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祥讲PCB设计的六个流程

2014-12-15 15:19:50 2219 元器件

0 设计流程 PCB 的设计流程分为网表输入、规则设置、元器件布局、布线、检查、复查、输出六个步骤. 2.1 网表输入网表输入有两种方法，一种是使用 PowerLogic 的 OLE PowerPCB Connection 功能，选择 Send Netlist，应用 OLE，可以随时保持原理图和 PCB 图的一致，尽量减少出错的可能。另一种方法是直接在 PowerPCB 中装载网表，选择 File->Import，将原理图生成的网表输入进来。 2.2 规则设置如果在原理图设计阶段就已经把 PCB 的设计规则设置好的话，就不用再进行设置这些规则了，因为输入网表时，设计规则已随网表输入进 PowerPCB 了。如果修改了设计规则，必须同步原理图，保证原理图和 PCB 的一致。除了设计规则和层定义外，还有一些规则需要设置，比如 Pad Stacks，需要修改标准过孔的大小。如果设计者新建了一个焊盘或过孔，一定要加上 Layer 25。注意： PCB 设计规则、层定义、过孔设置、CAM 输出设置已经作成缺省启动文件，名称为 Default.stp，网表输入进来以后，按照设计的实际情况，把电源网络和地分配给电源层和地层，并设置其它高级规则。在所有的规则都设置好以后，在 PowerLogic 中，使用 OLE PowerPCB Connection 的 Rules From PCB 功能，更新原理图中的规则设置，保证原理图和 PCB 图的规则一致。 2.3 元器件布局网表输入以后，所有的元器件都会放在工作区的零点，重叠在一起，下一步的工作就是把这些元器件分开，按照一些规则摆放整齐，即元器件布局。PowerPCB 提供了两种方法，手工布局和自动布局。 2.3.1 手工布局 1. 工具印制板的结构尺寸画出板边（Board Outline）。 2. 将元器件分散（Disperse Components），元器件会排列在板边的周围。 3. 把元器件一个一个地移动、旋转，放到板边以内，按照一定的规则摆放整齐。 2.3.2 自动布局PowerPCB 提供了自动布局和自动的局部簇布局，但对大多数的设计来说，效果并不理想，不推荐使用。 2.3.3 注意事项 a. 布局的首要原则是保证布线的布通率，移动器件时注意飞线的连接，把有连线关系的器件放在一起 b. 数字器件和模拟器件要分开，尽量远离 c. 去耦电容尽量靠近器件的 VCC d. 放置器件时要考虑以后的焊接，不要太密集 e. 多使用软件提供的 Array 和 Union 功能，提高布局的效率 2.4 布线布线的方式也有两种，手工布线和自动布线。 PowerPCB 提供的手工布线功能十分强大，包括自动推挤、在线设计规则检查（DRC），自动布线由 Specctra 的布线引擎进行，通常这两种方法配合使用，常用的步骤是手工—自动—手工。 2.4.1 手工布线 1. 自动布线前，先用手工布一些重要的网络，比如高频时钟、主电源等，这些网络往往对走线距离、线宽、线间距、屏蔽等有特殊的要求；另外一些特殊封装，如 BGA，自动布线很难布得有规则，也要用手工布线。 2. 自动布线以后，还要用手工布线对 PCB 的走线进行调整。 2.4.2 自动布线手工布线结束以后，剩下的网络就交给自动布线器来自布。选择 Tools->SPECCTRA，启动 Specctra 布线器的接口，设置好 DO 文件，按 Continue 就启动了 Specctra 布线器自动布线，结束后如果布通率为 100%，那么就可以进行手工调整布线了；如果不到 100%，说明布局或手工布线有问题，需要调整布局或手工布线，直至全部布通为止。 2.4.3 注意事项 a. 电源线和地线尽量加粗 b. 去耦电容尽量与 VCC 直接连接 c. 设置Specctra 的 DO 文件时，首先添加 Protectall wires 命令，保护手工布的线不被自动布线器重布 d. 如果有混合电源层，应该将该层定义为 Split/mixed Plane，在布线之前将其分割，布完线之后，使用 PourManager 的 Plane Connect 进行覆铜 e. 将所有的器件管脚设置为热焊盘方式，做法是将 Filter 设为 Pins，选中所有的管脚，修改属性，在 Thermal 选项前打勾 f. 手动布线时把 DRC 选项打开，使用动态布线（Dynamic Route） 2.5 检查检查的项目有间距（Clearance）、连接性（Connectivity）、高速规则（High Speed）和电源层（Plane），这些项目可以选择 Tools->Verify Design 进行。如果设置了高速规则，必须检查，否则可以跳过这一项。检查出错误，必须修改布局和布线。注意：有些错误可以忽略，例如有些接插件的 Outline 的一部分放在了板框外，检查间距时会出错；另外每次修改过走线和过孔之后，都要重新覆铜一次。 2.6 复查复查根据“PCB 检查表”，内容包括设计规则，层定义、线宽、间距、焊盘、过孔设置；还要重点复查器件布局的合理性，电源、地线网络的走线，高速时钟网络的走线与屏蔽，去耦电容的摆放和连接等。复查不合格，设计者要修改布局和布线，合格之后，复查者和设计者分别签字。 2.7 设计输出PCB 设计可以输出到打印机或输出光绘文件。打印机可以把 PCB 分层打印，便于设计者和复查者检查；光绘文件交给制板厂家，生产印制板。光绘文件的输出十分重要，关系到这次设计的成败，下面将着重说明输出光绘文件的注意事项。 a. 需要输出的层有布线层（包括顶层、底层、中间布线层）、电源层（包括 VCC 层和 GND 层）、丝印层（包括顶层丝印、底层丝印）、阻焊层（包括顶层阻焊和底层阻焊），另外还要生成钻孔文件（NC Drill） b. 如果电源层设置为 Split/Mixed，那么在 Add Document 窗口的 Document 项选择 Routing，并且每次输出光绘文件之前，都要对 PCB 图使用 Pour Manager 的 Plane Connect 进行覆铜；如果设置为 CAM Plane，则选择 Plane，在设置 Layer 项的时候，要把 Layer25 加上，在 Layer25 层中选择 pads 和 Viasc. 在设备设置窗口（按 Device Setup），将 Aperture 的值改为 199 d. 在设置每层的 Layer 时，将 Board Outline 选上 e. 设置丝印层的 Layer 时，不要选择 Part Type，选择顶层（底层）和丝印层的 Outline、Text、Line f. 设置阻焊层的 Layer 时，选择过孔表示过孔上不加阻焊，不选过孔表示家阻焊，视具体情况确定 g. 生成钻孔文件时，使用 PowerPCB 的缺省设置，不要作任何改动 h. 所有光绘文件输出以后，用 CAM350 打开并打印，由设计者和复查者根据 “PCB 检查表”检查过孔（via）是多层 PCB 的重要组成部分之一，钻孔的费用通常占 PCB 制板费用的 30%到 40%。简单的说来，PCB 上的每一个孔都可以称之为过孔。从作用上看，过孔可以分成两类：一是用作各层间的电气连接；二是用作器件的固定或定位。如果从工艺制程上来说，这些过孔一般又分为三类，即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路的连接，孔的深度通常不超过一定的比率(孔径)。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔，它不会延伸到线路板的表面。上述两类孔都位于线路板的内层，层压前利用通孔成型工艺完成，在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。第三种称为通孔，这种孔穿过整个线路板，可用于实现内部互连或作为元件的安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现，成本较低，所以绝大部分印刷电路板均使用它，而不用另外两种过孔。以下所说的过孔，没有特殊说明的，均作为通孔考虑。从设计的角度来看，一个过孔主要由两个部分组成，一是中间的钻孔（drill hole）,二是钻孔周围的焊盘区，见下图。这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小。很显然，在高速高密度的 PCB 设计时，设计者总是希望过孔越小越好，这样板上可以留有更多的布线空间，此外，过孔越小，其自身的寄生电容也越小，更适合用于高速电路。但孔尺寸的减小同时带来了成本的增加，而且过孔的尺寸不可能无限制的减小，它受到钻孔(drill)和电镀 plating）等工艺技术的限制：孔越小，钻孔需花费的时间越长，也越容易偏离中心位置；且当孔的深度超过钻孔直径的 6 倍时，就无法保证孔壁能均匀镀铜。比如，现在正常的一块 6 层 PCB 板的厚度（通孔深度）为 50Mil 左右，所以 PCB 厂家能提供的钻孔直径最小只能达到 8Mil。二、过孔的寄生电容过孔本身存在着对地的寄生电容，如果已知过孔在铺地层上的隔离孔直径为D2,过孔焊盘的直径为 D1,PCB 板的厚度为 T,板基材介电常数为 ε,则过孔的寄生电容大小近似于： C=1.41εTD1/(D2-D1) 过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间，降低了电路的速度。举例来说，对于一块厚度为 50Mil 的 PCB 板，如果使用内径为 10Mil，焊盘直径为 20Mil 的过孔，焊盘与地铺铜区的距离为 32Mil,则我们可以通过上面的公式近似算出过孔的寄生电容大致是： C=1.41×4.4×0.050×0.020/(0.032-0.020)=0.517pF，这部分电容引起的上升时间变化量为： T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2×0.517x(55/2)=31.28ps。从这些数值可以看出，尽管单个过孔的寄生电容引起的上升延变缓的效用不是很明显，但是如果走线中多次使用过孔进行层间的切换，设计者还是要慎重考虑的。三、过孔的寄生电感同样，过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感，在高速数字电路的设计中，过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，减弱整个电源系统的滤波效用。我们可以用下面的公式来简单地计算一个过孔近似的寄生电感： L=5.08h[ln(4h/d)+1]其中 L 指过孔的电感，h 是过孔的长度，d是中心钻孔的直径。从式中可以看出，过孔的直径对电感的影响较小，而对电感影响最大的是过孔的长度。仍然采用上面的例子，可以计算出过孔的电感为： L= 5.08×0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH。如果信号的上升时间是 1ns，那么其等效阻抗大小为：XL=πL/T10-90=3.19Ω。这样的阻抗在有高频电流的通过已经不能够被略，特别要注意，旁路电容在连接电源层和地层的时候需要通过两个过孔，这样过孔的寄生电感就会成倍增加。四、高速 PCB 中的过孔设计通过上面对过孔寄生特性的分析，我们可以看到，在高速 PCB 设计中，看似简单的过孔往往也会给电路 1、从成本和信号质量两方面考虑，选择合理尺寸的过孔大小。比如对 6-10 层的内存模块 PCB 设计来说，选用 10/20Mil（钻孔/焊盘）的过孔较好，对于一些高密度的小尺寸的板子，也可以尝试使用 8/18Mil 的过孔。目前技术条件下，很难使用更小尺寸的过孔了。对电源或地线的过孔则可以考虑使用较大尺寸，以减小阻抗。 2、上面讨论的两个公式可以得出，使用较薄的 PCB 板有利于减小过孔的两种寄生参数。 3、PCB 板上的信号走线尽量不换层，也就是说尽量不要使用不必要的过孔。 4、电源和地的管脚要就近打过孔，过孔和管脚之间的引线越短越好，因为它们会导致电感的增加。同时电源和地的引线要尽可能粗以减少阻抗。 5、在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔，以便为信号提供最近的回路。甚至可以在 PCB 板上大量放置一些多余的接地过孔。当然，在设计时还需要灵活多变。前面讨论的过孔模型是每层均有焊盘的情况，也有的时候，我们可以将某些层的焊盘减小甚至去掉。特别是在过孔密度非常大的情况下，可能会导致在铺铜层形成一个隔断回路的断槽，解决这样的问题除了移动过孔的位置，我们还可以考虑将过孔在该铺铜层的焊盘尺寸减小 2
2014-12-15 15:19:50　　评论淘帖0 举报相关推荐 • 高速PCB设计的六个规则 0 • PCB设计的六个检查阶段 3665 • 六个技巧简化任何射频PCB设计任务 1157 • PCB设计后期检查的六个重点 704 • 六个好习惯让你的PCB设计更优 4026 • 六个好习惯让你的PCB设计更优 2197 • 六个好习惯让你的PCB设计更优 3854 • 六个好习惯让你轻松搞定PCB设计 175 • 板卡硬件调试流程的六个步骤 4205 • pcb如何显示所有层，只要六个步骤 9058 4 个讨论