布線(xiàn)的常見(jiàn)規則

1 電源、地線(xiàn)的處理

既使在整個(gè)PCB板中的布線(xiàn)完成得都很好，但由于電源、 地線(xiàn)的考慮不周到而引起的干擾，會(huì )使產(chǎn)品的性能下降，有時(shí)甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以對電、 地線(xiàn)的布線(xiàn)要認真對待，把電、地線(xiàn)所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。 對每個(gè)從事電子產(chǎn)品設計的工程人員來(lái)說(shuō)都明白地線(xiàn)與電源線(xiàn)之間噪音所產(chǎn)生的原因， 現只對降低式抑制噪音作以表述： 眾所周知的是在電源、地線(xiàn)之間加上去耦電容。 盡量加寬電源、地線(xiàn)寬度，最好是地線(xiàn)比電源線(xiàn)寬，它們的關(guān)系是：地線(xiàn)>電源線(xiàn)>信號線(xiàn)，通常信號線(xiàn)寬為：0.2～0.3mm,最經(jīng)細寬度可達0.05～0.07mm,電源線(xiàn)為1.2～2.5 mm 對數字電路的PCB可用寬的地導線(xiàn)組成一個(gè)回路, 即構成一個(gè)地網(wǎng)來(lái)使用(模擬電路的地不能這樣使用) 用大面積銅層作地線(xiàn)用,在印制板上把沒(méi)被用上的地方都與地相連接作為地線(xiàn)用?；蚴亲龀啥鄬影?，電源，地線(xiàn)各占用一層。

2、數字電路與模擬電路的共地處理

現在有許多PCB不再是單一功能電路(數字或模擬電路)，而是由數字電路和模擬電路混合構成的。因此在布線(xiàn)時(shí)就需要考慮它們之間互相干擾問(wèn)題，特別是地線(xiàn)上的噪音干擾。 數字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強，對信號線(xiàn)來(lái)說(shuō)，高頻的信號線(xiàn)盡可能遠離敏感的模擬電路器件，對地線(xiàn)來(lái)說(shuō)，整人PCB對外界只有一個(gè)結點(diǎn)，所以必須在PCB內部進(jìn)行處理數、模共地的問(wèn)題，而在板內部數字地和模擬地實(shí)際上是分開(kāi)的它們之間互不相連，只是在PCB與外界連接的接口處(如插頭等)。數字地與模擬地有一點(diǎn)短接，請注意，只有一個(gè)連接點(diǎn)。也有在PCB上不共地的，這由系統設計來(lái)決定。

3、可以考慮在電(地)層上進(jìn)行布線(xiàn)

信號線(xiàn)布在電(地)層上 在多層印制板布線(xiàn)時(shí)，由于在信號線(xiàn)層沒(méi)有布完的線(xiàn)剩下已經(jīng)不多，再多加層數就會(huì )造成浪費也會(huì )給生產(chǎn)增加一定的工作量，成本也相應增加了，為解決這個(gè)矛盾，可以考慮在電(地)層上進(jìn)行布線(xiàn)。首先應考慮用電源層，其次才是地層。因為最好是保留地層的完整性。

4、大面積導體中連接腿的處理

在大面積的接地(電)中，常用元器件的腿與其連接，對連接腿的處理需要進(jìn)行綜合的考慮，就電氣性能而言，元件腿的焊盤(pán)與銅面滿(mǎn)接為好，但對元件的焊接裝配就存在一些不良隱患如：①焊接需要大功率加熱器。②容易造成虛焊點(diǎn)。所以兼顧電氣性能與工藝需要，做成十字花焊盤(pán)，稱(chēng)之為熱隔離(heat shield)俗稱(chēng)熱焊盤(pán)(Thermal)，這樣，可使在焊接時(shí)因截面過(guò)分散熱而產(chǎn)生虛焊點(diǎn)的可能性大大減少。多層板的接電(地)層腿的處理相同。

5、布線(xiàn)中網(wǎng)絡(luò )系統的作用

在許多CAD系統中，布線(xiàn)是依據網(wǎng)絡(luò )系統決定的。網(wǎng)格過(guò)密，通路雖然有所增加，但步進(jìn)太小，圖場(chǎng)的數據量過(guò)大，這必然對設備的存貯空間有更高的要求，同時(shí)也對象計算機類(lèi)電子產(chǎn)品的運算速度有極大的影響。而有些通路是無(wú)效的，如被元件腿的焊盤(pán)占用的或被安裝孔、定們孔所占用的等。網(wǎng)格過(guò)疏，通路太少對布通率的影響極大。所以要有一個(gè)疏密合理的網(wǎng)格系統來(lái)支持布線(xiàn)的進(jìn)行。 標準元器件兩腿之間的距離為0.1英寸(2.54mm),所以網(wǎng)格系統的基礎一般就定為0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍數，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

6、檢查布線(xiàn)設計是否符合設計者所制定的規則

設計規則檢查(DRC) 布線(xiàn)設計完成后，需認真檢查布線(xiàn)設計是否符合設計者所制定的規則，同時(shí)也需確認所制定的規則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求，一般檢查有如下幾個(gè)方面： 線(xiàn)與線(xiàn)，線(xiàn)與元件焊盤(pán)，線(xiàn)與貫通孔，元件焊盤(pán)與貫通孔，貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理，是否滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。 電源線(xiàn)和地線(xiàn)的寬度是否合適，電源與地線(xiàn)之間是否緊耦合(低的波阻抗)?在PCB中是否還有能讓地線(xiàn)加寬的地方?

對于關(guān)鍵的信號線(xiàn)是否采取了最佳措施，如長(cháng)度最短，加保護線(xiàn)，輸入線(xiàn)及輸出線(xiàn)被明顯地分開(kāi)。 模擬電路和數字電路部分，是否有各自獨立的地線(xiàn)。 后加在PCB中的圖形(如圖標、注標)是否會(huì )造成信號短路。 對一些不理想的線(xiàn)形進(jìn)行修改。 在PCB上是否加有工藝線(xiàn)?阻焊是否符合生產(chǎn)工藝的要求，阻焊尺寸是否合適，字符標志是否壓在器件焊盤(pán)上，以免影響電裝質(zhì)量。 多層板中的電源地層的外框邊緣是否縮小，如電源地層的銅箔露出板外容易造成短路。概述 本文檔的目的在于說(shuō)明使用PADS的印制板設計軟件PowerPCB進(jìn)行印制板設計的流程和一些注意事項，為一個(gè)工作組的設計人員提供設計規范，方便設計人員之間進(jìn)行交流和相互檢查。

設計流程：

PCB的設計流程包括七個(gè)步驟，分別為網(wǎng)表輸入、規則設置、元器件布局、布線(xiàn)、檢查、復查、輸出。

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 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。

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。

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)?/p>

(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> 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。

3> 注意事項

(1)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

(2) 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

(3) 放置器件時(shí)要考慮以后的焊接，不要太密集

(4) 多使用軟件提供的Array和Union功能，提高布局的效率

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。

(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)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。

(3)注意事項

① 電源線(xiàn)和地線(xiàn)盡量加粗

② 去耦電容盡量與VCC直接連接

③ 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

④ 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 。

⑤ 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

⑥ 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)

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。

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。

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。

① 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、底層絲印)、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)

② 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PourManager的Plane Connect進(jìn)行覆銅;

③ 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

④ 在設置每層的Layer時(shí)，將Board Outline選上

⑤ 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

⑥ 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

⑦ 生成鉆孔文件時(shí)，使用PowerPCB的缺省設置，不要作任何改動(dòng)

⑧ 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。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。另外，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。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。在高速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。