PCB板基礎(chǔ)知識、布局原則、布線技巧、設(shè)計規(guī)則(共31頁)

1、PCB板基礎(chǔ)知識一、 PCB板的元素1、 工作層面對于印制電路板來說，工作層面可以分為6大類，信號層 （signal layer）內(nèi)部電源/接地層 （internal plane layer）機械層（mechanical layer） 主要用來放置物理邊界和放置尺寸標注等信息，起到相應(yīng)的提示作用。EDA軟件可以提供16層的機械層。防護層（mask layer） 包括錫膏層和阻焊層兩大類。錫膏層主要用于將表面貼元器件粘貼在PCB上，阻焊層用于防止焊錫鍍在不應(yīng)該焊接的地方。絲印層（silkscreen layer） 在PCB板的TOP和BOTTOM層表面繪制元器件的外觀輪廓和放置字符串等。例如元器

2、件的標識、標稱值等以及放置廠家標志，生產(chǎn)日期等。同時也是印制電路板上用來焊接元器件位置的依據(jù)，作用是使PCB板具有可讀性，便于電路的安裝和維修。其他工作層（other layer） 禁止布線層 Keep Out Layer鉆孔導(dǎo)引層 drill guide layer鉆孔圖層 drill drawing layer復(fù)合層 multi-layer2、 元器件封裝是實際元器件焊接到PCB板時的焊接位置與焊接形狀，包括了實際元器件的外形尺寸，所占空間位置，各管腳之間的間距等。元器件封裝是一個空間的功能，對于不同的元器件可以有相同的封裝，同樣相同功能的元器件可以有不同的封裝。因此在制作PCB板時必須同

3、時知道元器件的名稱和封裝形式。（1） 元器件封裝分類通孔式元器件封裝（THT，through hole technology） 表面貼元件封裝 （SMT Surface mounted technology ）另一種常用的分類方法是從封裝外形分類： SIP單列直插封裝 DIP雙列直插封裝 PLCC塑料引線芯片載體封裝 PQFP塑料四方扁平封裝 SOP 小尺寸封裝TSOP薄型小尺寸封裝PPGA 塑料針狀柵格陣列封裝PBGA 塑料球柵陣列封裝CSP 芯片級封裝(2) 元器件封裝編號編號原則：元器件類型+引腳距離（或引腳數(shù)）+元器件外形尺寸例如 AXIAL-0.3 DIP14 RAD0.1 RB7.

4、6-15 等。（3）常見元器件封裝電阻類 普通電阻AXIAL-,其中表示元件引腳間的距離；可變電阻類元件封裝的編號為VR, 其中表示元件的類別。電容類 非極性電容 編號RAD,其中表示元件引腳間的距離。 極性電容 編號RB-，表示元件引腳間的距離，表示元件的直徑。二極管類 編號DIODE-,其中表示元件引腳間的距離。晶體管類 器件封裝的形式多種多樣。集成電路類 SIP單列直插封裝DIP雙列直插封裝PLCC塑料引線芯片載體封裝PQFP塑料四方扁平封裝SOP 小尺寸封裝TSOP薄型小尺寸封裝PPGA 塑料針狀柵格陣列封裝PBGA 塑料球柵陣列封裝CSP 芯片級封裝3、 銅膜導(dǎo)線 是指PCB上各個元

5、器件上起電氣導(dǎo)通作用的連線，它是PCB設(shè)計中最重要的部分。對于印制電路板的銅膜導(dǎo)線來說，導(dǎo)線寬度和導(dǎo)線間距是衡量銅膜導(dǎo)線的重要指標，這兩個方面的尺寸是否合理將直接影響元器件之間能否實現(xiàn)電路的正確連接關(guān)系。印制電路板走線的原則：走線長度：盡量走短線，特別對小信號電路來講，線越短電阻越小，干擾越小。走線形狀：同一層上的信號線改變方向時應(yīng)該走135的斜線或弧形，避免90的拐角。走線寬度和走線間距：在PCB設(shè)計中，網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)相同的印制板線條的寬度要求盡量一致，這樣有利于阻抗匹配。走線寬度 通常信號線寬為： 0.20.3mm，(10mil)電源線一般為1.22.5mm 在條件允許的范圍內(nèi)，盡量加寬電源、地

6、線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：地線電源線信號線焊盤、線、過孔的間距要求 PAD and VIA： 0.3mm（12mil）PAD and PAD： 0.3mm（12mil）PAD and TRACK： 0.3mm（12mil）TRACK and TRACK： 0.3mm（12mil）密度較高時：PAD and VIA： 0.254mm（10mil）PAD and PAD： 0.254mm（10mil）PAD and TRACK： 0.254mm（10mil）TRACK and TRACK： 0.254mm（10mil）4、 焊盤和過孔引腳的鉆孔直徑=引腳直徑+（1030mil）引

7、腳的焊盤直徑=鉆孔直徑+18milPCB布局原則1、 根據(jù)結(jié)構(gòu)圖設(shè)置板框尺寸，按結(jié)構(gòu)要素布置安裝孔、接插件等需要定位的器件，并給這些器件賦予不可移動屬性。 按工藝設(shè)計規(guī)范的要求進行尺寸標注。2. 根據(jù)結(jié)構(gòu)圖和生產(chǎn)加工時所須的夾持邊設(shè)置印制板的禁止布線區(qū)、禁止布局區(qū)域。根據(jù)某些元件的特殊要求，設(shè)置禁止布線區(qū)。3. 綜合考慮PCB性能和加工的效率選擇加工流程。加工工藝的優(yōu)選順序為：元件面單面貼裝元件面貼、插混裝（元件面插裝焊接面貼裝一次波峰成型）雙面貼裝元件面貼插混裝、焊接面貼裝。4、布局操作的基本原則A. 遵照“先大后小，先難后易”的布置原則，即重要的單元電路、核心元器件應(yīng)當優(yōu)先布局B. 布局中

8、應(yīng)參考原理框圖，根據(jù)單板的主信號流向規(guī)律安排主要元器件C. 布局應(yīng)盡量滿足以下要求:總的連線盡可能短，關(guān)鍵信號線最短;高電壓、大電流信號與小電流，低電壓的弱信號完全分開;模擬信號與數(shù)字信號分開；高頻信號與低頻信號分開；高頻元器件的間隔要充分D. 相同結(jié)構(gòu)電路部分，盡可能采用“對稱式”標準布局；E. 按照均勻分布、重心平衡、版面美觀的標準優(yōu)化布局；F. 器件布局柵格的設(shè)置，一般IC器件布局時，柵格應(yīng)為50-100 mil,小型表面安裝器件，如表面貼裝元件布局時，柵格設(shè)置應(yīng)不少于25mil。G. 如有特殊布局要求，應(yīng)雙方溝通后確定。5. 同類型插裝元器件在X或Y方向上應(yīng)朝一個方向放置。同一種類型的

9、有極性分立元件也要力爭在X或Y方向上保持一致，便于生產(chǎn)和檢驗。6. 發(fā)熱元件要一般應(yīng)均勻分布，以利于單板和整機的散熱，除溫度檢測元件以外的溫度敏感器件應(yīng)遠離發(fā)熱量大的元器件。7. 元器件的排列要便于調(diào)試和維修，亦即小元件周圍不能放置大元件、需調(diào)試的元、器件周圍要有足夠的空間。8. 需用波峰焊工藝生產(chǎn)的單板，其緊固件安裝孔和定位孔都應(yīng)為非金屬化孔。當安裝孔需要接地時, 應(yīng)采用分布接地小孔的方式與地平面連接。9. 焊接面的貼裝元件采用波峰焊接生產(chǎn)工藝時，阻、容件軸向要與波峰焊傳送方向垂直， 阻排及SOP（PIN間距大于等于1.27mm）元器件軸向與傳送方向平行；PIN間距小于1.27mm（50mi

10、l)的IC、SOJ、PLCC、QFP等有源元件避免用波峰焊焊接。10. BGA與相鄰元件的距離5mm。其它貼片元件相互間的距離0.7mm；貼裝元件焊盤的外側(cè)與相鄰插裝元件的外側(cè)距離大于2mm；有壓接件的PCB，壓接的接插件周圍5mm內(nèi)不能有插裝元、器件，在焊接面其周圍5mm內(nèi)也不能有貼裝元、器件。11. IC去耦電容的布局要盡量靠近IC的電源管腳，并使之與電源和地之間形成的回路最短。12. 元件布局時,應(yīng)適當考慮使用同一種電源的器件盡量放在一起, 以便于將來的電源分隔。13. 用于阻抗匹配目的阻容器件的布局，要根據(jù)其屬性合理布置。串聯(lián)匹配電阻的布局要靠近該信號的驅(qū)動端，距離一般不超過500mi

11、l。匹配電阻、電容的布局一定要分清信號的源端與終端，對于多負載的終端匹配一定要在信號的最遠端匹配。14. 布局完成后打印出裝配圖供原理圖設(shè)計者檢查器件封裝的正確性，并且確認單板、背板和接插件的信號對應(yīng)關(guān)系，經(jīng)確認無誤后方可開始布線。布線布線是整個PCB設(shè)計中最重要的工序。這將直接影響著PCB板的性能好壞。在PCB的設(shè)計過程中，布線一般有這么三種境界的劃分：首先是布通，這時PCB設(shè)計時的最基本的要求。如果線路都沒布通，搞得到處是飛線，那將是一塊不合格的板子，可以說還沒入門。其次是電器性能的滿足。這是衡量一塊印刷電路板是否合格的標準。這是在布通之后，認真調(diào)整布線，使其能達到最佳的電器性能。接著是美

12、觀。假如你的布線布通了，也沒有什么影響電器性能的地方，但是一眼看過去雜亂無章的，加上五彩繽紛、花花綠綠的，那就算你的電器性能怎么好，在別人眼里還是垃圾一塊。這樣給測試和維修帶來極大的不便。布線要整齊劃一，不能縱橫交錯毫無章法。這些都要在保證電器性能和滿足其他個別要求的情況下實現(xiàn)，否則就是舍本逐末了。布線時主要按以下原則進行：一般情況下，首先應(yīng)對電源線和地線進行布線，以保證電路板的電氣性能。在條件允許的范圍內(nèi)，盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：地線電源線信號線，通常信號線寬為：0.20.3mm，最細寬度可達0.050.07mm，電源線一般為1.22.5mm。對數(shù)字電路的

13、 PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一個回路, 即構(gòu)成一個地網(wǎng)來使用（模擬電路的地則不能這樣使用） 預(yù)先對要求比較嚴格的線（如高頻線）進行布線，輸入端與輸出端的邊線應(yīng)避免相鄰平行，以免產(chǎn)生反射干擾。必要時應(yīng)加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產(chǎn)生寄生耦合。 振蕩器外殼接地，時鐘線要盡量短，且不能引得到處都是。時鐘振蕩電路下面、特殊高速邏輯電路部分要加大地的面積，而不應(yīng)該走其它信號線，以使周圍電場趨近于零； 盡可能采用45的折線布線，不可使用90折線，以減小高頻信號的輻射；（要求高的線還要用雙弧線） 任何信號線都不要形成環(huán)路，如不可避免，環(huán)路應(yīng)盡量??；信號線的過孔要盡量少； 關(guān)鍵的線盡量短而粗，

14、并在兩邊加上保護地。 通過扁平電纜傳送敏感信號和噪聲場帶信號時，要用“地線-信號-地線”的方式引出。 關(guān)鍵信號應(yīng)預(yù)留測試點，以方便生產(chǎn)和維修檢測用原理圖布線完成后，應(yīng)對布線進行優(yōu)化；同時，經(jīng)初步網(wǎng)絡(luò)檢查和DRC檢查無誤后，對未布線區(qū)域進行地線填充，用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用?；蚴亲龀啥鄬影?，電源，地線各占用一層。 Alitum Designer的PCB板布線規(guī)則 對于PCB的設(shè)計， AD提供了詳盡的10種不同的設(shè)計規(guī)則，這些設(shè)計規(guī)則則包括導(dǎo)線放置、導(dǎo)線布線方法、元件放置、布線規(guī)則、元件移動和信號完整性等規(guī)則。根據(jù)這些規(guī)則， Protel DXP進行自

15、動布局和自動布線。很大程度上，布線是否成功和布線的質(zhì)量的高低取決于設(shè)計規(guī)則的合理性，也依賴于用戶的設(shè)計經(jīng)驗。對于具體的電路可以采用不同的設(shè)計規(guī)則，如果是設(shè)計雙面板，很多規(guī)則可以采用系統(tǒng)默認值，系統(tǒng)默認值就是對雙面板進行布線的設(shè)置。 本章將對Protel DXP的布線規(guī)則進行講解。6.1 設(shè)計規(guī)則設(shè)置進入設(shè)計規(guī)則設(shè)置對話框的方法是在PCB電路板編輯環(huán)境下，從Protel DXP的主菜單中執(zhí)行菜單命令Desing/Rules ，系統(tǒng)將彈出如圖6-1所示的PCB Rules and Constraints Editor(PCB設(shè)計規(guī)則和約束 ) 對話框。圖6-1 PCB設(shè)計規(guī)則和約束對話框該對話框左

16、側(cè)顯示的是設(shè)計規(guī)則的類型，共分10類。左邊列出的是Desing Rules( 設(shè)計規(guī)則 ) ，其中包括Electrical （電氣類型）、 Routing （布線類型）、 SMT （表面粘著元件類型）規(guī)則等等，右邊則顯示對應(yīng)設(shè)計規(guī)則的設(shè)置屬性。該對話框左下角有按鈕Priorities ，單擊該按鈕，可以對同時存在的多個設(shè)計規(guī)則設(shè)置優(yōu)先權(quán)的大小。對這些設(shè)計規(guī)則的基本操作有：新建規(guī)則、刪除規(guī)則、導(dǎo)出和導(dǎo)入規(guī)則等?？梢栽谧筮吶我活愐?guī)則上右擊鼠標，將會彈出如6-2所示的菜單。在該設(shè)計規(guī)則菜單中， New Rule是新建規(guī)則； Delete Rule是刪除規(guī)則； Export Rules是將規(guī)則導(dǎo)出，將

17、以 .rul為后綴名導(dǎo)出到文件中； Import Rules是從文件中導(dǎo)入規(guī)則； Report 選項，將當前規(guī)則以報告文件的方式給出。 圖6 2設(shè)計規(guī)則菜單下面，將分別介紹各類設(shè)計規(guī)則的設(shè)置和使用方法。6.2 電氣設(shè)計規(guī)則Electrical （電氣設(shè)計）規(guī)則是設(shè)置電路板在布線時必須遵守，包括安全距離、短路允許等4個小方面設(shè)置。1 Clearance （安全距離）選項區(qū)域設(shè)置安全距離設(shè)置的是PCB 電路板在布置銅膜導(dǎo)線時，元件焊盤和焊盤之間、焊盤和導(dǎo)線之間、導(dǎo)線和導(dǎo)線之間的最小的距離。下面以新建一個安全規(guī)則為例，簡單介紹安全距離的設(shè)置方法。（ 1 ）在Clearance上右擊鼠標，從彈出的快捷

18、菜單中選擇New Rule 選項，如圖6-3所示。圖6-3 新建規(guī)則系統(tǒng)將自動當前設(shè)計規(guī)則為準，生成名為Clearance_1的新設(shè)計規(guī)則，其設(shè)置對話框如圖6-4所示。圖6-4 新建Clearance_1設(shè)計規(guī)則（ 2 ）在Where the First object matches選項區(qū)域中選定一種電氣類型。在這里選定Net單選項，同時在下拉菜單中選擇在設(shè)定的任一網(wǎng)絡(luò)名。在右邊Full Query中出現(xiàn)InNet （ ）字樣，其中括號里也會出現(xiàn)對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)名。（ 3 ）同樣的在where the Second object matches選項區(qū)域中也選定Net單選項，從下拉菜單中選擇另外一個網(wǎng)

19、絡(luò)名。（ 4 ）在Constraints選項區(qū)域中的Minimum Clearance文本框里輸入8mil 。這里Mil為英制單位， 1mil=10 -3 inch, linch= 2.54cm 。文中其他位置的mil也代表同樣的長度單位。（ 5 ）單擊Close按鈕，將退出設(shè)置，系統(tǒng)自動保存更改。設(shè)計完成效果如圖6-5所示。圖6-5 設(shè)置最小距離2 Short Circuit （短路）選項區(qū)域設(shè)置短路設(shè)置就是否允許電路中有導(dǎo)線交叉短路。設(shè)置方法同上，系統(tǒng)默認不允許短路，即取消Allow Short Circuit復(fù)選項的選定，如圖6- 6所示。圖6-6 短路是否允許設(shè)置3 Un-Routed

20、 Net （未布線網(wǎng)絡(luò)）選項區(qū)域設(shè)置可以指定網(wǎng)絡(luò)、檢查網(wǎng)絡(luò)布線是否成功，如果不成功，將保持用飛線連接。4 Un-connected Pin （未連接管腳）選項區(qū)域設(shè)置對指定的網(wǎng)絡(luò)檢查是否所有元件管腳都連線了。6.3 布線設(shè)計規(guī)則Routing （布線設(shè)計）規(guī)則主要有如下幾種。1 Width （導(dǎo)線寬度）選項區(qū)域設(shè)置導(dǎo)線的寬度有三個值可以供設(shè)置，分別為Max width （最大寬度）、 Preferred Width （最佳寬度）、 Min width （最小寬度）三個值，如圖6-7所示。系統(tǒng)對導(dǎo)線寬度的默認值為10mil ，單擊每個項直接輸入數(shù)值進行更改。這里采用系統(tǒng)默認值10mil設(shè)置導(dǎo)線寬

21、度。圖6 -7 設(shè)置導(dǎo)線寬度2. Routing Topology （布線拓撲）選項區(qū)域設(shè)置拓撲規(guī)則定義是采用的布線的拓撲邏輯約束。 Protel DXP中常用的布線約束為統(tǒng)計最短邏輯規(guī)則，用戶可以根據(jù)具體設(shè)計選擇不同的布線拓撲規(guī)則。 Protel DXP提供了以下幾種布線拓撲規(guī)則。Shortest ( 最短 ) 規(guī)則設(shè)置最短規(guī)則設(shè)置如圖6-8所示，從Topology下拉菜單中選擇Shortest選項，該選項的定義是在布線時連接所有節(jié)點的連線最短規(guī)則。圖6 -8 最短拓撲邏輯Horizontal （水平）規(guī)則設(shè)置水平規(guī)則設(shè)置如圖6- 9所示，從Topoogy下拉菜單中選擇Horizontal選

22、基。它采用連接節(jié)點的水平連線最短規(guī)則。圖6-9 水平拓撲規(guī)則Vertical （垂直）規(guī)則設(shè)置垂直規(guī)則設(shè)置如圖6-10所示，從Tolpoogy下拉菜單中選擇Vertical選項。它采和是連接所有節(jié)點，在垂直方向連線最短規(guī)則。圖 6-10 垂直拓撲規(guī)則Daisy Simple （簡單雛菊）規(guī)則設(shè)置簡單雛菊規(guī)則設(shè)置如圖 6-11所示，從Tolpoogy下拉菜單中選擇Daisy simple選項。它采用的是使用鏈式連通法則，從一點到另一點連通所有的節(jié)點，并使連線最短。圖 6-11簡單雛菊規(guī)則Daisy-MidDriven （雛菊中點）規(guī)則設(shè)置雛菊中點規(guī)則設(shè)置如圖6-12所示，從Tolpoogy下拉菜

23、單中選擇Daisy_MidDiven選項。該規(guī)則選擇一個Source （源點），以它為中心向左右連通所有的節(jié)點，并使連線最短。圖 6-12雛菊中點規(guī)則Daisy Balanced （雛菊平衡）規(guī)則設(shè)置雛菊平衡規(guī)則設(shè)置如圖6-13所示，從Tolpoogy下拉菜單中選擇Daisy Balanced選項。它也選擇一個源點，將所有的中間節(jié)點數(shù)目平均分成組，所有的組都連接在源點上，并使連線最短。圖 6-13雛菊平衡規(guī)則Star Burst （星形）規(guī)則設(shè)置星形規(guī)則設(shè)置如圖6-14所示，從Tolpoogy下拉菜單中選擇Star Burst選項。該規(guī)則也是采用選擇一個源點，以星形方式去連接別的節(jié)點，并使連線

24、最短。圖 6-14 Star Burst （星形）規(guī)則3. Routing Rriority （布線優(yōu)先級別）選項區(qū)域設(shè)置該規(guī)則用于設(shè)置布線的優(yōu)先次序，設(shè)置的范圍從0100 ，數(shù)值越大，優(yōu)先級越高，如圖6-15所示。圖 6-15 布線優(yōu)先級設(shè)置4. Routing Layers （布線圖）選毆區(qū)域設(shè)置該規(guī)則設(shè)置布線板導(dǎo)的導(dǎo)線走線方法。包括頂層和底層布線層，共有32個布線層可以設(shè)置，如圖6-16所示。圖 6-16 布線層設(shè)置由于設(shè)計的是雙層板，故Mid-Layer 1到Mid-Layer30都不存在的，該選項為灰色不能使用，只能使用Top Layer和Bottom Layer兩層。每層對應(yīng)的右邊

25、為該層的布線走法。Prote DXP提供了11種布線走法，如圖6 -17所示。圖 6-17 11 種布線法各種布線方法為： Not Used該層不進行布線； Horizontal該層按水平方向布線 ;Vertical該層為垂直方向布線； Any該層可以任意方向布線； Clock該層為按一點鐘方向布線； Clock該層為按兩點鐘方向布線； Clock該層為按四點鐘方向布線； Clock該層為按五點鐘方向布線； 45Up該層為向上45 方向布線、 45Down該層為向下 45 方法布線； Fan Out該層以扇形方式布線。對于系統(tǒng)默認的雙面板情況，一面布線采用 Horizontal 方式另一面采用

26、 Vertical 方式。5 Routing Corners （拐角）選項區(qū)域設(shè)置布線的拐角可以有45 拐角、 90 拐角和圓形拐角三種，如圖618所示。圖 618 拐角設(shè)置從Style上拉菜單欄中可以選擇拐角的類型。如圖6 16中Setback文本框用于設(shè)定拐角的長度。 To文本框用于設(shè)置拐角的大小。對于90 拐角如圖619所示，圓形拐角設(shè)置如圖620所示。圖 619 90 拐角設(shè)置圖 620 圓形拐角設(shè)置6 Routing Via Style （導(dǎo)孔）選項區(qū)域設(shè)置該規(guī)則設(shè)置用于設(shè)置布線中導(dǎo)孔的尺寸，其界面如圖621所示。圖 6 21 導(dǎo)孔設(shè)置可以調(diào)協(xié)的參數(shù)有導(dǎo)孔的直徑via Diamete

27、r和導(dǎo)孔中的通孔直徑Via Hole Size ，包括Maximum （最大值）、 Minimum （最小值）和Preferred （最佳值）。設(shè)置時需注意導(dǎo)孔直徑和通孔直徑的差值不宜過小，否則將不宜于制板加工。合適的差值在10mil以上。6.4 阻焊層設(shè)計規(guī)則Mask （阻焊層設(shè)計）規(guī)則用于設(shè)置焊盤到阻焊層的距離，有如下幾種規(guī)則。1 Solder Mask Expansion （阻焊層延伸量）選項區(qū)域設(shè)置該規(guī)則用于設(shè)計從焊盤到阻礙焊層之間的延伸距離。在電路板的制作時，阻焊層要預(yù)留一部分空間給焊盤。這個延伸量就是防止阻焊層和焊盤相重疊，如圖6 22所示系統(tǒng)默認值為4mil,Expansion設(shè)

28、置預(yù)為設(shè)置延伸量的大小。圖 6 22 阻焊層延伸量設(shè)置2 Paste Mask Expansion （表面粘著元件延伸量）選項區(qū)域設(shè)置該規(guī)則設(shè)置表面粘著元件的焊盤和焊錫層孔之間的距離，如圖6 23所示，圖中的Expansion設(shè)置項為設(shè)置延伸量的大小。圖 6 23 表面粘著元件延伸量設(shè)置6.5 內(nèi)層設(shè)計規(guī)則Plane （內(nèi)層設(shè)計）規(guī)則用于多層板設(shè)計中，有如下幾種設(shè)置規(guī)則。1 Power Plane Connect Style （電源層連接方式）選項區(qū)域設(shè)置電源層連接方式規(guī)則用于設(shè)置導(dǎo)孔到電源層的連接，其設(shè)置界面如圖6 24所示。圖 6 24 電源層連接方式設(shè)置圖中共有5項設(shè)置項，分別是： Co

29、nner Style 下拉列表：用于設(shè)置電源層和導(dǎo)孔的連接風(fēng)格。下拉列表中有 3 個選項可以選擇： Relief Connect （發(fā)散狀連接）、 Direct connect （直接連接）和 No Connect （不連接）。工程制板中多采用發(fā)散狀連接風(fēng)格。 Condctor Width 文本框：用于設(shè)置導(dǎo)通的導(dǎo)線寬度。 Conductors 復(fù)選項：用于選擇連通的導(dǎo)線的數(shù)目，可以有 2 條或者 4 條導(dǎo)線供選擇。 Air-Gap 文本框：用于設(shè)置空隙的間隔的寬度。 Expansion 文本框：用于設(shè)置從導(dǎo)孔到空隙的間隔之間的距離。 2. Power Plane Clearance （電源層

30、安全距離）選項區(qū)域設(shè)置該規(guī)則用于設(shè)置電源層與穿過它的導(dǎo)孔之間的安全距離，即防止導(dǎo)線短路的最小距離，設(shè)置界面如圖6 25所示，系統(tǒng)默認值20mil。圖 6 25 電源層安全距離設(shè)置3 Polygon Connect style （敷銅連接方式）選項區(qū)域設(shè)置該規(guī)則用于設(shè)置多邊形敷銅與焊盤之間的連接方式，設(shè)置界面如圖6 26所示。圖 6 26 敷銅連接方式設(shè)置該設(shè)置對話框中Connect Style 、 Conductors和Conductor width的設(shè)置與Power Plane Connect Style選項設(shè)置意義相同，在此不同志贅述。最后可以設(shè)定敷銅與焊盤之間的連接角度，有90angle

31、(90 ) 和45Angle （ 45 ）角兩種方式可選。6.6 測試點設(shè)計規(guī)則Testpiont （測試點設(shè)計）規(guī)則用于設(shè)計測試點的形狀、用法等，有如下幾項設(shè)置。1 Testpoint Style （測試點風(fēng)格）選項區(qū)域設(shè)置該規(guī)則中可以指定測試點的大小和格點大小等，設(shè)置界面如圖6 27所示。圖 6 27 測試點風(fēng)格設(shè)置該設(shè)置對話框有如下選項： Size文本框為測試點的大小， Hole Size文本框為測試點的導(dǎo)孔的大小，可以指定Min （最小值）、 Max （最大值）和 Preferred （最優(yōu)值）。 Grid Size文本框：用于設(shè)置測試點的網(wǎng)格大小。系統(tǒng)默認為1mil大小。 Allow

32、 testpoint under component 復(fù)選項：用于選擇是否允許將測試點放置在元件下面。復(fù)選項Top 、 Bottom等選擇可以將測試點放置在哪些層面上。 右邊多項復(fù)選項設(shè)置所允許的測試點的放置層和放置次序。系統(tǒng)默認為所有規(guī)則都選中。2 Testpoint Usage （測試點用法）選項區(qū)域設(shè)置測試點用法設(shè)置的界面如圖6 28所示。圖 6 28 測試點用法設(shè)置該設(shè)置對話框有如下選項：Allow multiple testpoints on same net復(fù)選項：用于設(shè)置是否可以在同一網(wǎng)絡(luò)上允許多個測試點存在。Testpoint 選項區(qū)域中的單選項選擇對測試點的處理，可以是Req

33、uired ( 必須處理 ) 、 Invalid （無效的測試點）和 Dont care （可忽略的測試點）。6.7 電路板制板規(guī)則Manufacturing （電路板制板）規(guī)則用于對電路板制板的設(shè)置，有如下幾類設(shè)置：1. Minimum annular Ring （最小焊盤環(huán)寬）選項區(qū)域設(shè)置電路板制作時的最小焊盤寬度，即焊盤外直徑和導(dǎo)孔直徑之間的有效期值，系統(tǒng)默認值為10 mil。2 Acute Angle （導(dǎo)線夾角設(shè)置）選項區(qū)域設(shè)置對于兩條銅膜導(dǎo)線的交角，不小于90 。3 Hole size （導(dǎo)孔直徑設(shè)置）選項區(qū)域設(shè)置該規(guī)則用于設(shè)置導(dǎo)孔的內(nèi)直徑大小?？梢灾付▽?dǎo)孔的內(nèi)直徑的最大值和最小值

34、。Measurement Method下拉列表中有兩種選項： Absolute以絕對尺寸來設(shè)計， Percent以相對的比例來設(shè)計。采用絕對尺寸的導(dǎo)孔直徑設(shè)置對話框如圖6 29所示（以mil為單位）。圖 6 29 導(dǎo)孔直徑設(shè)置對話框4 Layers Pais （使用板層對）選項區(qū)域設(shè)置在設(shè)計多層板時，如果使用了盲導(dǎo)孔，就要在這里對板層對進行設(shè)置。對話框中的復(fù)選取項用于選擇是否允許使用板層對（ layers pairs ）設(shè)置。本章中，對Protel DXP提供的10種布線規(guī)則進行了介紹，在設(shè)計規(guī)則中介紹了每條規(guī)則的功能和設(shè)置方法。這些規(guī)則的設(shè)置屬于電路設(shè)計中的較高級的技巧，它設(shè)計到很多算法的知

35、識。掌握這些規(guī)則的設(shè)置，就能設(shè)計出高質(zhì)量的PCB電路。雙面板布線技巧一 雙面板布線技巧在當今激烈競爭的電池供電市場中，由于成本指標限制，設(shè)計人員常常使用雙面板。盡管多層板(4層、6層及8層) 方案在尺寸、噪聲和性能方面具有明顯優(yōu)勢，成本壓力卻促使工程師們重新考慮其布線策略，采用雙面板。在本文中，我們將討論自動布線功能的正確使用和錯誤使用，有無地平面時電流回路的設(shè)計策略，以及對雙面板元件布局的建議。自動布線的優(yōu)缺點以及模擬電路布線的注意事項設(shè)計PCB 時，往往很想使用自動布線。通常，純數(shù)字的電路板(尤其信號電平比較低，電路密度比較小時)采用自動布線是沒有問題的。但是，在設(shè)計模擬、混合信號或高速電

36、路板時，如果采用布線軟件的自動布線工具，可能會出現(xiàn)一些問題，甚至很可能帶來嚴重的電路性能問題。 例如，圖1中顯示了一個采用自動布線設(shè)計的雙面板的頂層。此雙面板的底層如圖2所示，這些布線層的電路原理圖如圖3a和圖3b所示。設(shè)計此混合信號電路板時，經(jīng)仔細考慮，將器件手工放在板上，以便將數(shù)字和模擬器件分開放置。采用這種布線方案時，有幾個方面需要注意，但最麻煩的是接地。如果在頂層布地線，則頂層的器件都通過走線接地。器件還在底層接地，頂層和底層的地線通過電路板最右側(cè)的過孔連接。當檢查這種布線策略時，首先發(fā)現(xiàn)的弊端是存在多個地環(huán)路。另外，還會發(fā)現(xiàn)底層的地線返回路徑被水平信號線隔斷了。這種接地方案的可取之處

37、是，模擬器件(12位A/D轉(zhuǎn)換器MCP3202和2.5V參考電壓源MCP4125)放在電路板的最右側(cè)，這種布局確保了這些模擬芯片下面不會有數(shù)字地信號經(jīng)過。圖3a和圖3b所示電路的手工布線如圖4、圖5所示。在手工布線時，為確保正確實現(xiàn)電路，需要遵循一些通用的設(shè)計準則：盡量采用地平面作為電流回路；將模擬地平面和數(shù)字地平面分開；如果地平面被信號走線隔斷，為降低對地電流回路的干擾，應(yīng)使信號走線與地平面垂直；模擬電路盡量靠近電路板邊緣放置，數(shù)字電路盡量靠近電源連接端放置，這樣做可以降低由數(shù)字開關(guān)引起的di/dt效應(yīng)。這兩種雙面板都在底層布有地平面，這種做法是為了方便工程師解決問題，使其可快速明了電路板的

38、布線。廠商的演示板和評估板通常采用這種布線策略。但是，更為普遍的做法是將地平面布在電路板頂層，以降低電磁干擾。圖 1 采用自動布線為圖3所示電路原理圖設(shè)計的電路板的頂層圖 2 采用自動布線為圖3所示電路原理圖設(shè)計的電路板的底層圖 3a 圖1、圖2、圖4和圖5中布線的電路原理圖圖 3b 圖1、圖2、圖4和圖5中布線的模擬部分電路原理圖有無地平面時的電流回路設(shè)計對于電流回路，需要注意如下基本事項：1. 如果使用走線，應(yīng)將其盡量加粗。PCB上的接地連接如要考慮走線時，設(shè)計應(yīng)將走線盡量加粗。這是一個好的經(jīng)驗法則，但要知道，接地線的最小寬度是從此點到末端的有效寬度，此處“末端”指距離電源連接端最遠的點。

39、 2. 應(yīng)避免地環(huán)路。3. 如果不能采用地平面，應(yīng)采用星形連接策略 (見圖6)。通過這種方法，地電流獨立返回電源連接端。圖6中，注意到并非所有器件都有自己的回路，U1和U2是共用回路的。如遵循以下第4條和第5條準則，是可以這樣做的。4. 數(shù)字電流不應(yīng)流經(jīng)模擬器件。數(shù)字器件開關(guān)時，回路中的數(shù)字電流相當大，但只是瞬時的，這種現(xiàn)象是由地線的有效感抗和阻抗引起的。對于地平面或接地走線的感抗部分，計算公式為V = Ldi/dt，其中V是產(chǎn)生的電壓，L是地平面或接地走線的感抗，di是數(shù)字器件的電流變化，dt是持續(xù)時間。對地線阻抗部分的影響，其計算公式為V= RI, 其中，V是產(chǎn)生的電壓，R是地平面或接地走

40、線的阻抗，I是由數(shù)字器件引起的電流變化。經(jīng)過模擬器件的地平面或接地走線上的這些電壓變化，將改變信號鏈中信號和地之間的關(guān)系(即信號的對地電壓)。5. 高速電流不應(yīng)流經(jīng)低速器件。與上述類似，高速電路的地返回信號也會造成地平面的電壓發(fā)生變化。此干擾的計算公式和上述相同，對于地平面或接地走線的感抗，V = Ldi/dt ；對于地平面或接地走線的阻抗，V = RI 。與數(shù)字電流一樣，高速電路的地平面或接地走線經(jīng)過模擬器件時，地線上的電壓變化會改變信號鏈中信號和地之間的關(guān)系。圖 4 采用手工走線為圖3所示電路原理圖設(shè)計的電路板的頂層圖 5 采用手工走線為圖3所示電路原理圖設(shè)計的電路板的底層圖 6 如果不能

41、采用地平面，可以采用“星形”布線策略來處理電流回路圖 7 分隔開的地平面有時比連續(xù)的地平面有效，圖b)接地布線策略比圖a) 的接地策略理想6. 不管使用何種技術(shù)，接地回路必須設(shè)計為最小阻抗和容抗。7. 如使用地平面，分隔開地平面可能改善或降低電路性能，因此要謹慎使用。分開模擬和數(shù)字地平面的有效方法如圖7所示。圖 7中，精密模擬電路更靠近接插件，但是與數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和電源電路的開關(guān)電流隔離開了。這是分隔開接地回路的非常有效的方法，我們在前面討論的圖4和圖5的布線也采用了這種技術(shù)。二、工程領(lǐng)域中的數(shù)字設(shè)計人員和數(shù)字電路板設(shè)計專家在不斷增加，這反映了行業(yè)的發(fā)展趨勢。盡管對數(shù)字設(shè)計的重視帶來了電子產(chǎn)品的重大

42、發(fā)展，但仍然存在，而且還會一直存在一部分與模擬或現(xiàn)實環(huán)境接口的電路設(shè)計。模擬和數(shù)字領(lǐng)域的布線策略有一些類似之處，但要獲得更好的結(jié)果時，由于其布線策略不同，簡單電路布線設(shè)計就不再是最優(yōu)方案了。本文就旁路電容、電源、地線設(shè)計、電壓誤差和由PCB布線引起的電磁干擾 (EMI)等幾個方面，討論模擬和數(shù)字布線的基本相似之處及差別。 模擬和數(shù)字布線策略的相似之處旁路或去耦電容在布線時，模擬器件和數(shù)字器件都需要這些類型的電容，都需要靠近其電源引腳連接一個電容，此電容值通常為0.1mF。系統(tǒng)供電電源側(cè)需要另一類電容，通常此電容值大約為10mF。這些電容的位置如圖1所示。電容取值范圍為推薦值的1/10至10倍之

43、間。但引腳須較短，且要盡量靠近器件(對于0.1mF電容)或供電電源(對于10mF電容)。在電路板上加旁路或去耦電容，以及這些電容在板上的位置，對于數(shù)字和模擬設(shè)計來說都屬于常識。但有趣的是，其原因卻有所不同。在模擬布線設(shè)計中，旁路電容通常用于旁路電源上的高頻信號，如果不加旁路電容，這些高頻信號可能通過電源引腳進入敏感的模擬芯片。一般來說，這些高頻信號的頻率超出模擬器件抑制高頻信號的能力。如果在模擬電路中不使用旁路電容的話，就可能在信號路徑上引入噪聲，更嚴重的情況甚至?xí)鹫駝印D 1 在模擬和數(shù)字PCB設(shè)計中，旁路或去耦電容(1mF)應(yīng)盡量靠近器件放置。供電電源去耦電容(10mF)應(yīng)放置在電路板

44、的電源線入口處。所有情況下，這些電容的引腳都應(yīng)較短圖 2 在此電路板上，使用不同的路線來布電源線和地線，由于這種不恰當?shù)呐浜希娐钒宓碾娮釉骷途€路受電磁干擾的可能性比較大圖3 在此單面板中，到電路板上器件的電源線和地線彼此靠近。此電路板中電源線和地線的配合比圖2中恰當。電路板中電子元器件和線路受電磁干擾(EMI)的可能性降低了679/12.8倍或約54倍對于控制器和處理器這樣的數(shù)字器件，同樣需要去耦電容，但原因不同。這些電容的一個功能是用作 “微型”電荷庫。在數(shù)字電路中，執(zhí)行門狀態(tài)的切換通常需要很大的電流。由于開關(guān)時芯片上產(chǎn)生開關(guān)瞬態(tài)電流并流經(jīng)電路板，有額外的“備用”電荷是有利的。如果執(zhí)行

45、開關(guān)動作時沒有足夠的電荷，會造成電源電壓發(fā)生很大變化。電壓變化太大，會導(dǎo)致數(shù)字信號電平進入不確定狀態(tài)，并很可能引起數(shù)字器件中的狀態(tài)機錯誤運行。流經(jīng)電路板走線的開關(guān)電流將引起電壓發(fā)生變化，電路板走線存在寄生電感，可采用如下公式計算電壓的變化：V = LdI/dt其中，V = 電壓的變化；L = 電路板走線感抗；dI = 流經(jīng)走線的電流變化；dt =電流變化的時間。因此，基于多種原因，在供電電源處或有源器件的電源引腳處施加旁路(或去耦)電容是較好的做法。電源線和地線要布在一起電源線和地線的位置良好配合，可以降低電磁干擾的可能性。如果電源線和地線配合不當，會設(shè)計出系統(tǒng)環(huán)路，并很可能會產(chǎn)生噪聲。電源線

46、和地線配合不當?shù)腜CB設(shè)計示例如圖2所示。此電路板上，設(shè)計出的環(huán)路面積為697cm2。采用圖3所示的方法，電路板上或電路板外的輻射噪聲在環(huán)路中感應(yīng)電壓的可能性可大為降低。模擬和數(shù)字領(lǐng)域布線策略的不同之處地平面是個難題電路板布線的基本知識既適用于模擬電路，也適用于數(shù)字電路。一個基本的經(jīng)驗準則是使用不間斷的地平面，這一常識降低了數(shù)字電路中的dI/dt(電流隨時間的變化)效應(yīng)，這一效應(yīng)會改變地的電勢并會使噪聲進入模擬電路。數(shù)字和模擬電路的布線技巧基本相同，但有一點除外。對于模擬電路，還有另外一點需要注意，就是要將數(shù)字信號線和地平面中的回路盡量遠離模擬電路。這一點可以通過如下做法來實現(xiàn)：將模擬地平面單

47、獨連接到系統(tǒng)地連接端，或者將模擬電路放置在電路板的最遠端，也就是線路的末端。這樣做是為了保持信號路徑所受到的外部干擾最小。對于數(shù)字電路就不需要這樣做，數(shù)字電路可容忍地平面上的大量噪聲，而不會出現(xiàn)問題。圖 4 (a)將數(shù)字開關(guān)動作和模擬電路隔離，將電路的數(shù)字和模擬部分分開。 (b) 要盡可能將高頻和低頻分開，高頻元件要靠近電路板的接插件圖5 在PCB上布兩條靠近的走線，很容易形成寄生電容。由于這種電容的存在，在一條走線上的快速電壓變化，可在另一條走線上產(chǎn)生電流信號圖 6 如果不注意走線的放置，PCB中的走線可能產(chǎn)生線路感抗和互感。這種寄生電感對于包含數(shù)字開關(guān)電路的電路運行是非常有害的元件的位置如

48、上所述，在每個PCB設(shè)計中，電路的噪聲部分和“安靜”部分(非噪聲部分)要分隔開。一般來說，數(shù)字電路“富含”噪聲，而且對噪聲不敏感(因為數(shù)字電路有較大的電壓噪聲容限)；相反，模擬電路的電壓噪聲容限就小得多。兩者之中，模擬電路對開關(guān)噪聲最為敏感。在混合信號系統(tǒng)的布線中，這兩種電路要分隔開，如圖4所示。PCB設(shè)計產(chǎn)生的寄生元件 PCB設(shè)計中很容易形成可能產(chǎn)生問題的兩種基本寄生元件：寄生電容和寄生電感。設(shè)計電路板時，放置兩條彼此靠近的走線就會產(chǎn)生寄生電容?？梢赃@樣做：在不同的兩層，將一條走線放置在另一條走線的上方；或者在同一層，將一條走線放置在另一條走線的旁邊，如圖5所示。在這兩種走線配置中，一條走線

49、上電壓隨時間的變化(dV/dt)可能在另一條走線上產(chǎn)生電流。如果另一條走線是高阻抗的，電場產(chǎn)生的電流將轉(zhuǎn)化為電壓。 快速電壓瞬變最常發(fā)生在模擬信號設(shè)計的數(shù)字側(cè)。如果發(fā)生快速電壓瞬變的走線靠近高阻抗模擬走線，這種誤差將嚴重影響模擬電路的精度。在這種環(huán)境中，模擬電路有兩個不利的方面：其噪聲容限比數(shù)字電路低得多；高阻抗走線比較常見。采用下述兩種技術(shù)之一可以減少這種現(xiàn)象。最常用的技術(shù)是根據(jù)電容的方程，改變走線之間的尺寸。要改變的最有效尺寸是兩條走線之間的距離。應(yīng)該注意，變量d在電容方程的分母中，d增加，容抗會降低。可改變的另一個變量是兩條走線的長度。在這種情況下，長度L降低，兩條走線之間的容抗也會降低

50、。另一種技術(shù)是在這兩條走線之間布地線。地線是低阻抗的，而且添加這樣的另外一條走線將削弱產(chǎn)生干擾的電場，如圖5所示。電路板中寄生電感產(chǎn)生的原理與寄生電容形成的原理類似。也是布兩條走線，在不同的兩層，將一條走線放置在另一條走線的上方；或者在同一層，將一條走線放置在另一條的旁邊，如圖6所示。在這兩種走線配置中，一條走線上電流隨時間的變化 (dI/dt)，由于這條走線的感抗，會在同一條走線上產(chǎn)生電壓；并由于互感的存在，會在另一條走線上產(chǎn)生成比例的電流。如果在第一條走線上的電壓變化足夠大，干擾可能會降低數(shù)字電路的電壓容限而產(chǎn)生誤差。并不只是在數(shù)字電路中才會發(fā)生這種現(xiàn)象，但這種現(xiàn)象在數(shù)字電路中比較常見，因

51、為數(shù)字電路中存在較大的瞬時開關(guān)電流。 為消除電磁干擾源的潛在噪聲，最好將“安靜”的模擬線路和噪聲I/O端口分開。要設(shè)法實現(xiàn)低阻抗的電源和地網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)盡量減小數(shù)字電路導(dǎo)線的感抗，盡量降低模擬電路的電容耦合。結(jié)語數(shù)字和模擬范圍確定后，謹慎地布線對獲得成功的PCB至關(guān)重要。布線策略通常作為經(jīng)驗準則向大家介紹，因為很難在實驗室環(huán)境中測試出產(chǎn)品的最終成功與否。因此，盡管數(shù)字和模擬電路的布線策略存在相似之處，還是要認識到并認真對待其布線策略的差別。三、寄生元件危害最大的情況印刷電路板布線產(chǎn)生的主要寄生元件包括：寄生電阻、寄生電容和寄生電感。例如：PCB的寄生電阻由元件之間的走線形成；電路板上的走線、焊盤和平行走線會產(chǎn)生寄生電容；寄生電感的產(chǎn)生途徑包括環(huán)路電感、互感和過孔。當將電路原理圖轉(zhuǎn)化為實際的PCB時，所有這些寄生元件都可能對電路的有效性產(chǎn)生干擾。本文將對最棘手的電路板寄生元件類型 寄生電容進行量化，并提供一個可清