PCB規(guī)劃、布局和布線的巧妙技巧
發(fā)布時(shí)間:2014-09-10 責(zé)任編輯:sherryyu
【導(dǎo)讀】隨著PCB尺寸要求越來(lái)越小,器件密度要求越來(lái)越高,PCB設(shè)計(jì)的難度也越來(lái)越大。如何實(shí)現(xiàn)PCB高的布通率以及縮短設(shè)計(jì)時(shí)間,在這筆者談?wù)剬?duì)PCB規(guī)劃、布局和布線的設(shè)計(jì)技巧。
PCB(PrintedCircuitBoard),中文名稱為印制電路板,又稱印刷電路板、印刷線路板,是重要的電子部件,是電子元器件的支撐體,是電子元器件電氣連接的提供者。由于它是采用電子印刷術(shù)制作的,故被稱為“印刷”電路板。
隨著PCB尺寸要求越來(lái)越小,器件密度要求越來(lái)越高,PCB設(shè)計(jì)的難度也越來(lái)越大。如何實(shí)現(xiàn)PCB高的布通率以及縮短設(shè)計(jì)時(shí)間,在這筆者談?wù)剬?duì)PCB規(guī)劃、布局和布線的設(shè)計(jì)技巧。
在開(kāi)始布線之前應(yīng)該對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行認(rèn)真的分析以及對(duì)工具軟件進(jìn)行認(rèn)真的設(shè)置,這會(huì)使設(shè)計(jì)更加符合要求。
1確定PCB的層數(shù)
電路板尺寸和布線層數(shù)需要在設(shè)計(jì)初期確定。布線層的數(shù)量以及層疊(STack-up)方式會(huì)直接影響到印制線的布線和阻抗。板的大小有助于確定層疊方式和印制線寬度,實(shí)現(xiàn)期望的設(shè)計(jì)效果。目前多層板之間的成本差別很小,在開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)最好采用較多的電路層并使敷銅均勻分布。
2設(shè)計(jì)規(guī)則和限制
要順利完成布線任務(wù),布線工具需要在正確的規(guī)則和限制條件下工作。要對(duì)所有特殊要求的信號(hào)線進(jìn)行分類,每個(gè)信號(hào)類都應(yīng)該有優(yōu)先級(jí),優(yōu)先級(jí)越高,規(guī)則也越嚴(yán)格。規(guī)則涉及印制線寬度、過(guò)孔的最大數(shù)量、平行度、信號(hào)線之間的相互影響以及層的限制,這些規(guī)則對(duì)布線工具的性能有很大影響。
認(rèn)真考慮設(shè)計(jì)要求是成功布線的重要一步。
3組件的布局
在最優(yōu)化裝配過(guò)程中,可制造性設(shè)計(jì)(DFM)規(guī)則會(huì)對(duì)組件布局產(chǎn)生限制。如果裝配部門允許組件移動(dòng),可以對(duì)電路適當(dāng)優(yōu)化,更便于自動(dòng)布線。所定義的規(guī)則和約束條件會(huì)影響布局設(shè)計(jì)。自動(dòng)布線工具一次只會(huì)考慮一個(gè)信號(hào),通過(guò)設(shè)置布線的約束條件以及設(shè)定可布信號(hào)線的層,可以使布線工具能像設(shè)計(jì)師所設(shè)想的那樣完成布線。
比如,對(duì)于電源線的布局:
①在PCB布局中應(yīng)將電源退耦電路設(shè)計(jì)在各相關(guān)電路附近,而不要放置在電源部分,否則既影響旁路效果,又會(huì)在電源線和地線上流過(guò)脈動(dòng)電流,造成竄擾;
②對(duì)于電路內(nèi)部的電源走向,應(yīng)采取從末級(jí)向前級(jí)供電,并將該部分的電源濾波電容安排在末級(jí)附近;
③對(duì)于一些主要的電流通道,如在調(diào)試和檢測(cè)過(guò)程中要斷開(kāi)或測(cè)量電流,在布局時(shí)應(yīng)在印制導(dǎo)線上安排電流缺口。
另外,要注意穩(wěn)壓電源在布局時(shí),盡可能安排在單獨(dú)的印制板上。當(dāng)電源與電路合用印制板時(shí),在布局中,應(yīng)該避免穩(wěn)壓電源與電路元件混合布設(shè)或是使電源和電路合用地線。
因?yàn)檫@種布線不僅容易產(chǎn)生干擾,同時(shí)在維修時(shí)無(wú)法將負(fù)載斷開(kāi),到時(shí)只能切割部分印制導(dǎo)線,從而損傷印制板。
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4扇出設(shè)計(jì)
在扇出設(shè)計(jì)階段,表面貼裝器件的每一個(gè)引腳至少應(yīng)有一個(gè)過(guò)孔,以便在需要更多的連接時(shí),電路板能夠進(jìn)行內(nèi)層連接、在線測(cè)試和電路再處理。
為了使自動(dòng)布線工具效率最高,一定要盡可能使用最大的過(guò)孔尺寸和印制線,間隔設(shè)置為50mil較為理想。要采用使布線路徑數(shù)最大的過(guò)孔類型。經(jīng)過(guò)慎重考慮和預(yù)測(cè),電路在線測(cè)試的設(shè)計(jì)可在設(shè)計(jì)初期進(jìn)行,在生產(chǎn)過(guò)程后期實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)布線路徑和電路在線測(cè)試來(lái)確定過(guò)孔扇出類型,電源和接地也會(huì)影響到布線和扇出設(shè)計(jì)。
5手動(dòng)布線以及關(guān)鍵信號(hào)的處理
手動(dòng)布線在現(xiàn)在和將來(lái)都是印刷電路板設(shè)計(jì)的一個(gè)重要過(guò)程,采用手動(dòng)布線有助于自動(dòng)布線工具完成布線工作。
通過(guò)對(duì)挑選出的網(wǎng)絡(luò)(net)進(jìn)行手動(dòng)布線并加以固定,可以形成自動(dòng)布線時(shí)可依據(jù)的路徑。
首先對(duì)關(guān)鍵信號(hào)進(jìn)行布線,手動(dòng)布線或結(jié)合自動(dòng)布線工具均可。布線完成后,再由有關(guān)的工程技術(shù)人員對(duì)這些信號(hào)布線進(jìn)行檢查,檢查通過(guò)后,將這些線固定,然后開(kāi)始對(duì)其余信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)布線。
由于地線中阻抗的存在,會(huì)給電路帶來(lái)共阻抗干擾。因此,在布線時(shí)不可將凡有接地符號(hào)的點(diǎn)隨意連接,這可能會(huì)產(chǎn)生有害的耦合,影響電路的工作。
頻率較高時(shí),導(dǎo)線的感抗將比導(dǎo)線本身的電阻大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。這時(shí)導(dǎo)線上即使只流過(guò)很小的高頻電流,也會(huì)產(chǎn)生一定的高頻電壓降。因此,對(duì)高頻電路來(lái)說(shuō),PCB布局盡可能排列緊湊,使印制導(dǎo)線盡可能短。
印制導(dǎo)線之間還有互感和電容,當(dāng)工作頻率較大時(shí),會(huì)對(duì)其它部分產(chǎn)生干擾,稱為寄生耦合干擾。可以采取的抑制方式有:
①盡量縮短各級(jí)間的信號(hào)走線;
②按信號(hào)的順序排列各級(jí)電路,避免各級(jí)信號(hào)線相互跨越;
③相鄰的兩面板的導(dǎo)線要垂直或交叉,不能平行;
④當(dāng)板內(nèi)要平行布設(shè)信號(hào)導(dǎo)線時(shí),應(yīng)使這些導(dǎo)線盡可能間隔一定的距離,或用地線、電源線隔開(kāi),達(dá)到屏蔽的目的。
6自動(dòng)布線
對(duì)關(guān)鍵信號(hào)的布線需要考慮在布線時(shí)控制一些電參數(shù),比如減小分布電感等,在了解自動(dòng)布線工具有哪些輸入?yún)?shù)以及輸入?yún)?shù)對(duì)布線的影響后,自動(dòng)布線的質(zhì)量在一定程度上可以得到保證。
在對(duì)信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)布線時(shí)應(yīng)該采用通用規(guī)則。通過(guò)設(shè)置限制條件和禁止布線區(qū)來(lái)限定給定信號(hào)所使用的層以及所用到的過(guò)孔數(shù)量,布線工具就能按照工程師的設(shè)計(jì)思想來(lái)自動(dòng)布線。在設(shè)置好約束條件和應(yīng)用所創(chuàng)建的規(guī)則后,自動(dòng)布線將會(huì)達(dá)到與預(yù)期相近的結(jié)果,在一部分設(shè)計(jì)完成以后,將其固定下來(lái),以防止受到后邊布線過(guò)程的影響。
布線次數(shù)取決于電路的復(fù)雜性和所定義的通用規(guī)則的多少?,F(xiàn)在的自動(dòng)布線工具功能非常強(qiáng)大,通常可完成100%的布線。但是,當(dāng)自動(dòng)布線工具未完成全部信號(hào)布線時(shí),就需對(duì)余下的信號(hào)進(jìn)行手動(dòng)布線。
7布線的整理
一些約束條件很少的信號(hào),布線的長(zhǎng)度很長(zhǎng),這時(shí)可以先判斷出哪些布線合理,哪些布線不合理,再通過(guò)手動(dòng)編輯來(lái)縮短信號(hào)布線長(zhǎng)度和減少過(guò)孔數(shù)量。
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