設(shè)計(jì)人員面臨的電路板布線挑戰(zhàn)

長(zhǎng)期以來，將原理圖網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為印刷電路板上的物理走線一直是布局工程師的職責(zé)。過去這通常是手動(dòng)完成的，設(shè)計(jì)人員會(huì)在網(wǎng)格狀的聚酯薄膜片上以放大的尺寸繪制和重新繪制電路。準(zhǔn)備就緒后，這些電路圖將用不透明的膠帶覆蓋并進(jìn)行光還原處理，以創(chuàng)建所需的制造工具。多年以來，對(duì)新電子產(chǎn)品的性能要求迫使人們不得不使用無法通過膠帶準(zhǔn)確創(chuàng)建的較小的板元件。加上許多其他原因，迫使電路板設(shè)計(jì)發(fā)展到了新的水平。進(jìn)入PCB設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)。

隨著這些系統(tǒng)的引入，實(shí)現(xiàn)了許多新的好處。首先，設(shè)計(jì)人員可以從原理圖數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為布局?jǐn)?shù)據(jù)，而無需手動(dòng)輸入電子表格的連接性。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可以自動(dòng)檢查并維護(hù)電路板上物體之間的間隙容差，例如走線到走線或走線到焊盤。在膠帶固定板上，估計(jì)了這些間隙，如果需要，可使用Exacto刀修整一點(diǎn)膠帶，以留出更多空間。

使用PCB設(shè)計(jì)CAD工具，生產(chǎn)的工作量呈指數(shù)增長(zhǎng)。但是，一切都變了，不久，不斷發(fā)展的電子技術(shù)開始需要越來越多的PCB設(shè)計(jì)工具，尤其是在布線領(lǐng)域。

在印刷電路板布局中將跡線連接在一起可能會(huì)很有趣。有時(shí)，將線跡拖拉并鉤在一起以完成蚊帳甚至是導(dǎo)流的。但是，越來越多的允許以最少的規(guī)則進(jìn)行基本布線的更簡(jiǎn)單的電路板設(shè)計(jì)正在消失。代替僅連接點(diǎn)，高速設(shè)計(jì)規(guī)則，嚴(yán)格的制造要求和其他約束需要更多的關(guān)注。

這是設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在面臨的一些電路板布線挑戰(zhàn)：

縮短設(shè)計(jì)時(shí)間：為了保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，需要盡可能減少電路板的設(shè)計(jì)時(shí)間。另外，必須將電路板旋轉(zhuǎn)保持在最低限度，以減少原型設(shè)計(jì)費(fèi)用。這給設(shè)計(jì)人員帶來了更大的壓力，使他們不得不在第一時(shí)間正確完成布線。

多種設(shè)計(jì)約束：一次，板上的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都具有相同的走線寬度和間距規(guī)則，但電源和接地除外，后者必須更寬。設(shè)計(jì)規(guī)則的這種非常簡(jiǎn)單的用法現(xiàn)已被用于多個(gè)網(wǎng)的不同寬度和間距規(guī)則所取代，在某些情況下，還用于板的不同區(qū)域。

分析期望：為了第一次正確完成跟蹤路由，布局設(shè)計(jì)人員需要提前知道如何配置他們的設(shè)計(jì)。除PCB布線工具外，這還需要仿真和分析工具。

復(fù)雜的路由要求：當(dāng)今高速板上的許多路由都需要特定的路由模式或拓?fù)?。例如，較舊的DDR內(nèi)存路由需要使用T拓?fù)渎酚赡Ｊ?，而DDR3和DDR4需要逐終端終止拓?fù)洹３酥?，還有必須一起布線的差分對(duì)，必須配置為匹配板層堆疊的受控阻抗線以及許多其他要求。

要成功地布線印刷電路板，您需要的不僅僅是高級(jí)布線功能。布線在您放置一條軌跡之前就已經(jīng)開始很久了，因此，我們將從PCB設(shè)計(jì)工具還應(yīng)該具有的其他一些重要功能開始列出該清單：

電路仿真：SPICE工具不僅可以通過在構(gòu)建原型之前揭示設(shè)計(jì)問題來使設(shè)計(jì)更快地推向市場(chǎng)，而且還可以幫助您進(jìn)行布線。大多數(shù)高速，高密度設(shè)計(jì)的走線布線都緊密地包裝在一起。這對(duì)于信號(hào)定時(shí)，阻抗控制和許多其他原因都是必不可少的。但是，當(dāng)您不得不撕裂并重新路由被錯(cuò)誤捕獲的跟蹤時(shí)，它可能會(huì)使整個(gè)設(shè)計(jì)失去平衡。使用電路仿真工具，您可以從一開始就使用正確的原理圖數(shù)據(jù)。

組件放置有助于和檢查：正確地路由跟蹤始于正確放置組件。這意味著需要注意部件之間的適當(dāng)間距，電路板必須通過可制造性檢查，并且信號(hào)路徑必須得到優(yōu)化。與電路模擬器一樣，必須精簡(jiǎn)布線以糾正組件放置問題，這會(huì)對(duì)您承受不起的整個(gè)設(shè)計(jì)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)。

設(shè)計(jì)規(guī)則和約束：您不僅需要控制多個(gè)網(wǎng)絡(luò)和區(qū)域的走線寬度和間距，而且還需要管理許多其他設(shè)計(jì)參數(shù)。約束管理器，如上面PCB設(shè)計(jì)工具的Cadence系列所示，將使您可以控制設(shè)計(jì)和電氣的所有物理屬性。您可以設(shè)置走線長(zhǎng)度，長(zhǎng)度匹配，差分對(duì)以及許多其他規(guī)則和約束。

分析工具：在分析路由的有效性之前等待構(gòu)建原型，就像在馬逃跑后關(guān)上倉(cāng)門。最佳的設(shè)計(jì)過程是與PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的嵌入式分析工具配合使用，以在布線時(shí)檢查信號(hào)和電源完整性。這樣，您就可以在工作時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)更正，而不必稍后重新設(shè)計(jì)電路板。

有了這些功能，您就可以很好地進(jìn)行電路板布線。以下是一些最有用的路由工具：

手動(dòng)交互式路由：無論如何，您將始終需要手動(dòng)連接一些跟蹤。您的設(shè)計(jì)工具應(yīng)允許使用各種編輯選項(xiàng)輕松完成此操作，以補(bǔ)充您的工藝路線。

幻燈片路由：要快速清理痕跡，抓住痕跡片段并將其拉到所需位置的能力非常寶貴。更好的是，它將在滑動(dòng)時(shí)將其他設(shè)計(jì)對(duì)象（例如通孔和走線）移開。

扇出布線：也稱為逸出布線，此自動(dòng)功能可以通過快速將跡線從高引腳數(shù)的零件中拉出并將其連接至過孔而大有幫助。

差分對(duì)布線：差分對(duì)必須在布線對(duì)之間以一致的間距布線。這些路由器與設(shè)計(jì)約束中針對(duì)線寬和間距值設(shè)置的差異對(duì)規(guī)則結(jié)合使用。

總線路由：這是另一個(gè)有用的功能，您可以在其中捕獲一組跟蹤并將它們一起路由。

自動(dòng)路由：自動(dòng)路由可以采用多種形式，從單跡線路由到完整批量自動(dòng)路由，可以根據(jù)用戶的需要路由整個(gè)電路板。

跡線調(diào)整：這些路由器還可以與設(shè)計(jì)約束條件結(jié)合使用，并在跡線中添加較小的蛇形線段，以增加其總長(zhǎng)度。

清理路由：有很多工具可以清理您板上的路由。有些會(huì)斜切痕跡的角落，而另一些會(huì)消除不必要的微動(dòng)和分段。您還可以在連接到過孔的跡線中添加淚滴功能，或者對(duì)布線進(jìn)行光澤處理以使其更具表現(xiàn)力。
編輯：hfy