PCB LAYOUT技術(shù)大全

1.原理圖常見(jiàn)錯誤：
（1）ERC報告管腳沒(méi)有接入信號：
a. 創(chuàng )建封裝時(shí)給管腳定義了I/O屬性；
b.創(chuàng )建元件或放置元件時(shí)修改了不一致的grid屬性，管腳與線(xiàn)沒(méi)有連上；
c. 創(chuàng )建元件時(shí)pin方向反向，必須非pin name端連線(xiàn)。
（2）元件跑到圖紙界外：沒(méi)有在元件庫圖表紙中心創(chuàng )建元件。
（3）創(chuàng )建的工程文件網(wǎng)絡(luò )表只能部分調入pcb：生成netlist時(shí)沒(méi)有選擇為global。
（4）當使用自己創(chuàng )建的多部分組成的元件時(shí)，千萬(wàn)不要使用annotate.

2.PCB中常見(jiàn)錯誤：
（1）網(wǎng)絡(luò )載入時(shí)報告NODE沒(méi)有找到：
a. 原理圖中的元件使用了pcb庫中沒(méi)有的封裝；
b. 原理圖中的元件使用了pcb庫中名稱(chēng)不一致的封裝；
c. 原理圖中的元件使用了pcb庫中pin number不一致的封裝。如三極管：sch中pin number 為e,b,c, 而pcb中為1，2，3。

（2）打印時(shí)總是不能打印到一頁(yè)紙上：
a. 創(chuàng )建pcb庫時(shí)沒(méi)有在原點(diǎn)；
b. 多次移動(dòng)和旋轉了元件，pcb板界外有隱藏的字符。選擇顯示所有隱藏的字符， 縮小pcb, 然后移動(dòng)字符到邊界內。

（3）DRC報告網(wǎng)絡(luò )被分成幾個(gè)部分：
表示這個(gè)網(wǎng)絡(luò )沒(méi)有連通，看報告文件，使用選擇CONNECTED COPPER查找。
另外提醒朋友盡量使用WIN2000, 減少藍屏的機會(huì )；多幾次導出文件，做成新的DDB文件，減少文件尺寸和PROTEL僵死的機會(huì )。如果作較復雜得設計，盡量不要使用自動(dòng)布線(xiàn)。

    在PCB設計中，布線(xiàn)是完成產(chǎn)品設計的重要步驟，可以說(shuō)前面的準備工作都是為它而做的， 在整個(gè)PCB中，以布線(xiàn)的設計過(guò)程限定最高，技巧最細、工作量最大。PCB布線(xiàn)有單面布線(xiàn)、 雙面布線(xiàn)及多層布線(xiàn)。布線(xiàn)的方式也有兩種：自動(dòng)布線(xiàn)及交互式布線(xiàn)，在自動(dòng)布線(xiàn)之前， 可以用交互式預先對要求比較嚴格的線(xiàn)進(jìn)行布線(xiàn)，輸入端與輸出端的邊線(xiàn)應避免相鄰平行， 以免產(chǎn)生反射干擾。必要時(shí)應加地線(xiàn)隔離，兩相鄰層的布線(xiàn)要互相垂直，平行容易產(chǎn)生寄生耦合。

    自動(dòng)布線(xiàn)的布通率，依賴(lài)于良好的布局，布線(xiàn)規則可以預先設定， 包括走線(xiàn)的彎曲次數、導通孔的數目、步進(jìn)的數目等。一般先進(jìn)行探索式布經(jīng)線(xiàn)，快速地把短線(xiàn)連通， 然后進(jìn)行迷宮式布線(xiàn)，先把要布的連線(xiàn)進(jìn)行全局的布線(xiàn)路徑優(yōu)化，它可以根據需要斷開(kāi)已布的線(xiàn)。 并試著(zhù)重新再布線(xiàn)，以改進(jìn)總體效果。

    對目前高密度的PCB設計已感覺(jué)到貫通孔不太適應了， 它浪費了許多寶貴的布線(xiàn)通道，為解決這一矛盾，出現了盲孔和埋孔技術(shù)，它不僅完成了導通孔的作用， 還省出許多布線(xiàn)通道使布線(xiàn)過(guò)程完成得更加方便，更加流暢，更為完善，PCB 板的設計過(guò)程是一個(gè)復雜而又簡(jiǎn)單的過(guò)程，要想很好地掌握它，還需廣大電子工程設計人員去自已體會(huì )， 才能得到其中的真諦。

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2、設計流程
PCB的設計流程分為網(wǎng)表輸入、規則設置、元器件布局、布線(xiàn)、檢查、復查、輸出六個(gè)步驟.

2.1 網(wǎng)表輸入
    網(wǎng)表輸入有兩種方法，一種是使用PowerLogic的OLE PowerPCB Connection功能，選擇Send Netlist，應用OLE功能，可以隨時(shí)保持原理圖和PCB圖的一致，盡量減少出錯的可能。另一種方法是直接在PowerPCB中裝載網(wǎng)表，選擇File->Import，將原理圖生成的網(wǎng)表輸入進(jìn)來(lái)。

2.2 規則設置
    如果在原理圖設計階段就已經(jīng)把PCB的設計規則設置好的話(huà)，就不用再進(jìn)行設置.
    這些規則了，因為輸入網(wǎng)表時(shí)，設計規則已隨網(wǎng)表輸入進(jìn)PowerPCB了。如果修改了設計規則，必須同步原理圖，保證原理圖和PCB的一致。除了設計規則和層定義外，還有一些規則需要設置，比如Pad Stacks，需要修改標準過(guò)孔的大小。如果設計者新建了一個(gè)焊盤(pán)或過(guò)孔，一定要加上Layer 25。

注意：
     PCB設計規則、層定義、過(guò)孔設置、CAM輸出設置已經(jīng)作成缺省啟動(dòng)文件，名稱(chēng)為Default.stp，網(wǎng)表輸入進(jìn)來(lái)以后，按照設計的實(shí)際情況，把電源網(wǎng)絡(luò )和地分配給電源層和地層，并設置其它高級規則。在所有的規則都設置好以后，在PowerLogic中，使用OLE PowerPCB Connection的Rules From PCB功能，更新原理圖中的規則設置，保證原理圖和PCB圖的規則一致。

2.3 元器件布局
網(wǎng)表輸入以后，所有的元器件都會(huì )放在工作區的零點(diǎn)，重疊在一起，下一步的工作就是把這些元器件分開(kāi)，按照一些規則擺放整齊，即元器件布局。PowerPCB提供了兩種方法，手工布局和自動(dòng)布局。

2.3.1 手工布局
1. 工具印制板的結構尺寸畫(huà)出板邊（Board Outline）。
2. 將元器件分散（Disperse Components），元器件會(huì )排列在板邊的周?chē)?BR>3. 把元器件一個(gè)一個(gè)地移動(dòng)、旋轉，放到板邊以?xún)?，按照一定的規則擺放整齊。

2.3.2 自動(dòng)布局
PowerPCB提供了自動(dòng)布局和自動(dòng)的局部簇布局，但對大多數的設計來(lái)說(shuō)，效果并不理想，不推薦使用。

2.3.3 注意事項
a. 布局的首要原則是保證布線(xiàn)的布通率，移動(dòng)器件時(shí)注意飛線(xiàn)的連接，把有連線(xiàn)關(guān)系的器件放在一起
b. 數字器件和模擬器件要分開(kāi)，盡量遠離
c. 去耦電容盡量靠近器件的VCC
d. 放置器件時(shí)要考慮以后的焊接，不要太密集
e. 多使用軟件提供的Array和Union功能，提高布局的效率

2.4 布線(xiàn)
    布線(xiàn)的方式也有兩種，手工布線(xiàn)和自動(dòng)布線(xiàn)。PowerPCB提供的手工布線(xiàn)功能十分強大，包括自動(dòng)推擠、在線(xiàn)設計規則檢查（DRC），自動(dòng)布線(xiàn)由Specctra的布線(xiàn)引擎進(jìn)行，通常這兩種方法配合使用，常用的步驟是手工—自動(dòng)—手工。

2.4.1 手工布線(xiàn)
1. 自動(dòng)布線(xiàn)前，先用手工布一些重要的網(wǎng)絡(luò )，比如高頻時(shí)鐘、主電源等，這些網(wǎng)絡(luò )往往對走線(xiàn)距離、線(xiàn)寬、線(xiàn)間距、屏蔽等有特殊的要求；另外一些特殊封裝，如BGA，自動(dòng)布線(xiàn)很難布得有規則，也要用手工布線(xiàn)。
2. 自動(dòng)布線(xiàn)以后，還要用手工布線(xiàn)對PCB的走線(xiàn)進(jìn)行調整。

2.4.2 自動(dòng)布線(xiàn)
    手工布線(xiàn)結束以后，剩下的網(wǎng)絡(luò )就交給自動(dòng)布線(xiàn)器來(lái)自布。選擇Tools->SPECCTRA，啟動(dòng)Specctra布線(xiàn)器的接口，設置好DO文件，按Continue就啟動(dòng)了Specctra布線(xiàn)器自動(dòng)布線(xiàn)，結束后如果布通率為100%，那么就可以進(jìn)行手工調整布線(xiàn)了；如果不到100%，說(shuō)明布局或手工布線(xiàn)有問(wèn)題，需要調整布局或手工布線(xiàn)，直至全部布通為止。

2.4.3 注意事項
a. 電源線(xiàn)和地線(xiàn)盡量加粗
b. 去耦電容盡量與VCC直接連接
c. 設置Specctra的DO文件時(shí)，首先添加Protect all wires命令，保護手工布的線(xiàn)不被自動(dòng)布線(xiàn)器重布
d. 如果有混合電源層，應該將該層定義為Split/mixed Plane，在布線(xiàn)之前將其分割，布完線(xiàn)之后，使用Pour Manager的Plane Connect進(jìn)行覆銅
e. 將所有的器件管腳設置為熱焊盤(pán)方式，做法是將Filter設為Pins，選中所有的管腳，修改屬性，在Thermal選項前打勾
f. 手動(dòng)布線(xiàn)時(shí)把DRC選項打開(kāi)，使用動(dòng)態(tài)布線(xiàn)（Dynamic Route）

2.5 檢查
    檢查的項目有間距（Clearance）、連接性（Connectivity）、高速規則（High Speed）和電源層（Plane），這些項目可以選擇Tools->Verify Design進(jìn)行。如果設置了高速規則，必須檢查，否則可以跳過(guò)這一項。檢查出錯誤，必須修改布局和布線(xiàn)。

注意：
    有些錯誤可以忽略，例如有些接插件的Outline的一部分放在了板框外，檢查間距時(shí)會(huì )出錯；另外每次修改過(guò)走線(xiàn)和過(guò)孔之后，都要重新覆銅一次。

2.6 復查
    復查根據“PCB檢查表”，內容包括設計規則，層定義、線(xiàn)寬、間距、焊盤(pán)、過(guò)孔設置；還要重點(diǎn)復查器件布局的合理性，電源、地線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的走線(xiàn)，高速時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò )的走線(xiàn)與屏蔽，去耦電容的擺放和連接等。復查不合格，設計者要修改布局和布線(xiàn)，合格之后，復查者和設計者分別簽字。

2.7 設計輸出
    PCB設計可以輸出到打印機或輸出光繪文件。打印機可以把PCB分層打印，便于設計者和復查者檢查；光繪文件交給制板廠(chǎng)家，生產(chǎn)印制板。光繪文件的輸出十分重要，關(guān)系到這次設計的成敗，下面將著(zhù)重說(shuō)明輸出光繪文件的注意事項。

a. 需要輸出的層有布線(xiàn)層（包括頂層、底層、中間布線(xiàn)層）、電源層（包括VCC層和GND層）、絲印層（包括頂層絲印、底層絲?。?、阻焊層（包括頂層阻焊和底層阻焊），另外還要生成鉆孔文件（NC Drill）

b. 如果電源層設置為Split/Mixed，那么在A(yíng)dd Document窗口的Document項選擇Routing，并且每次輸出光繪文件之前，都要對PCB圖使用Pour Manager的Plane Connect進(jìn)行覆銅；如果設置為CAM Plane，則選擇Plane，在設置Layer項的時(shí)候，要把Layer25加上，在Layer25層中選擇Pads和Viasc. 在設備設置窗口（按Device Setup），將Aperture的值改為199

d. 在設置每層的Layer時(shí)，將Board Outline選上
e. 設置絲印層的Layer時(shí)，不要選擇Part Type，選擇頂層（底層）和絲印層的Outline、Text、Line
f. 設置阻焊層的Layer時(shí)，選擇過(guò)孔表示過(guò)孔上不加阻焊，不選過(guò)孔表示家阻焊，視具體情況確定
g. 生成鉆孔文件時(shí)，使用PowerPCB的缺省設置，不要作任何改動(dòng)。
h. 所有光繪文件輸出以后，用CAM350打開(kāi)并打印，由設計者和復查者根據“PCB檢查表”檢查。

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                                              過(guò)孔

    過(guò)孔（via）是多層PCB的重要組成部分之一，鉆孔的費用通常占PCB制板費用的30%到40%。簡(jiǎn)單的說(shuō)來(lái)，PCB上的每一個(gè)孔都可以稱(chēng)之為過(guò)孔。從作用上看，過(guò)孔可以分成兩類(lèi)：一是用作各層間的電氣連接；二是用作器件的固定或定位。如果從工藝制程上來(lái)說(shuō)，這些過(guò)孔一般又分為三類(lèi)，即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷線(xiàn)路板的頂層和底層表面，具有一定深度，用于表層線(xiàn)路和下面的內層線(xiàn)路的連接，孔的深度通常不超過(guò)一定的比率(孔徑)。埋孔是指位于印刷線(xiàn)路板內層的連接孔，它不會(huì )延伸到線(xiàn)路板的表面。上述兩類(lèi)孔都位于線(xiàn)路板的內層，層壓前利用通孔成型工藝完成，在過(guò)孔形成過(guò)程中可能還會(huì )重疊做好幾個(gè)內層。第三種稱(chēng)為通孔，這種孔穿過(guò)整個(gè)線(xiàn)路板，可用于實(shí)現內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，成本較低，所以絕大部分印刷電路板均使用它，而不用另外兩種過(guò)孔。以下所說(shuō)的過(guò)孔，沒(méi)有特殊說(shuō)明的，均作為通孔考慮。

    從設計的角度來(lái)看，一個(gè)過(guò)孔主要由兩個(gè)部分組成，一是中間的鉆孔（drill hole）,二是鉆孔周?chē)暮副P(pán)區，見(jiàn)下圖。這兩部分的尺寸大小決定了過(guò)孔的大小。很顯然，在高速,高密度的PCB設計時(shí)，設計者總是希望過(guò)孔越小越好，這樣板上可以留有更多的布線(xiàn)空間，此外，過(guò)孔越小，其自身的寄生電容也越小，更適合用于高速電路。但孔尺寸的減小同時(shí)帶來(lái)了成本的增加，而且過(guò)孔的尺寸不可能無(wú)限制的減小，它受到鉆孔(drill)和電鍍（plating）等工藝技術(shù)的限制：孔越小，鉆孔需花費的時(shí)間越長(cháng)，也越容易偏離中心位置；且當孔的深度超過(guò)鉆孔直徑的6倍時(shí)，就無(wú)法保證孔壁能均勻鍍銅。比如，現在正常的一塊6層PCB板的厚度（通孔深度）為50Mil左右，所以PCB廠(chǎng)家能提供的鉆孔直徑最小只能達到8Mil。

二、過(guò)孔的寄生電容
    過(guò)孔本身存在著(zhù)對地的寄生電容，如果已知過(guò)孔在鋪地層上的隔離孔直徑為D2,過(guò)孔焊盤(pán)的直徑為D1,PCB板的厚度為T(mén),板基材介電常數為ε,則過(guò)孔的寄生電容大小近似于：

C=1.41εTD1/(D2-D1)

    過(guò)孔的寄生電容會(huì )給電路造成的主要影響是延長(cháng)了信號的上升時(shí)間，降低了電路的速度。舉例來(lái)說(shuō)，對于一塊厚度為50Mil的PCB板，如果使用內徑為10Mil，焊盤(pán)直徑為20Mil的過(guò)孔，焊盤(pán)與地鋪銅區的距離為32Mil,則我們可以通過(guò)上面的公式近似算出過(guò)孔的寄生電容大致是：C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF，這部分電容引起的上升時(shí)間變化量為：T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.517x(55/2)=31.28ps 。從這些數值可以看出，盡管單個(gè)過(guò)孔的寄生電容引起的上升延變緩的效用不是很明顯，但是如果走線(xiàn)中多次使用過(guò)孔進(jìn)行層間的切換，設計者還是要慎重考慮的。

三、過(guò)孔的寄生電感
    同樣，過(guò)孔存在寄生電容的同時(shí)也存在著(zhù)寄生電感，在高速數字電路的設計中，過(guò)孔的寄生電感帶來(lái)的危害往往大于寄生電容的影響。它的寄生串聯(lián)電感會(huì )削弱旁路電容的貢獻，減弱整個(gè)電源系統的濾波效用。我們可以用下面的公式來(lái)簡(jiǎn)單地計算一個(gè)過(guò)孔近似的寄生電感：

    L=5.08h[ln(4h/d)+1]其中L指過(guò)孔的電感，h是過(guò)孔的長(cháng)度，d是中心鉆孔的直徑。從式中可以看出，過(guò)孔的直徑對電感的影響較小，而對電感影響最大的是過(guò)孔的長(cháng)度。仍然采用上面的例子，可以計算出過(guò)孔的電感為：L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH 。如果信號的上升時(shí)間是1ns，那么其等效阻抗大小為：XL=πL/T10-90=3.19Ω。這樣的阻抗在有高頻電流的通過(guò)已經(jīng)不能夠被忽略，特別要注意，旁路電容在連接電源層和地層的時(shí)候需要通過(guò)兩個(gè)過(guò)孔，這樣過(guò)孔的寄生電感就會(huì )成倍增加。

四、高速PCB中的過(guò)孔設計

通過(guò)上面對過(guò)孔寄生特性的分析，我們可以看到，在高速PCB設計中，看似簡(jiǎn)單的過(guò)
孔往往也會(huì )給電路的設計帶來(lái)很大的負面效應。為了減小過(guò)孔的寄生效應帶來(lái)的不利影響，在設計中可以盡量做到：

1、從成本和信號質(zhì)量?jì)煞矫婵紤]，選擇合理尺寸的過(guò)孔大小。比如對6-10層的內
存模塊PCB設計來(lái)說(shuō)，選用10/20Mil（鉆孔/焊盤(pán)）的過(guò)孔較好，對于一些高密度的小尺寸的板子，也可以嘗試使用8/18Mil的過(guò)孔。目前技術(shù)條件下，很難使用更小尺寸的過(guò)孔了。對于電源或地線(xiàn)的過(guò)孔則可以考慮使用較大尺寸，以減小阻抗。

2、上面討論的兩個(gè)公式可以得出，使用較薄的PCB板有利于減小過(guò)孔的兩種寄
生參數。
3、PCB板上的信號走線(xiàn)盡量不換層，也就是說(shuō)盡量不要使用不必要的過(guò)孔。
4、電源和地的管腳要就近打過(guò)孔，過(guò)孔和管腳之間的引線(xiàn)越短越好，因為它們會(huì )導致電感的增加。同時(shí)電源和地的引線(xiàn)要盡可能粗，以減少阻抗。

5、在信號換層的過(guò)孔附近放置一些接地的過(guò)孔，以便為信號提供最近的回路。甚至可以在PCB板上大量放置一些多余的接地過(guò)孔。當然，在設計時(shí)還需要靈活多變。前面討論的過(guò)孔模型是每層均有焊盤(pán)的情況，也有的時(shí)候，我們可以將某些層的焊盤(pán)減小甚至去掉。特別是在過(guò)孔密度非常大的情況下，可能會(huì )導致在鋪銅層形成一個(gè)隔斷回路的斷槽，解決這樣的問(wèn)題除了移動(dòng)過(guò)孔的位置，我們還可以考慮將過(guò)孔在該鋪銅層的焊盤(pán)尺寸減小。