【Selectedvias】列表中，表示在布線過程中可以使用這兩個(gè)過孔，如果不希望在布線過程中使用某個(gè)過孔，那么可以通過“Remove”按鈕把該過孔移到左下角的【Avaliablevias】列表中。當(dāng)然也可以把在布線過程中需要使用的過孔通過“Add”按鈕從【Avaliablevias】列表中添加到【Selectedvias】列表中。具體使用哪一個(gè)，還可以在布線過程中使用無模命令“V”在【Selectedvias】列表中所有的過孔中選擇。使用無模命令“V”，調(diào)出如圖9-21所示的【Vias】對話框，在該對話框中可以選擇在當(dāng)前的布線過程中使用的過孔。圖9-20默認(rèn)的布線規(guī)則對話框圖9-21【Vias】對話框如果在如圖9-20所示的默認(rèn)的布線規(guī)則對話框的【Selectedvias】列表中有2個(gè)或2個(gè)以上的過孔，而在自動布線的過程中只需要使用其中的一個(gè)過孔，則可把其他不用的過孔全部移到該對話框的【Avaliablevias】列表中。上面的設(shè)置規(guī)定了布線過程中可以使用的過孔，這是針對整個(gè)布線過程而言的。如果某個(gè)網(wǎng)絡(luò)(比如電源和地網(wǎng)絡(luò))使用的過孔與一般信號線使用的過孔不同，那么先按照上述步驟對整個(gè)布線過程設(shè)置完成后，再在如圖9-18所示的【Rules】對話框中選擇“Net”圖標(biāo)，調(diào)出如圖9-22所示的【NetRules】對話框。在該對話框中，可以選擇某一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，然后單擊按鈕調(diào)出類似于如圖9-20所示的對話框，并在其中設(shè)置該網(wǎng)絡(luò)可以使用的過孔。圖9-22專門針對某個(gè)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)則設(shè)置對話框9.10反焊盤、散熱焊盤、花孔和花焊盤基本知識由于PCB裝配工藝的要求，一些表面貼裝元件的引腳應(yīng)與某個(gè)灌銅(copperpour)區(qū)域連接，這時(shí)應(yīng)采用輻射狀的散熱焊盤(spokedthermalreliefpads)，如圖9-23中最左邊的焊盤。連接到Plane層的通孔引腳，也應(yīng)采用散熱焊盤與Plane層相連，如圖9-23所示的過孔B。與Plane層絕緣的通孔引腳，當(dāng)它們通過Plane層時(shí)，把它們的焊盤直徑當(dāng)做它們的鉆孔與Plane層的間距直徑，而不是當(dāng)做銅皮區(qū)域，這些引腳在Plane層的焊盤就叫做反焊盤(antipad)，如圖9-23中的過孔A、過孔C。圖9-23散熱焊盤與反焊盤的顯示形式和連接形式打開某一個(gè)4層板的PCB文件，通過主工具欄上的下拉列表把某個(gè)Split/MixedPlane層切換成當(dāng)前層，并且通過【DisplayColorsSetup】對話框設(shè)置成只顯示該P(yáng)lane層。這樣就可以看到Plane層的散熱焊盤、反焊盤的顯示形式和連接形式，如圖9-23所示。從圖9-23可以看出，凡是與Split/MixedPlane層相連的過孔，不管當(dāng)前顯示層是哪一層，焊盤中心都會有一個(gè)“X”形的標(biāo)志符號，這個(gè)符號實(shí)際是不存在的，只是為了方便讀者識別過孔類型。一般把有“X”標(biāo)志符號的過孔稱為花孔，即花孔就是那些與Plane層相連的過孔。但是過孔B中輻射狀的4根導(dǎo)線是實(shí)際存在的，它們可以連接過孔與Split/MixedPlane層。在【Options】對話框的【Thermals】標(biāo)簽頁，選中“ShowGeneralPlaneIndicators”項(xiàng)，那么，凡是與Split/MixedPlane層相連的過孔，它的焊盤中心都會有一個(gè)“X”標(biāo)志符號；否則就沒有“X”標(biāo)志符號。在PCB設(shè)計(jì)窗口，通過主工具欄上的下拉列表把元件裝配層(也就是頂層)切換到當(dāng)前層，并且通過【DisplayColorsSetup】對話框設(shè)置成只顯示該層。這樣就可以看到表貼元件的那些應(yīng)該與某個(gè)灌銅(copperpour)區(qū)域連接的引腳，以及它們的散熱焊盤的顯示形式和連接形式，如圖9-23所示最左邊的焊盤。散熱焊盤(thermalpad)，也叫花焊盤，是為了減少散熱而把元件的焊盤和大塊銅箔連接的一種方式。采用散熱焊盤的目的，首先如果只從信號角度來講，肯定是整個(gè)焊盤完全連接在銅箔上比較好，尤其是電源連線。但是大片銅箔完全連接在焊盤上會造成給焊盤上錫時(shí)散熱很快，有時(shí)會因吃錫不良而導(dǎo)致虛焊，當(dāng)然在波峰焊時(shí)很少會出現(xiàn)這種情況。而若以散熱焊盤的形式連接就避免了這種情況的發(fā)生。其次，如果元件引腳完全與大面積銅箔相連，還會使SMD元件因兩側(cè)散熱不均而翹起，這時(shí)可以采用散熱焊盤。第三個(gè)目的是，電器設(shè)備在工作過程中，由于熱脹冷縮而導(dǎo)致內(nèi)層的銅箔伸縮，這種伸縮作用加載在孔壁上會使孔內(nèi)銅箔的連接強(qiáng)度降低，而使用散熱焊盤即可減少熱脹冷縮對孔內(nèi)銅箔連接強(qiáng)度的影響。9.11工作原點(diǎn)設(shè)置在PCB設(shè)計(jì)中，常常需要設(shè)置一個(gè)原點(diǎn)(零點(diǎn)坐標(biāo))作為參考點(diǎn)，這樣就可以知道設(shè)計(jì)中的任何一點(diǎn)的相對坐標(biāo)。但這個(gè)原點(diǎn)的位置并非不變，完全可以隨時(shí)根據(jù)需要來設(shè)置。PADSLayout的工作區(qū)的原點(diǎn)由一個(gè)白色的基準(zhǔn)點(diǎn)表示，如圖9-24所示。改變原點(diǎn)位置的方法是：執(zhí)行【Setup】→【SetOrigin】菜單命令，在需要設(shè)置為原點(diǎn)的位置單擊鼠標(biāo)左鍵，則原點(diǎn)被設(shè)置到鼠標(biāo)單擊時(shí)的指針位置。圖9-24PCB設(shè)計(jì)窗口的工作原點(diǎn)9.12設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)置

PADSLayout自一開始就提出了“設(shè)計(jì)即正確”的概念，也就是保證一次性設(shè)計(jì)正確。PADSLayout之所以能做到這一點(diǎn)，是因?yàn)樗幸粋€(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控器(設(shè)計(jì)規(guī)則約束驅(qū)動器)。在設(shè)計(jì)規(guī)則約束驅(qū)動器里，PADSLayout預(yù)先設(shè)置了很多規(guī)則，實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶的設(shè)計(jì)。在違反設(shè)計(jì)規(guī)則時(shí)，系統(tǒng)會禁止用戶繼續(xù)操作或給出警告等。這樣，需要在設(shè)計(jì)中考慮的問題就都交給了PADSLayout負(fù)責(zé)，用戶需要做的僅僅是在設(shè)計(jì)前把這些規(guī)則定義好。這些設(shè)計(jì)規(guī)則除了來自設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)外，還可以更準(zhǔn)確地通過使用PADS系統(tǒng)中的仿真軟件HyperLynx來對原理圖進(jìn)行門特性、傳輸性特性、信號完整性以及電磁兼容性等方面的仿真分析而獲得。如果使用PADSLogic繪制電路原理圖，那么可以在PADSLogic中設(shè)置好設(shè)計(jì)PCB時(shí)應(yīng)遵守的規(guī)則。這些規(guī)則會隨著原理圖一起傳送入PADSLayout2007中。但是比較PADSLayout2007的設(shè)計(jì)規(guī)則與PADSLogic的設(shè)計(jì)規(guī)則窗口就會發(fā)現(xiàn)，PADSLayout2007的設(shè)計(jì)規(guī)則要比PADSLogic詳細(xì)得多，另外本書只使用OrCAD繪制電路原理圖，所以下面將詳細(xì)講解如何設(shè)置PADSLayout2007中的設(shè)計(jì)規(guī)則。在PCB設(shè)計(jì)窗口中，執(zhí)行【Setup】→【DesignRules…】菜單命令，調(diào)出如圖9-25所示的【Rules】對話框，此對話框用于各種規(guī)則的設(shè)置。圖9-25【Rules】對話框由圖9-25可知，PADSLayout2007的設(shè)計(jì)規(guī)則分為9類，分別如下：

(1)默認(rèn)(Default)規(guī)則。

(2)類(Class)規(guī)則。

(3)網(wǎng)絡(luò)(Net)規(guī)則。

(4)組(Group)規(guī)則。

(5)引腳對(PinPairs)規(guī)則。

(6)封裝(Decal)規(guī)則。

(7)元件(Component)規(guī)則。

(8)條件(Conditional)規(guī)則。

(9)差分對(DifferentialPairs)規(guī)則。其中的前7項(xiàng)組成一個(gè)層次(Hierarchy)結(jié)構(gòu)，表示不同的優(yōu)先級。依照排列順序，“Default”規(guī)則中的設(shè)置優(yōu)先級最低，“Component”規(guī)則中的設(shè)置優(yōu)先級最高。在不同優(yōu)先級設(shè)置發(fā)生沖突時(shí)，使用高優(yōu)先級的設(shè)置。對于普通的PCB設(shè)計(jì)來說，一般設(shè)置“Default”規(guī)則就夠用了，再因?yàn)楹罄m(xù)的高優(yōu)先級規(guī)則中都有與“Default”規(guī)則中相同的內(nèi)容，所以本書詳細(xì)講解“Default”規(guī)則，要了解其他的設(shè)計(jì)規(guī)則，可以參考《PADSLayout2007印制電路板設(shè)計(jì)與實(shí)例》(王仁波，魏雄，李躍忠.北京：電子工業(yè)出版社，2009年)。為了啟動設(shè)計(jì)規(guī)則約束驅(qū)動器，可以在PCB設(shè)計(jì)窗口執(zhí)行無模命令“DRP”，或者在【Options】對話框的【Design】標(biāo)簽頁將On-lineDRC設(shè)置為“PreventError”狀態(tài)。單擊如圖9-25所示對話框中的“Default”圖標(biāo)，調(diào)出圖9-26所示的【DefaultRules】對話框。圖9-26【DefaultRules】對話框該對話框中設(shè)置的參數(shù)是對整個(gè)設(shè)計(jì)而言的。如果圖9-25所示Hierarchy(層次)結(jié)構(gòu)中的其他6項(xiàng)沒有設(shè)置，則在設(shè)計(jì)過程中，所有的設(shè)計(jì)規(guī)則都使用【DefaultRules】對話框中設(shè)置的設(shè)計(jì)規(guī)則。如果在其他6項(xiàng)中的任何一項(xiàng)里進(jìn)行了設(shè)置，比如在“Component”規(guī)則中對某一元件的設(shè)計(jì)規(guī)則進(jìn)行了設(shè)置，則整個(gè)設(shè)計(jì)中關(guān)于這個(gè)元件的設(shè)計(jì)規(guī)則就都要使用“Component”規(guī)則中的設(shè)置，而不再受【DefaultRules】對話框中設(shè)置的參數(shù)限制。對于設(shè)計(jì)中其他沒有在“Component”規(guī)則中設(shè)置設(shè)計(jì)規(guī)則的元件，還要使用【DefaultRules】對話框中設(shè)置的設(shè)計(jì)規(guī)則?！綝efaultRules】對話框中共有6個(gè)圖標(biāo)，前5個(gè)是參數(shù)設(shè)置，最后一個(gè)用來產(chǎn)生這些參數(shù)設(shè)置狀況的報(bào)表。

1．Clearance(安全間距規(guī)則)單擊如圖9-26所示【DefaultRules】對話框中的“Clearance”圖標(biāo)，調(diào)出如圖9-27所示的【ClearanceRules:Defaultrules】對話框，該對話框分為4個(gè)部分。

(1)“Samenet”(相同網(wǎng)絡(luò))參數(shù)組。該參數(shù)組用來設(shè)置同一網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)對象之間邊緣到邊緣的安全距離。這些對象包括Via(過孔)、SMD(貼片焊盤)、Trace(導(dǎo)線)、Pad(焊盤)和Corner(拐角)。

(2)“Tracewidth”(布線寬度)參數(shù)組。該參數(shù)組用來設(shè)置布線寬度，包括以下3個(gè)數(shù)值。

①M(fèi)inimum(最小值)；

②Recommended(推薦值)；

③Maximum(最大值)。圖9-27【ClearanceRules:Defaultrules】對話框在布線過程中，以“Recommended”參數(shù)值作為布線的線寬。例如，圖9-27所示對話框中該選項(xiàng)的值為“8”，那么布線時(shí)默認(rèn)的值則為8?Mil。Maximum和Minimum選項(xiàng)的值用來限制布線的寬度。在設(shè)計(jì)過程中改變布線寬度時(shí)，不能超過這個(gè)范圍。

(3)“Other”(其他)參數(shù)組。該參數(shù)組的設(shè)置比較簡單，只有以下兩個(gè)參數(shù)：

①Drilltodrill：兩個(gè)鉆孔邊緣之間的最小距離。

②Bodytobody：元件邊緣與元件邊緣之間的最小距離。

(4)“Clearance”(安全間距)參數(shù)組。PADSLayout2007中的操作都是面向?qū)ο蟮?，這些對象包括Via(過孔)、Pad(焊盤)和Text(文本)等?！癈learance”參數(shù)組用來設(shè)置各種對象之間的安全距離。如果布線過程中兩個(gè)對象之間的距離小于該參數(shù)組中的設(shè)置，則PADSLayout2007會禁止繼續(xù)操作或者給出警告。“Clearance”參數(shù)組按行和列給出了PADSLayout2007中存在的對象，行列相交處的空格就是設(shè)置行和列上相應(yīng)的兩個(gè)對象之間的安全距離。例如，現(xiàn)在要將Text與Via對象之間的安全距離設(shè)置為8?Mil，則在處于第6行、第2列的文本框中輸入“8”。單擊“Clearance”參數(shù)組中的“All”按鈕，可以一次性將所有的間距設(shè)置為某個(gè)相同的數(shù)值。

2．Routing(布線規(guī)則)圖9-26所示【DefaultRules】對話框中左起第二個(gè)圖標(biāo)用于設(shè)置布線規(guī)則，即設(shè)置如何進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)交互和自動連線。單擊這個(gè)圖標(biāo)，調(diào)出如圖9-28所示的【RoutingRules:Defaultrules】對話框。圖9-28【RoutingRules:Defaultrules】對話框該對話框的設(shè)置分為5部分，分別如下。

(1)“Topologytype”(拓?fù)漕愋?選項(xiàng)組。該選項(xiàng)組有如下5個(gè)選項(xiàng)。

①Protected：不改變網(wǎng)絡(luò)中連線的順序，禁止了網(wǎng)絡(luò)連線的最短化處理功能。

②Minimized：允許網(wǎng)絡(luò)連線的最短化處理，可以更新網(wǎng)絡(luò)中的連線順序。

③Serialsource：以串行的方式放置多源的引腳。

④Parallelsource：以并行的方式放置多源的引腳。

⑤Mid-driven：設(shè)置最短化同一網(wǎng)絡(luò)中所有引腳之間的距離，并且以給定網(wǎng)絡(luò)順序組織連接。

(2)“Routingoptions”(布線選項(xiàng))設(shè)置。

①Coppersharing：選擇“Via”，表示允許共享過孔的鋪銅(或灌銅)；選擇“Trace”，表示允許自動布線器從同一個(gè)過孔引出3根導(dǎo)線或者允許導(dǎo)線成“T”字形。注意：該選項(xiàng)可以在PADSLogic、PADSLayout和PADSRouter中設(shè)置，但是僅僅在PADSRouter中有效。

②Priority：設(shè)置在自動布線器中網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)先級，優(yōu)先級從0～100。注意：PADSRouter不會使用網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)先級，自動布線軟件SPECCTRA會使用這里設(shè)置的優(yōu)先級。

③Autoroute：允許自動布線器為網(wǎng)絡(luò)布線。

④Allowripup：撤銷已經(jīng)完成布線的網(wǎng)絡(luò)，允許自動布線器重新布線。交互布線時(shí)要檢查該選項(xiàng)的設(shè)置，如果選擇了該選項(xiàng)，則可以取消布線。讀者若想在On-LineDRC為“Prevent”狀態(tài)重新布線，就必須選擇該選項(xiàng)。

⑤Allowshove：允許自動布線器移動已經(jīng)布線的網(wǎng)絡(luò)。交互布線時(shí)要檢查該選項(xiàng)的設(shè)置，如果選擇了該選項(xiàng)，則可以移動布線。讀者若想在On-LineDRC為“Prevent”狀態(tài)移動導(dǎo)線，就必須選擇該選項(xiàng)。

⑥Allowshoveprotected：允許移動受保護(hù)的導(dǎo)線。

(3)“Layerbiasing”(層布線約束)設(shè)置。這部分設(shè)置用來限制可以布線的板層，共分為左、右兩個(gè)列表框。左邊為“Availablelayers”列表框，用來顯示當(dāng)前PCB設(shè)計(jì)中所有的板層；右邊為“Selectedlayers”列表框，用來顯示已經(jīng)被選中的可以進(jìn)行布線的板層。如果要設(shè)計(jì)單面板，則可以在這里設(shè)置只在Top層布線。

(4)“Vias”(過孔)設(shè)置。在9.9節(jié)中已經(jīng)介紹了這個(gè)選項(xiàng)組的設(shè)置。注意：布線時(shí)系統(tǒng)根據(jù)兩個(gè)地方的設(shè)置自動選擇過孔，一個(gè)是這里，另一個(gè)是【Options】對話框的【Routing】標(biāo)簽頁中“LayerPair”的設(shè)置。只有那些開始并結(jié)束于層對(LayerPair)的過孔才能被自動選擇。

(5)?Maximumnumberofvias(最大過孔數(shù))。如果要限制為某一個(gè)網(wǎng)絡(luò)添加過孔的數(shù)量，請選擇并更改允許的過孔量；如果不需限制過孔數(shù)量，請選擇。注意：在設(shè)計(jì)規(guī)則的層次結(jié)構(gòu)中，不僅在“Default”規(guī)則中會出現(xiàn)如圖9-28所示的Routing規(guī)則對話框(“Delete”按鈕為灰色不可用)，在其他的層次中也會出現(xiàn)類似的Routing規(guī)則對話框(此時(shí)，單擊“Delete”按鈕可以刪除當(dāng)前的“Routing”規(guī)則)。

3．HighSpeed(高速設(shè)計(jì)規(guī)則)在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)過程中，一般在處理信號的相互連接時(shí)主要考慮兩個(gè)問題：一是在計(jì)算互連信號路徑引入的傳播延遲時(shí)要滿足的時(shí)序要求，即控制建立和保持時(shí)間、關(guān)鍵的時(shí)序路徑和時(shí)鐘偏移，同時(shí)考慮通過互連信號路徑引入的傳播延遲。二是保持信號完整性。信號完整性一般會受到阻抗不匹配的損害，即噪聲、瞬時(shí)擾動、過沖、欠沖和串?dāng)_等都會破壞電路的設(shè)計(jì)。如圖9-26所示的【DefaultRules】對話框中的“HighSpeed”圖標(biāo)用于設(shè)置高頻電路板的布線規(guī)則。單擊該圖標(biāo)，調(diào)出【HiSpeedRules:Defaultrules】對話框，如圖9-29所示。圖9-29【HiSpeedRules:Defaultrules】對話框該對話框由4部分組成。

(1)“Parallelism”(平行度)參數(shù)組。

①Parallelism(平行度)：用來設(shè)置PCB的同一個(gè)信號層中不同網(wǎng)絡(luò)的平行走線長度(Length)及其間距(Gap)。

②Tandem(縱向平行度)：用來設(shè)置PCB的不同信號層中的縱向平行網(wǎng)絡(luò)的平行走線長度(Length)及其間距(Gap)。

③Aggressor(侵略者)：確定所定義的網(wǎng)絡(luò)是否為干擾源。

(2)“Shielding”(屏蔽)參數(shù)組。在設(shè)計(jì)中，需要安排特定的網(wǎng)絡(luò)為其他網(wǎng)絡(luò)充當(dāng)屏蔽。讀者必須把該網(wǎng)絡(luò)與Plane板層聯(lián)系起來，如果沒有Plane板層存在，這部分便無效。該選項(xiàng)包括3個(gè)選項(xiàng)。

①Shield：選擇該選項(xiàng)，則使用屏蔽。

②Gap：設(shè)置屏蔽網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)之間的間距。

③Usenet：屏蔽所使用的網(wǎng)絡(luò)。

(3)“Rules”(規(guī)則)參數(shù)組。該選項(xiàng)組包括5個(gè)參數(shù)。

①Length(長度)：走線長度值。在“Minimum”選項(xiàng)的文本框內(nèi)輸入最小值，在“Maximum”選項(xiàng)的文本框內(nèi)輸入最大值。

②Stublength：T形分支走線的長度。T形分支走線是指在主信號干線上由分支線與其他引腳或?qū)Ь€相連，如果分支走線過長將會引起信號衰減或混亂。

③Delay：延時(shí)，以ns為單位。

④Capacitance：設(shè)置電容的最大值、最小值，以pF為單位。

⑤Impedance：設(shè)置阻抗的最大值、最小值，以W為單位。

(4)“Matching”(匹配)參數(shù)組。該參數(shù)組用來指定在匹配長度組中最小長度和最大長度之間的差值。

4．Fanout(扇出規(guī)則)如圖9-26所示的【DefaultRules】對話框中左起第4個(gè)圖標(biāo)用于設(shè)置扇出規(guī)則。單擊這個(gè)圖標(biāo)，調(diào)出【FanoutRules:Defaultrules】對話框，如圖9-30所示。盡管扇出規(guī)則既可以在PADSLayout中定義，也可以在PADSRouter中定義，但是它僅僅被用于PADSRouter中。該規(guī)則主要是針對SMD(表面貼裝)封裝的器件，PADSRouter將元件引腳的鼠線以自動布線的方式走出(扇出)元件外。