第6章雙面印制電路板設(shè)計舉例

1、第6章 雙面印制電路板設(shè)計舉例熊建軍2006. 6E-mail：rd27 電話6.0 印制板設(shè)計操作流程環(huán)境設(shè)置 P226 (6.16.2) 放置元件（預(yù)布局） P246 (6.3)自動布線 P266 ()修改、檢查打印 P286 () P224 6.1 原理圖到印制板 P226 原理圖是印制板設(shè)計的前提和基礎(chǔ). 原理圖轉(zhuǎn)化成印制板電氣連接關(guān)系的 兩種方法: SCH 中，執(zhí)行命令: 【 Update PCB 】 SCH中： 【 Design Create Netlist 】 再將網(wǎng)絡(luò)表文件 .Net 裝入 PCB 文件中 1. 啟動 P

2、CB Wizard P2261. 【 File New Wizard 】: 雙擊 Printed Circuit Board Wizard.2. 選擇印制版類型：共種： 用戶自定義； 歐規(guī) VME Bus適 配卡 IBM AT 適配卡 IBM XT 適配卡 IBM PC-104 適配卡 PCI 適配卡 IBM PCMCIA 適配卡 IBM PS/2 適配卡 Standard Bus Format SUN SBF 3. 選擇印制版尺寸參數(shù) 用戶定制: Custom Made BoardRectangular: (Width, Height) （異形也可）Boundary Layer: 布線區(qū)邊框

3、，缺省在 Keep Out Layer,無須改變Dimension Layer: 外邊框，缺省在機(jī)械，也不用改Keep Out Distance From Board: 取100mil Corner Cutoff 缺角; Inner Cutoff 內(nèi)部挖空; 等祥見 P230 .布線邊框?qū)忧懈钸吙驅(qū)咏莾?nèi)陷內(nèi)部挖空 4. 確定印制版信號層 P231單面板：可選擇不帶金屬化過孔的兩信號層印制版布線時禁止在元件面內(nèi)走線雙面板：一般選擇具有金屬化過孔的雙面板以提高布通率多面板：用以復(fù)雜數(shù)字電路可采用個信號層及個電源地線層 5. 選擇過孔類型 P231 雙面板中,只選擇 穿通形式過孔. 即選擇：Thru

4、hole Vias only. 即使四層以上板，也避免選擇盲孔或掩埋孔（工藝復(fù)雜） 6. 選擇多數(shù)元件封裝方式 如果穿通式元件占多數(shù),就選擇穿通式. 同時指定兩引腳之間 (100 mil) 布線條數(shù)(最多布兩條線)如果貼片式元件占多數(shù), 就選貼片式.貼片式則要選擇是否雙面放置元件 7. 設(shè)置布線規(guī)則 P233 7. 布線規(guī)則: 導(dǎo)線最小寬度 Minimum Track Size 過孔最小外徑 Minimum Via Width 孔徑最小值 Minimum Via HoleSize 最小線間距 Minimum Clearance8. 設(shè)置完后, 即可保存摸板. 生成印制版后, 即可通過 “更新”

5、或裝入網(wǎng)絡(luò)表形式將原理圖元件封裝及連接關(guān)系傳到印制版文件中. 6.1.2 通過 “更新” 方式實現(xiàn)原理圖 文件與印制板文件之間的信息交換 SCH 下執(zhí)行 【 Update PCB 】 P234選擇 I/O 端口，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號范圍： 單張電路圖，可選下面三種任一： Sheet Symbol / Port Connections Net Labels and Port Global Only Port Global 多張層次電路：存在網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號和 I/O 端口的選擇，主要 視作用范圍而定元件 (Components) 選擇：更新 PCB 中的封裝Generate PCB rules according

6、to schematic layer 根據(jù)需要選擇 預(yù)覽更新情況 P235單擊 【 Preview Change 】: 觀察更新后發(fā)生的改變 如有錯誤: 修改原理圖，直到無錯為止常見出錯信息：Component not found: ( 裝入PCB 元件庫.)Node not found: 找不到焊盤，元件不對.修改元件并更新原理圖直到?jīng)]有錯誤（裝入 PCB為止） 6.1.3 在禁止布線層內(nèi)繪制布線區(qū)對沒有布線區(qū)邊框的 PCB 文件，可以在執(zhí)行【 Update PCB 】 命令前或后，用畫線工具在禁止布線層 ( Keep Out Layer ) 內(nèi)，畫出一個封閉的圖形，作為印制版布線區(qū) 操作過

7、程見 P239 P241. 6.1.4 通過網(wǎng)絡(luò)表裝入元件 封裝圖 P241 6.2 設(shè)置工作層 P246以雙面板為例: 【 Design Options 】 單擊 Layers 標(biāo)簽信號層應(yīng)選： Top元件面 ; Bottom焊接面; 關(guān)閉中間信號層絲印層：Top 可選只在元件面上絲印 (Silkscreen) 焊錫膏層：貼片元件才用 Paste Mask阻焊層：Top 和 Bottom 都要選飛線：要選（看元件之間接線關(guān)系）設(shè)計規(guī)則檢查：要選（安全距離導(dǎo)線會變色）機(jī)械：放置標(biāo)注尺寸或說明性文字機(jī)械：放置邊框和對準(zhǔn)孔 6.3 元件布局操作 P2461. 布局過程 布局很重要.一般: 核心元件

8、 先手工布置好 輸入/輸出芯片 (固定) 干擾敏感元件 發(fā)熱元件 然后再用“自動布局”命令放置其余元件 2. 元件布局原則 P247 數(shù)字電路, 模擬電路, 大電流電路必須分開布 局. 輸入 / 輸出 靠近邊框. 元件離印制版機(jī)械邊框應(yīng) 2mm. 元件只能 或 放置，發(fā)熱元件放在上面元件間距：中密為50100 mil. 發(fā)熱元件間距應(yīng)大電位差大元件間距大熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件重元件應(yīng)靠近支撐點 (對準(zhǔn)孔附近)可調(diào)元件應(yīng)放在邊上, 方便調(diào)節(jié) 2. 元件布局原則 P247IC去耦電容應(yīng)靠近芯片的電源和地線 引腳（CPU , RAM , ROM etc) 0.1 uf 電容可濾除 10MHZ 以下的

9、高頻干擾信號每 10 塊中小功率的 IC 要加一塊10uf 的儲能電容時鐘電路元件盡量靠近 CPU 時鐘引腳. 6.3.2 手工預(yù)布局 P248 按元件布局一般規(guī)則: 用手工方式安排并 固定 ( 核心元件、輸入 / 輸出元件、大功率元件、熱敏元件、數(shù)字 IC 去耦電容、時鐘電路元件等的位置 )允許飛線時，可判斷元件調(diào)整結(jié)果飛線交叉越少，則布線越短 1. 粗調(diào)元件位置 P249操作過程: 隱藏所有飛線. 【 View Connections Hiden all 】 游覽元件 【 Browse Components 】 優(yōu)先安排核心及重要元件 放置特殊要求元件 顯示所有飛線 【 View Conn

10、ectionsShow all 】 2. 進(jìn)一步細(xì)調(diào)特殊元件借助飛線, 對元件進(jìn)一步細(xì)調(diào).使飛線交叉最少.3. 固定對放置位置有特殊要求的元件確定核心元件, 重要元件及特殊元件位置后, 可逐一雙擊這些元件, 在元件屬性窗口內(nèi), 選中 【 Locked 】.以固定元件在 PCB 編輯區(qū)的位置 元件多時, 可用 Global 選項完成鎖定 P253 6.3.3 元件分類 P253 【 Design Classes 】元件分類的目的是為了對不同類的元件組實行不同的規(guī)則設(shè)置如：高壓元件組的安全距離可大些發(fā)熱元件組的間距可大些etc.1. 設(shè)置元件自動布局間距【 Design Rules Placeme

11、nt 】:可觀察到元件間距設(shè)置信息Add :可增加新的放置規(guī)則 P254 2. 設(shè)置元件放置方向【 Design Rules 】: Rules ClassesComponent Orientations Rule重新設(shè)定、修改元件的位置方向 Add : 可增加新的放置規(guī)則 3. 設(shè)置元件放置面 P256Rules Classes : Component Layers Rule :Add : 在 Rule Attributes 中選定所需項及那層放置元件？ 6.3.5 自動布局 P257 確定并固定了關(guān)鍵元件后, 即可進(jìn)行自動布局 【 Tools Auto Place 】: 選擇自動布局方式和自

12、動布局選項P257 Statistical Place : 連線距離最短Group Components :關(guān)系密切元件組 Rotate Components : 元件旋轉(zhuǎn)Power Nets : 輸入電源網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號如 Vcc. Ground Nets : 輸入地線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號名 自動布局 (2) P257 Cluster Place : 菊花鏈狀放置，以元件組為放置依據(jù)，因此速度較快不論以何種方式放置，最終還要手工調(diào)整元件布局以適應(yīng)電磁兼容要求統(tǒng)計方法放置菊花鏈放置快速元件放置 自動布局 (3) P258 選擇元件放置方式和有關(guān)自動布局選項后, 單擊 “OK” , 即可啟動元件自動布局. 需時不等

13、, 耐心等待. 元件自動布局結(jié)束后, 將自動更新 PCB 窗口內(nèi)元件的位置. P259 圖 6-56. 飛線是一種示意, 可隱藏. 布線區(qū)太小, 元件會到區(qū)外. 可修改. 6.3.6 手工調(diào)整元件布局1. 粗調(diào)元件位置P260 操作過程: 解除所有元件 “鎖定”. 調(diào)整元件位置. 2. 元件位置精確調(diào)整調(diào)整過程: P261 暫時隱藏元件序號、注釋信息. 【 View ConnectionsShow All 】 顯示所有飛線調(diào)整元件位置，使飛線盡可能直，盡 可能少 元件引腳 焊盤對準(zhǔn)格點 【Tools Align ComponentsMove To Grid】 選擇電路板外形尺寸 P263 根據(jù)

14、最終尺寸，繪制出電路板外邊框和對準(zhǔn)孔 6.4 布線及布線規(guī)則P2661 布線規(guī)律 印制導(dǎo)線轉(zhuǎn)折點內(nèi)角不能90,一般選擇135或圓角 ; 導(dǎo)線與焊盤、過孔的連接處要圓滑,避免出現(xiàn)小尖角必須以 45或 90相連上下兩層信號線走線避免平行總線間可加地線隔離小信號和模擬信號應(yīng)盡 量靠近地線連線盡可能短 布線規(guī)律 P267 按功能分開布線. 數(shù)字電路 、模擬電路、大電流電路電源, 地線必須分開走線, 最后單點接地. 高頻走線嚴(yán)格限制平行走線長度. 避免時鐘電路下方走線. 選擇合理的走線方式. 見 P267 圖 6-66. 2. 布線過程 P268 包括:設(shè)置自動布線參數(shù)自動布線前的預(yù)處理自動布線手工修改

15、 6.4.1 設(shè)置自動布線規(guī)則1. 設(shè)置布線參數(shù)P268 導(dǎo)線與焊盤(包括過孔)之間的最小距離【 Design Rules Routing 】【 Rules Classes Clearance Constraint 】 可設(shè)置不同節(jié)點導(dǎo)電圖形之間的最小距離選擇印制導(dǎo)線轉(zhuǎn)角模式【 Rule Classes Routing Corners 】設(shè)計規(guī)則 設(shè)置布線參數(shù) (3) P270 選擇布線層及走線方向 雙面板: 焊接面 走線 與集成電路元件 元件面 走線與集成電路元件 上下兩層信號走線盡量 . 過孔類型及尺寸 Rule Classes Routing Via Style 放置布線寬度特殊要求導(dǎo)線

16、；電源、地線寬度etc. 設(shè)置布線參數(shù) (6) P275 選擇布線模式 一般選擇 最短布線模式. 確定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點布線優(yōu)先權(quán) Protel 提供 100 級優(yōu)先權(quán)( 100級最高 ). 表面封裝元件引腳焊盤與轉(zhuǎn)角間距設(shè)置布線規(guī)則越嚴(yán)，限制越多，自動布線時間越長，布通率越低，布線效果越好 2. 制造規(guī)則設(shè)置 P277Manufacturing : 受限制的布線區(qū) ( 可用填充區(qū)或?qū)Ь€區(qū)限制 ) 焊盤銅環(huán)最小寬度 敷銅層與焊盤連接方式 內(nèi)電源/地線層安全間距 內(nèi)電源/地線層連接方式 焊錫膏層擴(kuò)展寬度 阻焊層擴(kuò)展寬度制造規(guī)則 3. 高速驅(qū)動規(guī)則設(shè)置 【 Design Rules High Speed 】

17、 可對：菊花鏈分支長度 布線長度 平行走線最大長度 等進(jìn)行設(shè)置 P279 6.4.2 自動布線前的預(yù)處理布線規(guī)則設(shè)置后,自動布線前 : 需確定: 元件引腳焊盤形狀及尺寸 時鐘電路下的敷銅區(qū) ( 可禁止走線 ) 填充區(qū) ( 抗干擾, 散熱 ) P280 1. 敷銅區(qū)放置及編輯 【 Place Place Polygon Plane 】 Net Options : Connect to Net :選 VCC 或 GND. Hatching Style : 細(xì)線段形狀： Plane Settings : 線間距,線段寬度,工作層 Surround Pads With : 選擇圓弧形 移動光標(biāo)形成一個

18、多邊形敷銅區(qū) 修改敷銅區(qū)屬性 敷銅區(qū)的刪除： 【 Edit SelectToggle Selection 】選后用 Clear 連接到網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號 2. 放置填充區(qū) P283 【 Place PlaceFill 】: 按下 Tab 鍵, 設(shè)置 填充區(qū)的工作層，節(jié)點，旋轉(zhuǎn)角等參數(shù)移動光標(biāo)到特定位置，用鼠標(biāo)拉出矩形填充區(qū)繼續(xù)繪制另外填充區(qū) 見 P284 圖 6-93 . 刪除方法同其他 6.4.3 自動布線 P284執(zhí)行全局自動布線前，對特殊要求的節(jié)點，連線可預(yù)先布線，并鎖定然后自動布線：Auto Route : ALL ：整板 Net ：某一網(wǎng)絡(luò) Connection ：某一連線 Component

19、 ：某一元件 Area ：某一區(qū)域 撤除布線 P284 布線過程出現(xiàn)異常,可撤除:【 Tools Un-Route 】: Un-Route All :撤除所有連線 Un-Route Net ：撤除某一節(jié)點 Un-Route Connection : 撤除某一連線 Un-Route Component ：撤除某元件線 1. 全局布線 P284 Show Entire Document : 顯示整個畫面執(zhí)行【 Auto Route All 】 自動布線過程中需復(fù)雜計算，耐心等待布完后還需手工修改：(走線拐彎多，過長，不美觀，密度不合理等) 6.4.4 手工修改 P286 自動布線有缺陷,需手工修改

20、 . 其目的是使布線盡可能合理 : 如重新調(diào)整走線方式 . 刪除不合理的過孔 . 考慮電磁兼容 . 手工修改要求較高, 較難掌握 .1. 修改走線方法P286基本方法是用 【 Tools Un-Route 】命令組也可用：【 Loop Removal 】.允許自動刪除回路布線 2. 修改拐彎很多的走線舉例 見 P287 圖 6-97 見步驟 : (P287 P288) 3.增加電源、地線及其他大電流 負(fù)荷導(dǎo)線的線寬 導(dǎo)線有寄生電阻和電感. P288 其大小與 導(dǎo)線長度, 與導(dǎo)線寬度的對數(shù)成反比. 故應(yīng)盡量加大電源線 , 地線寬度. 【 Tools Un-RouteConnection 】撤除需

21、加寬的線 【 Design Rules Routing Rule ClassesBoard Properties 】設(shè)置線寬為 50 mil. 【 Auto Route Connection 】重新布線 6.4.5 布線后的進(jìn)一步處理1. 設(shè)置淚滴焊盤及淚滴過孔P290 淚滴焊盤可增加導(dǎo)線與焊盤之間的寬度. 選擇要淚滴化的區(qū)域. 【 Tools Teardrops Add 】 見 P291 圖 6-104 取消：【 Tools Teardrops Remove 】 2. 設(shè)置大面積填充區(qū) 為提高電路抗干擾能力, 可在印制版的焊接面、元件面內(nèi)放置與地線相連的大面積敷銅區(qū) , 使連線、焊盤四周被地

22、線包圍. 大電流電路也可這樣. ( 如電源線 ) 和地線相連的導(dǎo)線可重劃為最短. 3. 調(diào)整絲印層上的元件標(biāo)號完成手工布線后，可通過修改元件全局屬性，在絲印層內(nèi)顯示元件標(biāo)號或大小等注釋信息然后通過移動、旋轉(zhuǎn)等方法調(diào)整元件標(biāo)號、型號等文字的位置、方向及字體方法見 P293 .4. 在絲印層上放置說明性文字 【 Place Place String 】: 放置字符串信息操作方法同 SCH 里的方法 P295 6.4.6 設(shè)計規(guī)則檢查 P295打印前最好執(zhí)行: 【 Tools Design Rule Check 】: 設(shè)置檢查項目和檢查報告文件名單擊：Run DRC 啟動檢查檢查選項：見 P295

23、2. 報告文件內(nèi)容 P296 報告擴(kuò)展名為 .DRC 內(nèi)容見 P296 P298 只要啟動檢查報告，導(dǎo)電圖形間距一般不會小于設(shè)定值，易出問題是線寬 3. 更正方法 P298認(rèn)真分析錯誤信息, 返回 PCB 編輯器根據(jù)錯誤性質(zhì)，靈活運用手工布線方法修改所有致命性錯誤然后在運行設(shè)計規(guī)則檢查 6.4.7 驗證印制板連線的正確性1. “更新” 原理圖P298PCB 狀態(tài)下, 執(zhí)行: 【 Design Update Schematic 】 再單擊 【Preview Changes】 可觀察是否存在不匹配的元件 2. 通過建立網(wǎng)絡(luò)表文件比較PCB 下執(zhí)行: P299 【Tools Generrate Ne

24、tlist】 產(chǎn)生 .Net 文件（和 PCB 文件同名）SCH 下執(zhí)行：【 Report Netlist Compare 】 找出并單擊第二個Net 文件，則自動進(jìn)行比較比較結(jié)果放在文件Rep 中 6.4.8 元件重新編號及原理圖元件序號更新1. 重新編號P303完成元件布局調(diào)整后, PCB 上的元件序號可能很雜亂 ，可在布線結(jié)束后執(zhí)行：【 Tools Re-Annotate 】 對 PCB 上的元件重新編號新舊編號對照信息放在 .WAS 文件內(nèi) 2. 更新 SCH 原理圖元件編號PCB 重新編號后，SCH 圖中的元件也要重新編號操作過程：進(jìn)入 SCH 編輯器執(zhí)行：【 Tools Back

25、Annotate 】 找出并單擊 PCB 窗口內(nèi)的 .WAS 文件，單擊 OK 即可 P304 3. 元件重新編號的利弊 顧此失比. 一般不主張在 PCB 中對元件重新編號 P304 6.5 信號完整性分析P304 6.6 打印存檔 P312現(xiàn)在制版一般都用 U 盤送文件到制版廠家去的方式，很少用送打印圖的方式所以打印文件只能作為存檔用打印文件步驟：選打印機(jī)型號設(shè)置幅面，邊框比例：Fit layer on page. Panels ( Multiple Layers Per Page ) 打印存檔 2 P313 單擊 Setup : 必要時修改屬性，如分辨率，顏色等設(shè)置打印層：打印印制板時，一般選用相應(yīng)信號層與機(jī)械層重疊打印方式如： Bottom + Mechanical 4 + Multi Top