設計技巧和要點:如何實現PCB高效自動布線
發布時間:2015-03-30 責任編輯:sherry
【導讀】盡管現在的EDA工具很強大,但隨著PCB尺寸要求越來越小,器件密度越來越高,PCB設計的難度並不小。如何實現PCB高的布通率以及縮短設計時間呢?本文介紹PCB規劃、布局和布線的設計技巧和要點。
現在PCB設she計ji的de時shi間jian越yue來lai越yue短duan,越yue來lai越yue小xiao的de電dian路lu板ban空kong間jian,越yue來lai越yue高gao的de器qi件jian密mi度du,極ji其qi苛ke刻ke的de布bu局ju規gui則ze和he大da尺chi寸cun的de元yuan件jian使shi得de設she計ji師shi的de工gong作zuo更geng加jia困kun難nan。為wei了le解jie決jue設she計ji上shang的de困kun難nan,加jia快kuai產chan品pin的de上shang市shi,現xian在zai很hen多duo廠chang家jia傾qing向xiang於yu采cai用yong專zhuan用yongEDA工具來實現PCB的設計。但專用的EDA工具並不能產生理想的結果,也不能達到100%的布通率,而且很亂,通常還需花很多時間完成餘下的工作。
現在市麵上流行的EDA工具軟件很多,但除了使用的術語和功能鍵的位置不一樣外都大同小異,如何用這些工具更好地實現PCB的de設she計ji呢ne?在zai開kai始shi布bu線xian之zhi前qian對dui設she計ji進jin行xing認ren真zhen的de分fen析xi以yi及ji對dui工gong具ju軟ruan件jian進jin行xing認ren真zhen的de設she置zhi將jiang使shi設she計ji更geng加jia符fu合he要yao求qiu。下xia麵mian是shi一yi般ban的de設she計ji過guo程cheng和he步bu驟zhou。

確定PCB的層數
電路板尺寸和布線層數需要在設計初期確定。如果設計要求使用高密度球柵陣列(BGA)組件,就必須考慮這些器件布線所需要的最少布線層數。布線層的數量以及層疊(stack-up)方式會直接影響到印製線的布線和阻抗。板的大小有助於確定層疊方式和印製線寬度,實現期望的設計效果。
duonianlai,renmenzongshirenweidianlubancengshuyueshaochengbenjiuyuedi,danshiyingxiangdianlubandezhizaochengbenhaiyouxuduoqitayinsu。jinjinianlai,duocengbanzhijiandechengbenchabieyijingdadajianxiao。zaikaishishejishizuihaocaiyongjiaoduodedianlucengbingshifutongjunyunfenbu,yibimianzaishejilinjinjieshushicaifaxianyoushaoliangxinhaobufuheyidingyideguizeyijikongjianyaoqiu,congerbeipotianjiaxinceng。zaishejizhiqianrenzhendeguihuajiangjianshaobuxianzhonghenduodemafan。
設計規則和限製
zidongbuxiangongjubenshenbingbuzhidaoyinggaizuoxieshenme。weiwanchengbuxianrenwu,buxiangongjuxuyaozaizhengquedeguizehexianzhitiaojianxiagongzuo。butongdexinhaoxianyoubutongdebuxianyaoqiu,yaoduisuoyouteshuyaoqiudexinhaoxianjinxingfenlei,butongdeshejifenleiyebuyiyang。meigexinhaoleidouyinggaiyouyouxianji,youxianjiyuegao,guizeyeyueyange。guizeshejiyinzhixiankuandu、過孔的最大數量、平行度、信號線之間的相互影響以及層的限製,這些規則對布線工具的性能有很大影響。認真考慮設計要求是成功布線的重要一步。
元件的布局
為最優化裝配過程,可製造性設計(DFM)guizehuiduiyuanjianbujuchanshengxianzhi。ruguozhuangpeibumenyunxuyuanjianyidong,keyiduidianlushidangyouhua,gengbianyuzidongbuxian。suodingyideguizeheyueshutiaojianhuiyingxiangbujusheji。
在布局時需考慮布線路徑(routing channel)heguokongquyu,zhexielujinghequyuduishejirenyuaneryanshixianeryijiande,danzidongbuxiangongjuyicizhihuikaolvyigexinhao,tongguoshezhibuxianyueshutiaojianyijishedingkebuxinhaoxiandeceng,keyishibuxiangongjunengxiangshejishisuoshexiangdenayangwanchengbuxian。
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扇出設計
zaishanchushejijieduan,yaoshizidongbuxiangongjunengduiyuanjianyinjiaojinxinglianjie,biaomiantiezhuangqijiandemeiyigeyinjiaozhishaoyingyouyigeguokong,yibianzaixuyaogengduodelianjieshi,dianlubannenggoujinxingneicenglianjie、在線測試(ICT)和電路再處理。
為了使自動布線工具效率最高,一定要盡可能使用最大的過孔尺寸和印製線,間隔設置為50mil較(jiao)為(wei)理(li)想(xiang)。要(yao)采(cai)用(yong)使(shi)布(bu)線(xian)路(lu)徑(jing)數(shu)最(zui)大(da)的(de)過(guo)孔(kong)類(lei)型(xing)。進(jin)行(xing)扇(shan)出(chu)設(she)計(ji)時(shi),要(yao)考(kao)慮(lv)到(dao)電(dian)路(lu)在(zai)線(xian)測(ce)試(shi)問(wen)題(ti)。測(ce)試(shi)夾(jia)具(ju)可(ke)能(neng)很(hen)昂(ang)貴(gui),而(er)且(qie)通(tong)常(chang)是(shi)在(zai)即(ji)將(jiang)投(tou)入(ru)全(quan)麵(mian)生(sheng)產(chan)時(shi)才(cai)會(hui)訂(ding)購(gou),如(ru)果(guo)這(zhe)時(shi)候(hou)才(cai)考(kao)慮(lv)添(tian)加(jia)節(jie)點(dian)以(yi)實(shi)現(xian)100%可測試性就太晚了。
經jing過guo慎shen重zhong考kao慮lv和he預yu測ce,電dian路lu在zai線xian測ce試shi的de設she計ji可ke在zai設she計ji初chu期qi進jin行xing,在zai生sheng產chan過guo程cheng後hou期qi實shi現xian,根gen據ju布bu線xian路lu徑jing和he電dian路lu在zai線xian測ce試shi來lai確que定ding過guo孔kong扇shan出chu類lei型xing,電dian源yuan和he接jie地di也ye會hui影ying響xiang到dao布bu線xian和he扇shan出chu設she計ji。為wei降jiang低di濾lv波bo電dian容rong器qi連lian接jie線xian產chan生sheng的de感gan抗kang,過guo孔kong應ying盡jin可ke能neng靠kao近jin表biao麵mian貼tie裝zhuang器qi件jian的de引yin腳jiao,必bi要yao時shi可ke采cai用yong手shou動dong布bu線xian,這zhe可ke能neng會hui對dui原yuan來lai設she想xiang的de布bu線xian路lu徑jing產chan生sheng影ying響xiang,甚shen至zhi可ke能neng會hui導dao致zhi你ni重zhong新xin考kao慮lv使shi用yong哪na種zhong過guo孔kong,因yin此ci必bi須xu考kao慮lv過guo孔kong和he引yin腳jiao感gan抗kang間jian的de關guan係xi並bing設she定ding過guo孔kong規gui格ge的de優you先xian級ji。
手動布線以及關鍵信號的處理
jinguanbenwenzhuyaolunshuzidongbuxianwenti,danshoudongbuxianzaixianzaihejianglaidoushiyinshuadianlubanshejideyigezhongyaoguocheng。caiyongshoudongbuxianyouzhuyuzidongbuxiangongjuwanchengbuxiangongzuo。rutu2a和圖2b所示,通過對挑選出的網絡(net)進行手動布線並加以固定,可以形成自動布線時可依據的路徑。
wulunguanjianxinhaodeshuliangyouduoshao,shouxianduizhexiexinhaojinxingbuxian,shoudongbuxianhuojiehezidongbuxiangongjujunke。guanjianxinhaotongchangbixutongguojingxindedianlushejicainengdadaoqiwangdexingneng。buxianwanchenghou,zaiyouyouguandegongchengrenyuanlaiduizhexiexinhaobuxianjinxingjianzha,zhegeguochengxiangduirongyideduo。jianzhatongguohou,jiangzhexiexianguding,ranhoukaishiduiqiyuxinhaojinxingzidongbuxian。
電路板的外觀
以(yi)前(qian)的(de)設(she)計(ji)常(chang)常(chang)注(zhu)意(yi)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)視(shi)覺(jiao)效(xiao)果(guo),現(xian)在(zai)不(bu)一(yi)樣(yang)了(le)。自(zi)動(dong)設(she)計(ji)的(de)電(dian)路(lu)板(ban)不(bu)比(bi)手(shou)動(dong)設(she)計(ji)的(de)美(mei)觀(guan),但(dan)在(zai)電(dian)子(zi)特(te)性(xing)上(shang)能(neng)滿(man)足(zu)規(gui)定(ding)的(de)要(yao)求(qiu),而(er)且(qie)設(she)計(ji)的(de)完(wan)整(zheng)性(xing)能(neng)得(de)到(dao)保(bao)證(zheng)。
自動布線
對關鍵信號的布線需要考慮在布線時控製一些電參數,比如減小分布電感和EMC等,對於其它信號的布線也類似。所有的EDA廠chang商shang都dou會hui提ti供gong一yi種zhong方fang法fa來lai控kong製zhi這zhe些xie參can數shu。在zai了le解jie自zi動dong布bu線xian工gong具ju有you哪na些xie輸shu入ru參can數shu以yi及ji輸shu入ru參can數shu對dui布bu線xian的de影ying響xiang後hou,自zi動dong布bu線xian的de質zhi量liang在zai一yi定ding程cheng度du上shang可ke以yi得de到dao保bao證zheng。
應(ying)該(gai)采(cai)用(yong)通(tong)用(yong)規(gui)則(ze)來(lai)對(dui)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)自(zi)動(dong)布(bu)線(xian)。通(tong)過(guo)設(she)置(zhi)限(xian)製(zhi)條(tiao)件(jian)和(he)禁(jin)止(zhi)布(bu)線(xian)區(qu)來(lai)限(xian)定(ding)給(gei)定(ding)信(xin)號(hao)所(suo)使(shi)用(yong)的(de)層(ceng)以(yi)及(ji)所(suo)用(yong)到(dao)的(de)過(guo)孔(kong)數(shu)量(liang),布(bu)線(xian)工(gong)具(ju)就(jiu)能(neng)按(an)照(zhao)工(gong)程(cheng)師(shi)的(de)設(she)計(ji)思(si)想(xiang)來(lai)自(zi)動(dong)布(bu)線(xian)。如(ru)果(guo)對(dui)自(zi)動(dong)布(bu)線(xian)工(gong)具(ju)所(suo)用(yong)的(de)層(ceng)和(he)所(suo)布(bu)過(guo)孔(kong)的(de)數(shu)量(liang)不(bu)加(jia)限(xian)製(zhi),自(zi)動(dong)布(bu)線(xian)時(shi)將(jiang)會(hui)使(shi)用(yong)到(dao)每(mei)一(yi)層(ceng),而(er)且(qie)將(jiang)會(hui)產(chan)生(sheng)很(hen)多(duo)過(guo)孔(kong)。
在zai設she置zhi好hao約yue束shu條tiao件jian和he應ying用yong所suo創chuang建jian的de規gui則ze後hou,自zi動dong布bu線xian將jiang會hui達da到dao與yu預yu期qi相xiang近jin的de結jie果guo,當dang然ran可ke能neng還hai需xu要yao進jin行xing一yi些xie整zheng理li工gong作zuo,同tong時shi還hai需xu要yao確que保bao其qi它ta信xin號hao和he網wang絡luo布bu線xian的de空kong間jian。在zai一yi部bu分fen設she計ji完wan成cheng以yi後hou,將jiang其qi固gu定ding下xia來lai,以yi防fang止zhi受shou到dao後hou邊bian布bu線xian過guo程cheng的de影ying響xiang。
采(cai)用(yong)相(xiang)同(tong)的(de)步(bu)驟(zhou)對(dui)其(qi)餘(yu)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)布(bu)線(xian)。布(bu)線(xian)次(ci)數(shu)取(qu)決(jue)於(yu)電(dian)路(lu)的(de)複(fu)雜(za)性(xing)和(he)你(ni)所(suo)定(ding)義(yi)的(de)通(tong)用(yong)規(gui)則(ze)的(de)多(duo)少(shao)。每(mei)完(wan)成(cheng)一(yi)類(lei)信(xin)號(hao)後(hou),其(qi)餘(yu)網(wang)絡(luo)布(bu)線(xian)的(de)約(yue)束(shu)條(tiao)件(jian)就(jiu)會(hui)減(jian)少(shao)。但(dan)隨(sui)之(zhi)而(er)來(lai)的(de)是(shi)很(hen)多(duo)信(xin)號(hao)布(bu)線(xian)需(xu)要(yao)手(shou)動(dong)幹(gan)預(yu)。現(xian)在(zai)的(de)自(zi)動(dong)布(bu)線(xian)工(gong)具(ju)功(gong)能(neng)非(fei)常(chang)強(qiang)大(da),通(tong)常(chang)可(ke)完(wan)成(cheng)100%的布線。但是當自動布線工具未完成全部信號布線時,就需對餘下的信號進行手動布線。
自動布線的設計要點包括:
1. 略微改變設置,試用多種路徑布線;
2. 保持基本規則不變,試用不同的布線層、不同的印製線和間隔寬度以及不同線寬、不同類型的過孔如盲孔、埋孔等,觀察這些因素對設計結果有何影響;
3.讓布線工具對那些默認的網絡根據需要進行處理;
4.信號越不重要,自動布線工具對其布線的自由度就越大。
布線的整理
如果你所使用的EDA工(gong)具(ju)軟(ruan)件(jian)能(neng)夠(gou)列(lie)出(chu)信(xin)號(hao)的(de)布(bu)線(xian)長(chang)度(du),檢(jian)查(zha)這(zhe)些(xie)數(shu)據(ju),你(ni)可(ke)能(neng)會(hui)發(fa)現(xian)一(yi)些(xie)約(yue)束(shu)條(tiao)件(jian)很(hen)少(shao)的(de)信(xin)號(hao)布(bu)線(xian)的(de)長(chang)度(du)很(hen)長(chang)。這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)比(bi)較(jiao)容(rong)易(yi)處(chu)理(li),通(tong)過(guo)手(shou)動(dong)編(bian)輯(ji)可(ke)以(yi)縮(suo)短(duan)信(xin)號(hao)布(bu)線(xian)長(chang)度(du)和(he)減(jian)少(shao)過(guo)孔(kong)數(shu)量(liang)。在(zai)整(zheng)理(li)過(guo)程(cheng)中(zhong),你(ni)需(xu)要(yao)判(pan)斷(duan)出(chu)哪(na)些(xie)布(bu)線(xian)合(he)理(li),哪(na)些(xie)布(bu)線(xian)不(bu)合(he)理(li)。同(tong)手(shou)動(dong)布(bu)線(xian)設(she)計(ji)一(yi)樣(yang),自(zi)動(dong)布(bu)線(xian)設(she)計(ji)也(ye)能(neng)在(zai)檢(jian)查(zha)過(guo)程(cheng)中(zhong)進(jin)行(xing)整(zheng)理(li)和(he)編(bian)輯(ji)。
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