到底什么是PCB？PCB設(shè)計(jì)的一般原則

說(shuō)到PCB，很多朋友會(huì)想到它在我們周圍隨處可見(jiàn)，從一切的家用電器，電腦內(nèi)的各種配件，到各種數(shù)碼產(chǎn)品，只要是電子產(chǎn)品幾乎都會(huì)用到PCB，那么到底什么是PCB呢？

PCB就是PrintedCircuitBlock,即印制電路板，供電子組件安插,有線路的基版。通過(guò)使用印刷方式將鍍銅的基版印上防蝕線路,并加以蝕刻沖洗出線路。

PCB可以分為單層板、雙層板和多層板。

各種電子元件都是被集成在PCB上的，在最基本的單層PCB上，零件都集中在一面，導(dǎo)線則都集中在另一面。

這么一來(lái)我們就需要在板子上打洞，這樣接腳才能穿過(guò)板子到另一面，所以零件的接腳是焊在另一面上的。

因?yàn)槿绱耍@樣的PCB的正反面分別被稱為零件面(ComponentSide)與焊接面(SolderSide)。雙層板可以看作把兩個(gè)單層板相對(duì)粘合在一起組成，板的兩面都有電子元件和走線。

有時(shí)候需要把一面的單線連接到板的另一面，這就要通過(guò)導(dǎo)孔(via)。導(dǎo)孔是在PCB上，充滿或涂上金屬的小洞，它可以與兩面的導(dǎo)線相連接。

現(xiàn)在很多電腦主板都在用4層甚至6層PCB，而顯卡一般都在用了6層PCB，很多高端顯卡像nVIDIAGeForce4Ti系列就采用了8層PCB，這就是所謂的多層PCB。

在多層PCB上也會(huì)遇到連接各個(gè)層之間線路的問(wèn)題，也可以通過(guò)導(dǎo)孔來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于是多層PCB，所以有時(shí)候?qū)Э撞恍枰┩刚麄€(gè)PCB，這樣的導(dǎo)孔叫做埋孔(Buriedvias)和盲孔(Blindvias)，因?yàn)樗鼈冎淮┩钙渲袔讓印?/p>

盲孔是將幾層內(nèi)部PCB與表面PCB連接，不須穿透整個(gè)板子。埋孔則只連接內(nèi)部的PCB，所以光是從表面是看不出來(lái)的。在多層板PCB中，整層都直接連接上地線與電源。

所以我們將各層分類為信號(hào)層(Signal)，電源層(Power)或是地線層(Ground)。如果PCB上的零件需要不同的電源供應(yīng)，通常這類PCB會(huì)有兩層以上的電源與電線層。

采用的PCB層數(shù)越多，成本也就越高。當(dāng)然，采用更多層的PCB對(duì)提供信號(hào)的穩(wěn)定性很有幫助。

專業(yè)的PCB制作過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，拿4層PCB為例。

主板的PCB大都是4層的。

制造的時(shí)候是先將中間兩層各自碾壓、裁剪、蝕刻、氧化電鍍后，這4層分別是元器件面、電源層、地層和焊錫壓層。再將這4層放在一起碾壓成一塊主板的PCB。

接著打孔、做過(guò)孔。洗凈之后，將外面兩層的線路印上、敷銅、蝕刻、測(cè)試、阻焊層、絲印。

最后將整版PCB(含許多塊主板)沖壓成一塊塊主板的PCB，再通過(guò)測(cè)試后進(jìn)行真空包裝。

如果PCB制作過(guò)程中銅皮敷著得不好，會(huì)有粘貼不牢現(xiàn)象，容易隱含短路或電容效應(yīng)(容易產(chǎn)生干擾)。

PCB上的過(guò)孔也是必須注意的。如果孔打得不是在正中間，而是偏向一邊，就會(huì)產(chǎn)生不均勻匹配，或者容易與中間的電源層或地層接觸，從而產(chǎn)生潛在短路或接地不良因素。

銅線布線過(guò)程? ? ? ?

制作的第一步是建立出零件間聯(lián)機(jī)的布線。

我們采用負(fù)片轉(zhuǎn)印方式將工作底片表現(xiàn)在金屬導(dǎo)體上。這項(xiàng)技巧是將整個(gè)表面鋪上一層薄薄的銅箔，并且把多余的部份給消除。

追加式轉(zhuǎn)印是另一種比較少人使用的方式，這是只在需要的地方敷上銅線的方法，不過(guò)我們?cè)谶@里就不多談了。

正光阻劑是由感光劑制成的，它在照明下會(huì)溶解。有很多方式可以處理銅表面的光阻劑，不過(guò)最普遍的方式，是將它加熱，并在含有光阻劑的表面上滾動(dòng)。

它也可以用液態(tài)的方式噴在上頭，不過(guò)干膜式提供比較高的分辨率，也可以制作出比較細(xì)的導(dǎo)線。遮光罩只是一個(gè)制造中PCB層的模板。

在PCB上的光阻劑經(jīng)過(guò)UV光曝光之前，覆蓋在上面的遮光罩可以防止部份區(qū)域的光阻劑不被曝光。這些被光阻劑蓋住的地方，將會(huì)變成布線。在光阻劑顯影之后，要蝕刻的其它的裸銅部份。

蝕刻過(guò)程可以將板子浸到蝕刻溶劑中，或是將溶劑噴在板子上。一般用作蝕刻溶劑使用三氯化鐵等。蝕刻結(jié)束后將剩下的光阻劑去除掉。

一布線寬度和電流

一般寬度不宜小于0.2mm(8mil)，在高密度高精度的PCB上，間距和線寬一般0.3mm(12mil)。當(dāng)銅箔的厚度在50um左右時(shí)，導(dǎo)線寬度1～1.5mm (60mil) = 2A。

公共地一般80mil，對(duì)于有微處理器的應(yīng)用更要注意。

二到底多高的頻率才算高速板?

當(dāng)信號(hào)的上升/下降沿時(shí)間< 3~6倍信號(hào)傳輸時(shí)間時(shí),即認(rèn)為是高速信號(hào)。

對(duì)于數(shù)字電路，關(guān)鍵是看信號(hào)的邊沿陡峭程度，即信號(hào)的上升、下降時(shí)間。

按照一本非常經(jīng)典的書(shū)《High?Speed?Digtal?Design>的理論，信號(hào)從10%上升到90%的時(shí)間小于6倍導(dǎo)線延時(shí),就是高速信號(hào)!——即8KHz的方波信號(hào)，只要邊沿足夠陡峭,，一樣是高速信號(hào)，在布線時(shí)需要使用傳輸線路論。

三PCB的堆疊與分層

多層印制板有更好的電磁兼容性設(shè)計(jì)，使得印制板在正常工作時(shí)能滿足電磁兼容和敏感度標(biāo)準(zhǔn)，正確的堆疊有助于屏蔽和抑制EMI。多層印制板分層及堆疊中一般遵循以下基本原則：

①電源平面應(yīng)盡量靠近接地平面，并應(yīng)在接地平面之下；

②布線層應(yīng)安排與映象平面層相鄰；

③電源與地層阻抗最低；

④在中間層形成帶狀線，表面形成微帶線。兩者特性不同；

⑤重要信號(hào)線應(yīng)緊臨地層。

多層板相對(duì)于普通雙層板和單層板的一個(gè)非常重要的優(yōu)勢(shì)就是：信號(hào)線和電源可以分布在不同的板層上，提高信號(hào)的隔離程度和抗干擾性能。

然而,不少工程師對(duì)于PCB的分層和堆疊仍感到頭痛,以常用的4層板為例。

四層板有以下幾種疊層順序（下面分別把各種不同的疊層優(yōu)劣作說(shuō)明）

第一種情況：

應(yīng)當(dāng)是四層板中最好的一種情況。

因?yàn)橥鈱邮堑貙?，?duì)EMI有屏蔽作用，同時(shí)電源層同地層也可靠得很近，使得電源內(nèi)阻較小，取得最佳郊果。

但第一種情況不能用于當(dāng)本板密度比較大的情況。因?yàn)檫@樣一來(lái)，就不能保證第一層地的完整性，這樣第二層信號(hào)會(huì)變得更差。

另外，此種結(jié)構(gòu)也不能用于全板功耗比較大的情況。

第二種情況：

是我們平時(shí)最常用的一種方式。

從板的結(jié)構(gòu)上，也不適用于高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)。因?yàn)樵谶@種結(jié)構(gòu)中，不易保持低電源阻抗。

以一個(gè)板2毫米為例：要求Z0=50ohm. 以線寬為8mil，銅箔厚為35цm，這樣信號(hào)一層與地層中間是0.14mm，而地層與電源層為1.58mm，這樣就大大的增加了電源的內(nèi)阻。

在此種結(jié)構(gòu)中,由于輻射是向空間的，需加屏蔽板，才能減少EMI。

第三種情況：

S1層上信號(hào)線質(zhì)量最好，S2次之，對(duì)EMI有屏蔽作用，但電源阻抗較大。

此板能用于全板功耗大而該板是干擾源或者說(shuō)緊臨著干擾源的情況下。

注：S1 信號(hào)布線一層，S2 信號(hào)布線二層;GND 地層 POWER 電源層。

四阻抗匹配

反射電壓信號(hào)的幅值由源端反射系數(shù)ρs和負(fù)載反射系數(shù)ρL 決定：

ρL = (RL - Z0) / (RL + Z0)?

ρS = (RS - Z0) / (RS + Z0)

在上式中，若RL=Z0則負(fù)載反射系數(shù)ρL=0；若 RS=Z0源端反射系數(shù)ρS=0。

由于普通的傳輸線阻抗Z0通常應(yīng)滿足50Ω的要求50Ω左右，而負(fù)載阻抗通常在幾千歐姆到幾十千歐姆。

因此，在負(fù)載端實(shí)現(xiàn)阻抗匹配比較困難。然而，由于信號(hào)源端(輸出)阻抗通常比較小，大致為十幾歐姆。

因此在源端實(shí)現(xiàn)阻抗匹配要容易的多。如果在負(fù)載端并接電阻，電阻會(huì)吸收部分信號(hào)對(duì)傳輸不利(我的理解).當(dāng)選擇TTL/CMOS標(biāo)準(zhǔn) 24mA驅(qū)動(dòng)電流時(shí)，其輸出阻抗大致為13Ω。

若傳輸線阻抗Z0=50Ω，那么應(yīng)該加一個(gè)33Ω的源端匹配電阻。13Ω+33Ω=46Ω (近似于50Ω，弱的欠阻尼有助于信號(hào)的setup時(shí)間)。

當(dāng)選擇其他傳輸標(biāo)準(zhǔn)和驅(qū)動(dòng)電流時(shí)，匹配阻抗會(huì)有差異。在高速的邏輯和電路設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)一些關(guān)鍵的信號(hào)，如時(shí)鐘、控制信號(hào)等，我們建議一定要加源端匹配電阻。

這樣接了信號(hào)還會(huì)從負(fù)載端反射回來(lái)，因?yàn)樵炊俗杩蛊ヅ?，反射回?lái)的信號(hào)不會(huì)再反射回去。

五電源線和地線布局注意事項(xiàng)

電源線盡量短，走直線，而且最好走樹(shù)形、不要走環(huán)形。

地線環(huán)路問(wèn)題：對(duì)于數(shù)字電路來(lái)說(shuō)，地線環(huán)路造成的地線環(huán)流也就是幾十毫伏級(jí)別的，而TTL的抗干擾門(mén)限是1.2V，CMOS電路更可以達(dá)到1/2電源電壓，也就是說(shuō)地線環(huán)流根本就不會(huì)對(duì)電路的工作造成不良影響。

相反，如果地線不閉合，問(wèn)題會(huì)更大，因?yàn)閿?shù)字電路在工作的時(shí)候產(chǎn)生的脈沖電源電流會(huì)造成各點(diǎn)的地電位不平衡，比如本人實(shí)測(cè)74LS161在反轉(zhuǎn)時(shí)地線電流1.2A(用2Gsps示波器測(cè)出，地電流脈沖寬度7ns)。

在大脈沖電流的沖擊下，如果采用枝狀地線(線寬25mil)分布，地線間各個(gè)點(diǎn)的電位差將會(huì)達(dá)到百毫伏級(jí)別。而采用地線環(huán)路之后，脈沖電流會(huì)散布到地線的各個(gè)點(diǎn)去，大大降低了干擾電路的可能。

采用閉合地線，實(shí)測(cè)出各器件的地線最大瞬時(shí)電位差是不閉合地線的二分之一到五分之一。

當(dāng)然不同密度不同速度的電路板實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)差異很大，我上面所說(shuō)，指的是大約相當(dāng)于Protel 99SE所附帶的Z80 Demo板的水平；對(duì)于低頻模擬電路，我認(rèn)為地線閉合后的工頻干擾是從空間感應(yīng)到的，這是無(wú)論如何也仿真和計(jì)算不出來(lái)的。

如果地線不閉合，不會(huì)產(chǎn)生地線渦流，beckhamtao所謂“但地線開(kāi)環(huán)這個(gè)工頻感應(yīng)電壓會(huì)更大?！钡睦碚撘罁?jù)何在？

舉兩個(gè)資深工程師的實(shí)例：

①7年前我接手別人的一個(gè)項(xiàng)目，精密壓力計(jì)，用的是14位A/D轉(zhuǎn)換器，但實(shí)測(cè)只有11位有效精度。

經(jīng)查，地線上有15mVp-p的工頻干擾，解決方法就是把PCB的模擬地環(huán)路劃開(kāi)，前端傳感器到A/D的地線用飛線作枝狀分布。

后來(lái)量產(chǎn)的型號(hào)PCB重新按照飛線的走線生產(chǎn)，至今未出現(xiàn)問(wèn)題。

②一個(gè)朋友熱愛(ài)發(fā)燒，自己DIY了一臺(tái)功放，但輸出始終有交流聲，我建議其將地線環(huán)路切開(kāi)，問(wèn)題解決。

事后此位老兄查閱數(shù)十種“Hi-Fi名機(jī)”P(pán)CB圖，證實(shí)無(wú)一種機(jī)器在模擬部分采用地線環(huán)路。

六印制電路板設(shè)計(jì)原則和抗干擾措施

印制電路板(PCB)是電子產(chǎn)品中電路元件和器件的支撐件。

它提供電路元件和器件之間的電氣連接，隨著電于技術(shù)的飛速發(fā)展，PGB的密度越來(lái)越高。

PCB設(shè)計(jì)的好壞對(duì)抗干擾能力影響很大.因此，在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí).必須遵守PCB設(shè)計(jì)的一般原則，并應(yīng)符合抗干擾設(shè)計(jì)的要求。

PCB設(shè)計(jì)的一般原則

要使電子電路獲得最佳性能，元器件的布且及導(dǎo)線的布設(shè)是很重要的。為了設(shè)計(jì)質(zhì)量好、造價(jià)低的PCB.應(yīng)遵循以下一般原則：

1布局

首先，要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過(guò)大時(shí)，印制線條長(zhǎng)，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加;過(guò)小，則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。

在確定PCB尺寸后.再確定特殊元件的位置。

最后，根據(jù)電路的功能單元，對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局。

在確定特殊元件的位置時(shí)要遵守以下原則：

(1)盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。

(2)某些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時(shí)手不易觸及的地方。

(3)重量超過(guò)15g的元器件、應(yīng)當(dāng)用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、發(fā)熱量多的元器件，不宜裝在印制板上，而應(yīng)裝在整機(jī)的機(jī)箱底板上，且應(yīng)考慮散熱問(wèn)題。熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。

(4)對(duì)于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動(dòng)開(kāi)關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求。若是機(jī)內(nèi)調(diào)節(jié)，應(yīng)放在印制板上方便于調(diào)節(jié)的地方;若是機(jī)外調(diào)節(jié)，其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機(jī)箱面板上的位置相適應(yīng)。

(5)應(yīng)留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。

根據(jù)電路的功能單元.對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局時(shí)，要符合以下原則：

(1)按照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置，使布局便于信號(hào)流通，并使信號(hào)盡可能保持一致的方向。

(2)以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它來(lái)進(jìn)行布局。元器件應(yīng)均勻、 整齊、緊湊地排列在PCB上.盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。

(3)在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)。一般電路應(yīng)盡可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀.而且裝焊容易.易于批量生產(chǎn)。

(4)位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于2mm。電路板的最佳形狀為矩形。長(zhǎng)寬比為3：2成4：3。電路板面尺寸大于200x150mm時(shí).應(yīng)考慮電路板所受的機(jī)械強(qiáng)度。

2布線

布線的原則如下：

(1)輸入輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行。最好加線間地線，以免發(fā)生反饋藕合。

(2)印制攝導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基扳間的粘附強(qiáng)度和流過(guò)它們的電流值決定。

當(dāng)銅箔厚度為 0.05mm、寬度為 1 ~ 15mm 時(shí).通過(guò) 2A的電流，溫度不會(huì)高于3℃，因此.導(dǎo)線寬度為1.5mm可滿足要求。

對(duì)于集成電路，尤其是數(shù)字電路，通常選0.02~0.3mm導(dǎo)線寬度。當(dāng)然，只要允許，還是盡可能用寬線.尤其是電源線和地線。

導(dǎo)線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。

對(duì)于集成電路，尤其是數(shù)字電路，只要工藝允許，可使間距小至5~8mm。

(3)印制導(dǎo)線拐彎處一般取圓弧形，而直角或夾角在高頻電路中會(huì)影響電氣性能。

此外，盡量避免使用大面積銅箔，否則.長(zhǎng)時(shí)間受熱時(shí)，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。

必須用大面積銅箔時(shí)，最好用柵格狀.這樣有利于排除銅箔與基板間粘合劑受熱產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。

3焊盤(pán)

焊盤(pán)中心孔要比器件引線直徑稍大一些。焊盤(pán)太大易形成虛焊。焊盤(pán)外徑D一般不小于(d+1.2)mm，其中d為引線孔徑。對(duì)高密度的數(shù)字電路，焊盤(pán)最小直徑可取(d+1.0)mm。

PCB及電路抗干擾措施

印制電路板的抗干擾設(shè)計(jì)與具體電路有著密切的關(guān)系，這里僅就PCB抗干擾設(shè)計(jì)的幾項(xiàng)常用措施做一些說(shuō)明。

1電源線設(shè)計(jì)

根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加租電源線寬度，減少環(huán)路電阻。

同時(shí)、使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。

2地線設(shè)計(jì)

地線設(shè)計(jì)的原則是：

(1)數(shù)字地與模擬地分開(kāi)。若線路板上既有邏輯電路又有線性電路，應(yīng)使它們盡量分開(kāi)。

低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地，實(shí)際布線有困難時(shí)可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。

高頻電路宜采用多點(diǎn)串聯(lián)接地，地線應(yīng)短而租，高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔。

(2)接地線應(yīng)盡量加粗。若接地線用很紉的線條，則接地電位隨電流的變化而變化，使抗噪性能降低。

因此應(yīng)將接地線加粗，使它能通過(guò)三倍于印制板上的允許電流。如有可能，接地線應(yīng)在2~3mm以上。

(3)接地線構(gòu)成閉環(huán)路。只由數(shù)字電路組成的印制板，其接地電路布成團(tuán)環(huán)路大多能提高抗噪聲能力。

3退藕電容配置

PCB設(shè)計(jì)的常規(guī)做法之一是在印制板的各個(gè)關(guān)鍵部位配置適當(dāng)?shù)耐伺弘娙荨?/p>

退藕電容的一般配置原則是：

(1)電源輸入端跨接10 ~100uf的電解電容器。如有可能，接100uF以上的更好。

(2)原則上每個(gè)集成電路芯片都應(yīng)布置一個(gè)0.01pF的瓷片電容，如遇印制板空隙不夠，可每4~8個(gè)芯片布置一個(gè)1 ~ 10pF的但電容。

(3)對(duì)于抗噪能力弱、關(guān)斷時(shí)電源變化大的器件，如 RAM、ROM存儲(chǔ)器件，應(yīng)在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容。

(4)電容引線不能太長(zhǎng)，尤其是高頻旁路電容不能有引線。

此外，還應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：

(1)在印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時(shí)，操作它們時(shí)均會(huì)產(chǎn)生較大火花放電，必須采用附圖所示的 RC 電路來(lái)吸收放電電流。

一般 R 取 1 ~ 2K，C取2.2 ~ 47UF。

(2)CMOS的輸入阻抗很高，且易受感應(yīng)，因此在使用時(shí)對(duì)不用端要接地或接正電源。

七實(shí)現(xiàn)PCB高效自動(dòng)布線的設(shè)計(jì)技巧和要點(diǎn)

如何實(shí)現(xiàn)PCB高的布通率以及縮短設(shè)計(jì)時(shí)間呢？文章介紹PCB規(guī)劃、布局和布線的設(shè)計(jì)技巧和要點(diǎn)。

現(xiàn)在PCB設(shè)計(jì)的時(shí)間越來(lái)越短，越來(lái)越小的電路板空間，越來(lái)越高的器件密度，極其苛刻的布局規(guī)則和大尺寸的組件使得設(shè)計(jì)師的工作更加困難。

為了解決設(shè)計(jì)上的困難，加快產(chǎn)品的上市，現(xiàn)在很多廠家傾向于采用專用EDA工具來(lái)實(shí)現(xiàn)PCB的設(shè)計(jì)。

但專用的EDA工具并不能產(chǎn)生理想的結(jié)果，也不能達(dá)到100%的布通率，而且很亂，通常還需花很多時(shí)間完成余下的工作。

現(xiàn)在市面上流行的EDA工具軟件很多，但除了使用的術(shù)語(yǔ)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(shí)現(xiàn)PCB的設(shè)計(jì)呢？

在開(kāi)始布線之前對(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)置將使設(shè)計(jì)更加符合要求，下面是一般的設(shè)計(jì)過(guò)程和步驟。

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。

如果設(shè)計(jì)要求使用高密度球柵數(shù)組(BGA)組件，就必須考慮這些器件布線所需要的最少布線層數(shù)。

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。

多年來(lái)，人們總是認(rèn)為電路板層數(shù)越少成本就越低，但是影響電路板的制造成本還有許多其它因素。

近幾年來(lái)，多層板之間的成本差別已經(jīng)大大減小。

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，以避免在設(shè)計(jì)臨近結(jié)束時(shí)才發(fā)現(xiàn)有少量信號(hào)不符合已定義的規(guī)則以及空間要求，從而被迫添加新層。

在設(shè)計(jì)之前認(rèn)真的規(guī)劃將減少布線中很多的麻煩。

2設(shè)計(jì)規(guī)則和限制

自動(dòng)布線工具本身并不知道應(yīng)該做些什么。

為完成布線任務(wù)，布線工具需要在正確的規(guī)則和限制條件下工作。

不同的信號(hào)線有不同的布線要求，要對(duì)所有特殊要求的信號(hào)線進(jìn)行分類，不同的設(shè)計(jì)分類也不一樣。

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

為最優(yōu)化裝配過(guò)程，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(mén)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)。

在布局時(shí)需考慮布線路徑(routing channel)和過(guò)孔區(qū)域。

這些路徑和區(qū)域?qū)υO(shè)計(jì)人員而言是顯而易見(jiàn)的，但自動(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。

4扇出設(shè)計(jì)

在扇出設(shè)計(jì)階段，要使自動(dòng)布線工具能對(duì)組件引腳進(jìn)行連接，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(ICT)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。進(jìn)行扇出設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到電路在線測(cè)試問(wèn)題。

測(cè)試夾具可能很昂貴，而且通常是在即將投入全面生產(chǎn)時(shí)才會(huì)訂購(gòu)，如果這時(shí)候才考慮添加節(jié)點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)100%可測(cè)試性就太晚了。

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)。

為降低濾波電容器連接線產(chǎn)生的感抗，過(guò)孔應(yīng)盡可能靠近表面貼裝器件的引腳，必要時(shí)可采用手動(dòng)布線。

這可能會(huì)對(duì)原來(lái)設(shè)想的布線路徑產(chǎn)生影響，甚至可能會(huì)導(dǎo)致你重新考慮使用哪種過(guò)孔，因此必須考慮過(guò)孔和引腳感抗間的關(guān)系并設(shè)定過(guò)孔規(guī)格的優(yōu)先級(jí)。

5手動(dòng)布線以及關(guān)鍵信號(hào)的處理

盡管本文主要論述自動(dòng)布線問(wèn)題，但手動(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。

無(wú)論關(guān)鍵信號(hào)的數(shù)量有多少，首先對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行布線，手動(dòng)布線或結(jié)合自動(dòng)布線工具均可。

關(guān)鍵信號(hào)通常必須通過(guò)精心的電路設(shè)計(jì)才能達(dá)到期望的性能。

布線完成后，再由有關(guān)的工程人員來(lái)對(duì)這些信號(hào)布線進(jìn)行檢查，這個(gè)過(guò)程相對(duì)容易得多。

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。

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)，比如減小分布電感和EMC等，對(duì)于其它信號(hào)的布線也類似。

所有的EDA廠商都會(huì)提供一種方法來(lái)控制這些參數(shù)。

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。

應(yīng)該采用通用規(guī)則來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)布線。

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。

如果對(duì)自動(dòng)布線工具所用的層和所布過(guò)孔的數(shù)量不加限制，自動(dòng)布線時(shí)將會(huì)使用到每一層，而且將會(huì)產(chǎn)生很多過(guò)孔。

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，當(dāng)然可能還需要進(jìn)行一些整理工作，同時(shí)還需要確保其它信號(hào)和網(wǎng)絡(luò)布線的空間。

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。

采用相同的步驟對(duì)其余信號(hào)進(jìn)行布線。

布線次數(shù)取決于電路的復(fù)雜性和你所定義的通用規(guī)則的多少。

每完成一類信號(hào)后，其余網(wǎng)絡(luò)布線的約束條件就會(huì)減少。但隨之而來(lái)的是很多信號(hào)布線需要手動(dòng)干預(yù)。

現(xiàn)在的自動(dòng)布線工具功能非常強(qiáng)大，通?？赏瓿?00%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自動(dòng)布線的設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括

（1）略微改變?cè)O(shè)置，試用多種路徑布線；

（2）保持基本規(guī)則不變，試用不同的布線層、不同的印制線和間隔寬度以及不同線寬、不同類型的過(guò)孔如盲孔、埋孔等，觀察這些因素對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果有何影響；

（3）讓布線工具對(duì)那些默認(rèn)的網(wǎng)絡(luò)根據(jù)需要進(jìn)行處理；

（4）信號(hào)越不重要，自動(dòng)布線工具對(duì)其布線的自由度就越大。

8布線的整理

如果你所使用的EDA工具軟件能夠列出信號(hào)的布線長(zhǎng)度，檢查這些數(shù)據(jù)，你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一些約束條件很少的信號(hào)布線的長(zhǎng)度很長(zhǎng)。

這個(gè)問(wèn)題比較容易處理，通過(guò)手動(dòng)編輯可以縮短信號(hào)布線長(zhǎng)度和減少過(guò)孔數(shù)量。

在整理過(guò)程中，你需要判斷出哪些布線合理，哪些布線不合理。

同手動(dòng)布線設(shè)計(jì)一樣，自動(dòng)布線設(shè)計(jì)也能在檢查過(guò)程中進(jìn)行整理和編輯。

9電路板的外觀

以前的設(shè)計(jì)常常注意電路板的視覺(jué)效果，現(xiàn)在不一樣了。

自動(dòng)設(shè)計(jì)的電路板不比手動(dòng)設(shè)計(jì)的美觀，但在電子特性上能滿足規(guī)定的要求，而且設(shè)計(jì)的完整性能得到保證。

審核編輯：湯梓紅