PCB(Printed Circuit Board),中文名稱為印制電路板,又稱印刷電路板、印刷線路板,是重要的電子部件,是電子元器件的支撐體,是電子元器件電氣連接的提供者。由于它是采用電子印刷術(shù)制作的,故被稱為"印刷"電路板。
隨著PCB尺寸要求越來越小,器件密度要求越來越高,PCB設(shè)計的難度也越來越大。如何實現(xiàn)PCB高的布通率以及縮短設(shè)計時間呢?那么接下來我們就來談?wù)剬CB規(guī)劃、布局和布線的設(shè)計技巧。
在開始布線之前應(yīng)該對設(shè)計進行認(rèn)真的分析并對工具軟件進行認(rèn)真的設(shè)置,這會使設(shè)計更加符合要求。
1、確定PCB的層數(shù)
電路板尺寸和布線層數(shù)需要在設(shè)計初期確定。布線層的數(shù)量以及層疊(Stack-up)方式會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,實現(xiàn)期望的設(shè)計效果。目前多層板之間的成本差別很小,在開始設(shè)計時最好采用較多的電路層并使敷銅均勻分布。
2、設(shè)計規(guī)則和限制
要順利完成布線任務(wù),布線工具需要在正確的規(guī)則和限制條件下工作。要對所有特殊要求的信號線進行分類,每個信號類都應(yīng)該有優(yōu)先級,優(yōu)先級越高,規(guī)則也越嚴(yán)格。
規(guī)則涉及印制線寬度、過孔的最大數(shù)量、平行度、信號線之間的相互影響以及層的限制,這些規(guī)則對布線工具的性能有很大影響。認(rèn)真考慮設(shè)計要求是成功布線的重要一步。
3、組件的布局
在最優(yōu)化裝配過程中,可制造性設(shè)計(DFM)規(guī)則會對組件布局產(chǎn)生限制。如果裝配部門允許組件移動,可以對電路適當(dāng)優(yōu)化,更便于自動布線。
所定義的規(guī)則和約束條件會影響布局設(shè)計。自動布線工具一次只會考慮一個信號,通過設(shè)置布線的約束條件以及設(shè)定可布信號線的層,可以使布線工具能像設(shè)計師所設(shè)想的那樣完成布線。比如,對于電源線的布局:
在PCB布局中應(yīng)將電源退耦電路設(shè)計在各相關(guān)電路附近,而不要放置在電源部分,否則既影響旁路效果,又會在電源線和地線上流過脈動電流,造成竄擾;
對于電路內(nèi)部的電源走向,應(yīng)采取從末級向前級供電,并將該部分的電源濾波電容安排在末級附近;
對于一些主要的電流通道,如在調(diào)試和檢測過程中要斷開或測量電流,在布局時應(yīng)在印制導(dǎo)線上安排電流缺口。
另外,要注意穩(wěn)壓電源在布局時,盡可能安排在單獨的印制板上。當(dāng)電源與電路合用印制板時,在布局中,應(yīng)該避免穩(wěn)壓電源與電路元件混合布設(shè)或是使電源和電路合用地線。因為這種布線不僅容易產(chǎn)生干擾,同時在維修時無法將負載斷開,到時只能切割部分印制導(dǎo)線,從而損傷印制板。
4、扇出設(shè)計
在扇出設(shè)計階段,表面貼裝器件的每一個引腳至少應(yīng)有一個過孔,以便在需要更多的連接時,電路板能夠進行內(nèi)層連接、在線測試和電路再處理。
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)最大的過孔類型,經(jīng)過慎重考慮和預(yù)測,電路在線測試的設(shè)計可在設(shè)計初期進行,在生產(chǎn)過程后期實現(xiàn)。根據(jù)布線路徑和電路在線測試來確定過孔扇出類型,電源和接地也會影響到布線和扇出設(shè)計。
5、手動布線以及關(guān)鍵信號的處理
手動布線在現(xiàn)在和將來都是印刷電路板設(shè)計的一個重要過程,采用手動布線有助于自動布線工具完成布線工作。通過對挑選出的網(wǎng)絡(luò)(net)進行手動布線并加以固定,可以形成自動布線時可依據(jù)的路徑。
首先對關(guān)鍵信號進行布線,手動布線或結(jié)合自動布線工具均可。布線完成后,再由有關(guān)的工程技術(shù)人員對這些信號布線進行檢查,檢查通過后,將這些線固定,然后開始對其余信號進行自動布線。由于地線中阻抗的存在,會給電路帶來共阻抗干擾。
因此,在布線時不可將凡有接地符號的點隨意連接,這可能會產(chǎn)生有害的耦合,影響電路的工作。頻率較高時,導(dǎo)線的感抗將比導(dǎo)線本身的電阻大幾個數(shù)量級。這時導(dǎo)線上即使只流過很小的高頻電流,也會產(chǎn)生一定的高頻電壓降。
因此,對高頻電路來說,PCB布局盡可能排列緊湊,使印制導(dǎo)線盡可能短。印制導(dǎo)線之間還有互感和電容,當(dāng)工作頻率較大時,會對其它部分產(chǎn)生干擾,稱為寄生耦合干擾??梢圆扇〉囊种品绞接校?/p>
盡量縮短各級間的信號走線;
按信號的順序排列各級電路,避免各級信號線相互跨越;
相鄰的兩面板的導(dǎo)線要垂直或交叉,不能平行;
當(dāng)板內(nèi)要平行布設(shè)信號導(dǎo)線時,應(yīng)使這些導(dǎo)線盡可能間隔一定的距離,或用地線、電源線隔開,達到屏蔽的目的。
6、自動布線
對關(guān)鍵信號的布線需要考慮在布線時控制一些電參數(shù),比如減小分布電感等,在了解自動布線工具有哪些輸入?yún)?shù)以及輸入?yún)?shù)對布線的影響后,自動布線的質(zhì)量在一定程度上可以得到保證。在對信號進行自動布線時應(yīng)該采用通用規(guī)則。
通過設(shè)置限制條件和禁止布線區(qū)來限定給定信號所使用的層以及所用到的過孔數(shù)量,布線工具就能按照工程師的設(shè)計思路來自動布線。在設(shè)置好約束條件和應(yīng)用所創(chuàng)建的規(guī)則后,自動布線將會達到與預(yù)期相近的結(jié)果,在一部分設(shè)計完成以后,將其固定下來,以防止受到后邊布線過程的影響。
布線次數(shù)取決于電路的復(fù)雜性和所定義的通用規(guī)則的多少?,F(xiàn)在的自動布線工具功能非常強大,
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