《電路仿真與PCB設(shè)計(jì)》課件第10章

10.1設(shè)置自動(dòng)布線(xiàn)規(guī)則

10.2手工修改布線(xiàn)

10.3設(shè)計(jì)規(guī)則檢查

習(xí)題

第10章PCB設(shè)計(jì)與布線(xiàn)

本章主要介紹了PCB設(shè)計(jì)中最重要的兩個(gè)部分：設(shè)計(jì)規(guī)則和自動(dòng)布線(xiàn)。單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)電路見(jiàn)圖10-1。圖10-1單元機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)電路10.1.1布線(xiàn)的基本要求及過(guò)程

1.布線(xiàn)規(guī)則

布線(xiàn)過(guò)程中，必須遵循如下規(guī)律：

(1)印制導(dǎo)線(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)內(nèi)角不能小于90°，一般選擇135°或圓角；導(dǎo)線(xiàn)與焊盤(pán)、過(guò)孔的連接處要圓滑，避免出現(xiàn)小尖角。

(2)導(dǎo)線(xiàn)與焊盤(pán)、過(guò)孔必須以45°或90°相連。10.1設(shè)置自動(dòng)布線(xiàn)規(guī)則

(3)在雙面、多面印制板中，上下兩層信號(hào)線(xiàn)的走線(xiàn)方向要相互垂直或斜交叉，盡量避免平行走線(xiàn)；對(duì)于數(shù)字、模擬混合系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，模擬信號(hào)走線(xiàn)和數(shù)字信號(hào)走線(xiàn)應(yīng)分別位于不同面內(nèi)，且走線(xiàn)方向垂直，以減少相互間的信號(hào)耦合。

(4)在數(shù)據(jù)總線(xiàn)間，可以加信號(hào)地線(xiàn)，來(lái)實(shí)現(xiàn)彼此的隔離；為了提高抗干擾能力，小信號(hào)線(xiàn)和模擬信號(hào)線(xiàn)應(yīng)盡量靠近地線(xiàn)，遠(yuǎn)離大電流和電源線(xiàn)；數(shù)字信號(hào)既容易干擾小信號(hào)，又容易受大電流信號(hào)的干擾，布線(xiàn)時(shí)必須認(rèn)真處理好數(shù)據(jù)總線(xiàn)的走線(xiàn)，必要時(shí)可加電磁屏蔽罩或屏蔽板。

(5)連線(xiàn)應(yīng)盡可能短，尤其是電子管與場(chǎng)效應(yīng)管柵極、晶體管基極以及高頻回路。

(6)高壓或大功率元件盡量與低壓小功率元件分開(kāi)布線(xiàn)，即彼此電源線(xiàn)、地線(xiàn)分開(kāi)走線(xiàn)，以避免高壓大功率元件通過(guò)電源線(xiàn)、地線(xiàn)的寄生電阻(或電感)干擾小元件。

(7)數(shù)字電路、模擬電路以及大電流電路的電源線(xiàn)、地線(xiàn)必須分開(kāi)走線(xiàn)，最后再接到系統(tǒng)電源線(xiàn)、地線(xiàn)上，形成單點(diǎn)接地形式。

(8)在高頻電路中必須嚴(yán)格限制平行走線(xiàn)的最大長(zhǎng)度。

(9)在雙面電路板中，由于沒(méi)有地線(xiàn)層屏蔽，應(yīng)盡量避免在時(shí)鐘電路下方走線(xiàn)。例如，時(shí)鐘電路在元件面連線(xiàn)時(shí)，信號(hào)線(xiàn)最好不要通過(guò)焊錫面的對(duì)應(yīng)位置。解決方法是在自動(dòng)布線(xiàn)前，在焊錫面內(nèi)放置一個(gè)矩形填充區(qū)，然后將填充區(qū)接地。

(10)選擇合理的連線(xiàn)方式。

2.布線(xiàn)過(guò)程

布線(xiàn)過(guò)程包括設(shè)置自動(dòng)布線(xiàn)參數(shù)、自動(dòng)布線(xiàn)前的預(yù)處理、自動(dòng)布線(xiàn)、手工修改四個(gè)環(huán)節(jié)。其中自動(dòng)布線(xiàn)前的預(yù)處理是指利用布線(xiàn)規(guī)律，用手工或自動(dòng)布線(xiàn)功能，優(yōu)先放置有特殊要求的連線(xiàn)，如易受干擾的印制導(dǎo)線(xiàn)、承受大電流的電源線(xiàn)和地線(xiàn)等；在時(shí)鐘電路下方放置填充區(qū)，避免自動(dòng)布線(xiàn)時(shí)，其他信號(hào)線(xiàn)經(jīng)過(guò)時(shí)鐘電路的下方。10.1.2自動(dòng)布線(xiàn)規(guī)則設(shè)置

自動(dòng)布線(xiàn)操作前，必須執(zhí)行【Design】菜單下的【Rules…】命令，檢查并修改有關(guān)布線(xiàn)規(guī)則，如走線(xiàn)寬度、線(xiàn)與線(xiàn)之間以及連線(xiàn)與焊盤(pán)之間的最小距離、平行走線(xiàn)最大長(zhǎng)度、走線(xiàn)方向、敷銅與焊盤(pán)連接方式等是否滿(mǎn)足要求，否則將采用缺省參數(shù)布線(xiàn)，但缺省設(shè)置難以滿(mǎn)足各式各樣印制電路板的布線(xiàn)要求。DesignRules(設(shè)計(jì)規(guī)則)設(shè)置窗包含“Routing”(布線(xiàn)參數(shù))、“Manufacturing”(制造規(guī)則)、“HighSpeed”(高速驅(qū)動(dòng)，主要用于高頻電路設(shè)計(jì))、“Placement”(放置)、“SignalIntegrity”(信號(hào)完整性分析)及“Other”(其他約束)標(biāo)簽，如圖10-2所示。圖10-2“Routing”(布線(xiàn)參數(shù))設(shè)置標(biāo)簽

1.設(shè)置布線(xiàn)參數(shù)

1)布線(xiàn)與焊盤(pán)(包括過(guò)孔)之間的最小距離

執(zhí)行【Design】菜單下的【Rules…】命令，在設(shè)計(jì)規(guī)則窗口內(nèi)，單擊“Routing”(布線(xiàn)參數(shù))標(biāo)簽；在如圖10-2所示的窗口內(nèi)，單擊“RuleClasses”(規(guī)則類(lèi)型)列表窗下的“ClearanceConstraint”(安全間距)規(guī)則，即可重新設(shè)定不同節(jié)點(diǎn)導(dǎo)電圖形(導(dǎo)線(xiàn)與焊盤(pán)及過(guò)孔)之間的最小距離，如圖10-3所示。圖10-3安全間距設(shè)置窗

2)選擇印制導(dǎo)線(xiàn)轉(zhuǎn)角模式

在如圖10-2所示的窗口中，單擊“RuleClasses”列表窗下的“RoutingCorners”(布線(xiàn)拐角)，即可重新設(shè)定印制導(dǎo)線(xiàn)轉(zhuǎn)角模式，如圖10-4所示。圖10-4印制導(dǎo)線(xiàn)轉(zhuǎn)角模式從圖10-4中可以看出：系統(tǒng)默認(rèn)的轉(zhuǎn)角模式為45°(外角為45°，內(nèi)角就是135°)，轉(zhuǎn)角過(guò)渡斜線(xiàn)垂直距離為100mil(即2.54mm)，適用范圍是整個(gè)電路板內(nèi)的所有導(dǎo)線(xiàn)。

單擊圖10-4中的【Properties】(特性)按鈕，在如圖10-5所示的窗口內(nèi)即可重新設(shè)置轉(zhuǎn)角模式及轉(zhuǎn)角過(guò)渡斜線(xiàn)的垂直距離。圖10-5轉(zhuǎn)角模式設(shè)置窗

3)選擇布線(xiàn)層及走線(xiàn)方向

在如圖10-2所示的窗口內(nèi)，單擊“RuleClasses”列表窗下的“RoutingLayers”(布線(xiàn)層)，即可彈出如圖10-6所示的布線(xiàn)層選擇窗口。圖10-6布線(xiàn)層單擊圖中的【Properties】按鈕，在如圖10-7所示的窗口內(nèi)，選擇布線(xiàn)層和層內(nèi)印制導(dǎo)線(xiàn)的走線(xiàn)方向。

缺省狀態(tài)下，僅允許在頂層(TopLayer)和底層(BottomLayer)布線(xiàn)，而中間層1～14處于關(guān)閉狀態(tài)(NotUsed)。圖10-7布線(xiàn)層及走線(xiàn)方向設(shè)置窗

4)過(guò)孔類(lèi)型及尺寸

在圖10-2中，單擊“RuleClasses”列表窗下的“RoutingViaStyle”(過(guò)孔類(lèi)型)，即可彈出如圖10-8所示的過(guò)孔當(dāng)前狀態(tài)窗口。圖10-8過(guò)孔狀態(tài)窗口單擊圖中的【Properties】按鈕，在如圖10-9所示的窗口內(nèi)，即可重新設(shè)置過(guò)孔類(lèi)型及尺寸。圖10-9過(guò)孔設(shè)置窗口

5)設(shè)置布線(xiàn)寬度

在自動(dòng)布線(xiàn)前，一般均要指定整體布線(xiàn)寬度及特殊網(wǎng)絡(luò)的，如電源、地線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的布線(xiàn)寬度。設(shè)置布線(xiàn)寬度的操作過(guò)程如下：

設(shè)置沒(méi)有特殊要求的印制導(dǎo)線(xiàn)寬度。在圖10-2中，單擊“RuleClasses”列表窗下的“WidthConstraint”(布線(xiàn)寬度限制)，即可彈出如圖10-10所示的布線(xiàn)寬度狀態(tài)窗口。單擊圖中的【Properties】按鈕，即可重新選擇布線(xiàn)寬度。圖10-10布線(xiàn)寬度狀態(tài)窗口

6)表面封裝元件引腳焊盤(pán)與轉(zhuǎn)角間距

如果印制板含有表面封裝元件SMD，可單擊圖10-2中的“RuleClasses“列表窗下的“SMDToCornerConstraint”選項(xiàng)，設(shè)置表面封裝器件引腳焊盤(pán)與轉(zhuǎn)角之間的距離。

設(shè)置的布線(xiàn)規(guī)則越嚴(yán)格，限制條件越多，自動(dòng)布線(xiàn)時(shí)間就越長(zhǎng)，布通率就越低。

根據(jù)需要還可以進(jìn)入制造規(guī)則、高速驅(qū)動(dòng)、放置和其他標(biāo)簽，設(shè)置有關(guān)布線(xiàn)參數(shù)，下面再簡(jiǎn)要介紹其中一些較重要的布線(xiàn)規(guī)則含義及設(shè)置依據(jù)。

2.制造規(guī)則設(shè)置

執(zhí)行【Design】菜單下的【Rules…】命令，在如圖10-2所示的窗口內(nèi)，單擊“Manufacturing”(制造規(guī)則)標(biāo)簽，即可對(duì)制造規(guī)則進(jìn)行檢查和設(shè)置。這些規(guī)則包括布線(xiàn)夾角、焊盤(pán)銅環(huán)最小寬度、焊錫膏層擴(kuò)展、敷銅層與焊盤(pán)連接方式、內(nèi)電源/接地層安全間距、內(nèi)電源/接地層連接方式、阻焊層擴(kuò)展等，如圖10-11所示。

圖10-11制造規(guī)則設(shè)置窗口10.1.3自動(dòng)布線(xiàn)

經(jīng)過(guò)以上處理后，就可以使用【AutoRoute】菜單下的有關(guān)命令進(jìn)行自動(dòng)布線(xiàn)。這些命令包括【All】(對(duì)整個(gè)電路板自動(dòng)布線(xiàn))、【Net】(對(duì)一網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行布線(xiàn))、【Connection】(對(duì)某一連線(xiàn)進(jìn)行布線(xiàn))、【Component】(對(duì)某一元件進(jìn)行布線(xiàn))、【Area】(對(duì)某一區(qū)域進(jìn)行布線(xiàn))。在自動(dòng)布線(xiàn)過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)異常，可執(zhí)行該菜單下的【Stop】命令，則停止布線(xiàn)；通過(guò)【Pause】命令暫停布線(xiàn)；通過(guò)【Restart】命令重新開(kāi)始。全局自動(dòng)布線(xiàn)操作過(guò)程如下：

(1)單擊主工具欄內(nèi)的【ShowEntireDocument】(顯示整個(gè)畫(huà)面)按鈕，以便在全局自動(dòng)布線(xiàn)過(guò)程中能觀察到整個(gè)布線(xiàn)畫(huà)面。

(2)執(zhí)行【AutoRoute】菜單下的【All】命令，啟動(dòng)自動(dòng)布線(xiàn)進(jìn)程，即可觀察到如圖10-12所示的自動(dòng)布線(xiàn)進(jìn)程。圖10-12自動(dòng)布線(xiàn)進(jìn)程10.2.1手工布線(xiàn)的基本操作

1.修改走線(xiàn)的方法

修改走線(xiàn)的基本方法是利用【Tools】菜單下的【Un-Route】命令組，如【Un-Route】/【Net】、【Un-Route】/【Connection】和【Un-Route】/【Component】拆除已有連線(xiàn)，然后再通過(guò)手工或【AutoRoute】菜單下的【Net】(對(duì)指定節(jié)點(diǎn)布線(xiàn))、【Connection】(對(duì)指定飛線(xiàn)布線(xiàn))、【Component】(對(duì)指定元件布線(xiàn))等命令重新布線(xiàn)。10.2手工修改布線(xiàn)

2.修改拐彎很多的走線(xiàn)舉例

下面介紹修改走線(xiàn)的操作過(guò)程：

(1)執(zhí)行【Tools】菜單下的【Un-Route】/【Connection】命令。

(2)將光標(biāo)移到待拆除的連線(xiàn)上。

(3)單擊鼠標(biāo)左鍵，光標(biāo)下的連線(xiàn)即可變?yōu)轱w線(xiàn)。

(4)單擊編輯區(qū)下的特定工作層，選擇連線(xiàn)所在層。

(5)單擊“放置”工具欄內(nèi)的“導(dǎo)線(xiàn)”工具。

(6)必要時(shí)，按下Tab鍵，在導(dǎo)線(xiàn)屬性選項(xiàng)窗內(nèi)選擇導(dǎo)線(xiàn)寬度、鎖定狀態(tài)等選項(xiàng)。

(7)將光標(biāo)移到與飛線(xiàn)相連的焊盤(pán)上，單擊左鍵固定連線(xiàn)起點(diǎn)，移動(dòng)鼠標(biāo)用手工方式繪制印制導(dǎo)線(xiàn)。

修改不合理連線(xiàn)后的結(jié)果?？梢?jiàn)修改后的連線(xiàn)不僅拐彎少，而且連線(xiàn)長(zhǎng)度也短了。10.2.2導(dǎo)線(xiàn)的編輯

雙擊導(dǎo)線(xiàn)，調(diào)出導(dǎo)線(xiàn)編輯對(duì)話(huà)框(如圖10-13所示)，根據(jù)實(shí)際電路需要逐項(xiàng)完成導(dǎo)線(xiàn)的編輯，包括：

●導(dǎo)線(xiàn)類(lèi)型設(shè)定，包括導(dǎo)線(xiàn)所屬網(wǎng)絡(luò)，所在層次及起止位置等內(nèi)容的設(shè)定及修改。

●導(dǎo)線(xiàn)寬度設(shè)定，根據(jù)實(shí)際電路需求及導(dǎo)線(xiàn)所在層次進(jìn)行設(shè)定及修改。圖10-13導(dǎo)線(xiàn)編輯對(duì)話(huà)框

1.啟動(dòng)檢查進(jìn)程

執(zhí)行【Tools】菜單下的【DesignRuleCheck…】命令，在如圖10-13所示的檢查選項(xiàng)設(shè)置窗內(nèi)選擇檢查項(xiàng)目及檢查結(jié)果報(bào)告文件名，再單擊【RunDRC】按鈕啟動(dòng)檢查進(jìn)程。

PCB編輯器提供了“Report”(產(chǎn)生報(bào)告文件)和“On-Line”(在線(xiàn)檢測(cè)，不產(chǎn)生報(bào)告文件，在印制板編輯區(qū)直接給出錯(cuò)誤標(biāo)記)兩種檢測(cè)方式，其中“Report”方式功能最完善?！癛eport”檢測(cè)方式的檢查項(xiàng)目如圖10-14所示，其中：10.3設(shè)計(jì)規(guī)則檢查

(1)“布線(xiàn)規(guī)則檢查項(xiàng)”，該項(xiàng)提供了以下選項(xiàng)：

“ClearanceConstraint”(安全間距)檢查選項(xiàng)。如果在工作參數(shù)設(shè)置窗內(nèi)允許在線(xiàn)檢測(cè)，則在自動(dòng)布線(xiàn)和手工調(diào)整過(guò)程中，導(dǎo)電圖形間距不會(huì)小于設(shè)定的安全間距。

“Max/MinWidthConstraint”(最大/最小線(xiàn)寬限制)檢查選項(xiàng)。

“ShortCircuitConstraint”(最短走線(xiàn))檢查選項(xiàng)。

“Un-RoutedNetConstraint”(檢查沒(méi)有布線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò))。

(2)“高速驅(qū)動(dòng)規(guī)則”檢查項(xiàng)，該項(xiàng)提供了與高速驅(qū)動(dòng)規(guī)則設(shè)置有關(guān)的檢查項(xiàng)目。

(3)“制造規(guī)則”檢查項(xiàng)，該項(xiàng)提供了最小夾角、最小焊盤(pán)等檢查項(xiàng)目。

(4)“Dptions”選項(xiàng)。如果希望產(chǎn)生報(bào)告文件，則必須選擇“創(chuàng)建檢查報(bào)告”復(fù)選項(xiàng)。圖10-14設(shè)計(jì)規(guī)則檢查項(xiàng)目設(shè)置窗

2.報(bào)告文件內(nèi)容

如果選擇產(chǎn)生報(bào)告文件，則檢查結(jié)束后，PCB編輯器自動(dòng)進(jìn)入文本狀態(tài)，顯示檢查結(jié)果文件(擴(kuò)展名為.drc)。

3.分析并修正錯(cuò)誤信息

認(rèn)真分析報(bào)告文件中的錯(cuò)誤信息，單擊“設(shè)計(jì)文件管理器”窗口內(nèi)的“Explorer”標(biāo)簽，再單擊相應(yīng)的PCB文件圖標(biāo)，返回PCB編輯器。單擊PCB編輯器瀏覽對(duì)象下拉按鈕，在瀏覽對(duì)象列表