PCB設(shè)計(jì)流程你有沒(méi)有了解

一、設(shè)計(jì)流程

PCB的設(shè)計(jì)流程分為網(wǎng)表輸入、規(guī)則設(shè)置、元器件布局、布線、檢查、復(fù)查、輸出六個(gè)步驟。

1.1 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(yīng)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(cuò)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)。

1.2 規(guī)則設(shè)置

如果在原理圖設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)把PCB的設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)置好的話，就不用再進(jìn)行設(shè)置這些規(guī)則了，因?yàn)檩斎刖W(wǎng)表時(shí)，設(shè)計(jì)規(guī)則已隨網(wǎng)表輸入進(jìn)PowerPCB了。如果修改了設(shè)計(jì)規(guī)則，必須同步原理圖，保證原理圖和PCB的一致。除了設(shè)計(jì)規(guī)則和層定義外，還有一些規(guī)則需要設(shè)置，比如Pad Stacks，需要修改標(biāo)準(zhǔn)過(guò)孔的大小。如果設(shè)計(jì)者新建了一個(gè)焊盤或過(guò)孔，一定要加上Layer 25.

注意：

PCB設(shè)計(jì)規(guī)則、層定義、過(guò)孔設(shè)置、CAM輸出設(shè)置已經(jīng)作成缺省啟動(dòng)文件，名稱為Default.stp，網(wǎng)表輸入進(jìn)來(lái)以后，按照設(shè)計(jì)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(shè)置其它高級(jí)規(guī)則。在所有的規(guī)則都設(shè)置好。在PowerLogic中，使用OLEPowerPCB Connection的Rules From PCB功能，更新原理圖中的規(guī)則設(shè)置，保證原理圖和PCB圖的規(guī)則一致。

1.3 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(qū)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(guī)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。

1.3.1 手工布局

1. 工具印制板的結(jié)構(gòu)尺寸畫出板邊（Board Outline）。

2. 將元器件分散（Disperse Components），元器件會(huì)排列在板邊的周圍。

3. 把元器件一個(gè)一個(gè)地移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，放到板邊以內(nèi)，按照一定的規(guī)則擺放整齊。

1.3.2 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(duì)大多數(shù)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，效果并不理想，不推薦使用.1.3.3 注意事項(xiàng)a. 布局的首要原則是保證布線的布通率，移動(dòng)器件時(shí)注意飛線的連接，把有連線關(guān)系的器件放在一起b. 數(shù)字器件和模擬器件要分開(kāi)，盡量遠(yuǎn)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1.4 布線布線的方式也有兩種，手工布線和自動(dòng)布線.PowerPCB提供的手工布線功能十分強(qiáng)大，包括自動(dòng)推擠、在線設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC），自動(dòng)布線由Specctra的布線引擎進(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。

1.4.1 手工布線

1. 自動(dòng)布線前，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(duì)走線距離、線寬、線間距、屏蔽等有特殊的要求;另外一些特殊封裝，如BGA，自動(dòng)布線很難布得有規(guī)則，也要用手工布線。

2. 自動(dòng)布線以后，還要用手工布線對(duì)PCB的走線進(jìn)行調(diào)整。

1.4.2 自動(dòng)布線

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

1.4.3 注意事項(xiàng)

a. 電源線和地線盡量加粗

b. 去耦電容盡量與VCC直接連接

c. 設(shè)置Specctra的DO文件時(shí)，首先添加Protect all wires命令，保護(hù)手工布的線不被自動(dòng)布線器重布d. 如果有混合電源層，應(yīng)該將該層定義為Split/mixed Plane，在布線之前將其分割，布完線之后，使用Pour Manager的Plane Connect進(jìn)行覆銅e. 將所有的器件管腳設(shè)置為熱焊盤方式，做法是將Filter設(shè)為Pins，選中所有的管腳，修改屬性，在Thermal選項(xiàng)前打勾f. 手動(dòng)布線時(shí)把DRC選項(xiàng)打開(kāi)，使用動(dòng)態(tài)布線（Dynamic Route）1.5 檢查檢查的項(xiàng)目有間距（Clearance）、連接性（Connectivity）、高速規(guī)則（High Speed）和電源層（Plane），這些項(xiàng)目可以選擇Tools-》Verify Design進(jìn)行。如果設(shè)置了高速規(guī)則，必須檢查，否則可以跳過(guò)這一項(xiàng)。檢查出錯(cuò)誤，必須修改布局和布線。

注意：

有些錯(cuò)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(cuò);另外每次修改過(guò)走線和過(guò)孔之后，都要重新覆銅一次。

1.6 復(fù)查

復(fù)查根據(jù)“PCB檢查表”，內(nèi)容包括設(shè)計(jì)規(guī)則，層定義、線寬、間距、焊盤、過(guò)孔設(shè)置;還要重點(diǎn)復(fù)查器件布局的合理性，電源、地線網(wǎng)絡(luò)的走線，高速時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的走線與屏蔽，去耦電容的擺放和連接等。復(fù)查不合格，設(shè)計(jì)者要修改布局和布線，合格之后，復(fù)查者和設(shè)計(jì)者分別簽字。

1.7 設(shè)計(jì)輸出

PCBwww.jiepei.com設(shè)計(jì)可以輸出到打印機(jī)或輸出光繪文件。打印機(jī)可以把PCB分層打印，便于設(shè)計(jì)者和復(fù)查者檢查;光繪文件交給制板廠家，生產(chǎn)印制板。光繪文件的輸出十分重要，關(guān)系到這次設(shè)計(jì)的成敗，下面將著重說(shuō)明輸出光繪文件的注意事項(xiàng)。

a. 需要輸出的層有布線層（包括頂層、底層、中間布線層）、電源層（包括VCC層和GND層）、絲印層（包括頂層絲印、底層絲?。⒆韬笇樱ò攲幼韬负偷讓幼韬福?，另外還要生成鉆孔文件（NC Drill）b. 如果電源層設(shè)置為Split/Mixed，那么在Add Document窗口的Document項(xiàng)選擇Routing，并且每次輸出光繪文件之前，都要對(duì)PCB圖使用Pour Manager的Plane Connect進(jìn)行覆銅;如果設(shè)置為CAM Plane，則選擇Plane，在設(shè)置Layer項(xiàng)的時(shí)候，要把Layer25加上，在Layer25層中選擇Pads和Viasc. 在設(shè)備設(shè)置窗口（按Device Setup），將Aperture的值改為199d. 在設(shè)置每層的Layer時(shí)，將Board Outline選上e. 設(shè)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、Linef. 設(shè)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(shè)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(shè)計(jì)者和復(fù)查者根據(jù)“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(fèi)用通常占PCB制板費(fèi)用的30到40.簡(jiǎn)單的說(shuō)來(lái)，PCB上的每一個(gè)孔都可以稱之為過(guò)孔。從作用上看，過(guò)孔可以分成兩類：

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，即盲孔（blind via）、埋孔（buried via）和通孔（through via）。盲孔位于印刷線路板的頂層和底層表面，具有一定深度，用于表層線路和下面的內(nèi)層線路的連接，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路板內(nèi)層的連接孔，它不會(huì)延伸到線路板的表面。上述兩類孔都位于線路板的內(nèi)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(nèi)層。

第三種稱為通孔，這種孔穿過(guò)整個(gè)線路板，可用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)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(xiàn)，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(shè)計(jì)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），二是鉆孔周圍的焊盤區(qū)，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(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)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(fèi)的時(shí)間越長(zhǎng)，也越容易偏離中心位置;且當(dāng)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(xiàn)在正常的一塊6層PCB板的厚度（通孔深度）為50Mil左右，所以PCB廠家能提供的鉆孔直徑最小只能達(dá)到8Mil.

二、過(guò)孔的寄生電容

過(guò)孔本身存在著對(duì)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)孔焊盤的直徑為D1，PCB板的厚度為T，板基材介電常數(shù)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(zhǎng)了信號(hào)的上升時(shí)間，降低了電路的速度。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于一塊厚度為50Mil的PCB板，如果使用內(nèi)徑為10Mil，焊盤直徑為20Mil的過(guò)孔。

焊盤與地鋪銅區(qū)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(shù)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，但是如果走線中多次使用過(guò)孔進(jìn)行層間的切換，設(shè)計(jì)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)也存在著寄生電感，在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)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(xiàn)，減弱整個(gè)電源系統(tǒng)的濾波效用。我們可以用下面的公式來(lái)簡(jiǎn)單地計(jì)算一個(gè)過(guò)孔近似的寄生電感=5.08h［ln（4h/d） 1］其中L指過(guò)孔的電感，h是過(guò)孔的長(zhǎng)度，d是中心鉆孔的直徑。從式中可以看出，過(guò)孔的直徑對(duì)電感的影響較小，而對(duì)電感影響最大的是過(guò)孔的長(zhǎng)度。仍然采用上面的例子，可以計(jì)算出過(guò)孔的電感為=5.08x0.050［ln（4x0.050/0.010） 1］=1.015nH 。如果信號(hào)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(shè)計(jì)

同樣，過(guò)孔存在寄生電容的同時(shí)也存在著寄生電感，在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)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(xiàn)，減弱整個(gè)電源系統(tǒng)的濾波效用。我們可以用下面的公式來(lái)簡(jiǎn)單地計(jì)算一個(gè)過(guò)孔近似的寄生電感=5.08h［ln（4h/d） 1］其中L指過(guò)孔的電感，h是過(guò)孔的長(zhǎng)度，d是中心鉆孔的直徑。從式中可以看出，過(guò)孔的直徑對(duì)電感的影響較小，而對(duì)電感影響最大的是過(guò)孔的長(zhǎng)度。仍然采用上面的例子，可以計(jì)算出過(guò)孔的電感為=5.08x0.050［ln（4x0.050/0.010） 1］=1.015nH 。如果信號(hào)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。

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

1、從成本和信號(hào)質(zhì)量?jī)煞矫婵紤]，選擇合理尺寸的過(guò)孔大小。比如對(duì)6-10層的內(nèi)存模塊PCB設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，選用10/20Mil（鉆孔/焊盤）的過(guò)孔較好，對(duì)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(duì)于電源或地線的過(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(shù)。

3、PCB板上的信號(hào)走線盡量不換層，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越短越好，因?yàn)樗鼈儠?huì)導(dǎo)致電感的增加。同時(shí)電源和地的引線要盡可能粗，以減少阻抗。

5、在信號(hào)換層的過(guò)孔附近放置一些接地的過(guò)孔，以便為信號(hào)提供最近的回路。甚至可以在PCB https://www.jiepei.com/？g=g34板上大量放置一些多余的接地過(guò)孔。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)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的情況，也有的時(shí)候，我們可以將某些層的焊盤減小甚至去掉。特別是在過(guò)孔密度非常大的情況下，可能會(huì)導(dǎo)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尺寸減小。

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