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PCB布線的設(shè)計(jì)技巧
盡管現(xiàn)在的EDA工具很強(qiáng)大,，但隨著PCB尺寸要求越來越小,，器件密度越來越高，PCB設(shè)計(jì)的難度并不小,。如何實(shí)現(xiàn)PCB高的布通率以及縮短設(shè)計(jì)時(shí)間呢,？本文介紹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)間越來越短,，越來越小的電路板空間，越來越高的器件密度,，極其苛刻的布局規(guī)則和大尺寸的元件使得設(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EDA工具來實(shí)現(xiàn)PCB的設(shè)計(jì),。但的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？在開始布線之前對設(shè)計(jì)進(jìn)行認(rèn)真的分析以及對工具軟件進(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)過程和步驟,。
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陣列(BGA)組件,，就必須考慮這些器件布線所需要的zui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,，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他因素,。近幾年來,，多層板之間的成本差別已經(jīng)大大減小。在開始設(shè)計(jì)時(shí)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,。
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,。不同的信號線有不同的布線要求,，要對所有特殊要求的信號線進(jìn)行分類，不同的設(shè)計(jì)分類也不一樣,。每個(gè)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zui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(jì)要求是成功布線的重要一步,。
元件的布局
為*化裝配過程,，可制造性設(shè)計(jì)(DFM)規(guī)則會(huì)對元件布局產(chǎn)生限制。如果裝配部門允許元件移動(dòng),，可以對電路適當(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)和過孔區(qū)域,，如圖1所示。這些路徑和區(qū)域?qū)υO(shè)計(jì)人員而言是顯而易見的,，但自動(dòng)布線工具一次只會(huì)考慮一個(gè)信號，通過設(shè)置布線約束條件以及設(shè)定可布信號線的層,，可以使布線工具能像設(shè)計(jì)師所設(shè)想的那樣完成布線,。
扇出設(shè)計(jì)
在扇出設(shè)計(jì)階段,，要使自動(dòng)布線工具能對元件引腳進(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、在線測試(ICT)和電路再處理,。
為了使自動(dòng)布線工具效率zui高,，一定要盡可能使用zui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)zui大的過孔類型。進(jìn)行扇出設(shè)計(jì)時(shí),，要考慮到電路在線測試問題。測試夾具可能很昂貴,，而且通常是在即將投入全面生產(chǎn)時(shí)才會(huì)訂購,，如果這時(shí)候才考慮添加節(jié)點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)100%可測試性就太晚了。
經(jīng)過慎重考慮和預(yù)測,，電路在線測試的設(shè)計(jì)可在設(shè)計(jì)初期進(jìn)行,，在生產(chǎn)過程后期實(shí)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(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)對原來設(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孔,，因此必須考慮過孔和引腳感抗間的關(guān)系并設(shè)定過孔規(guī)格的優(yōu)先級,。
手動(dòng)布線以及關(guān)鍵信號的處理
盡管本文主要論述自動(dòng)布線問題,，但手動(dòng)布線在現(xiàn)在和將來都是印刷電路板設(shè)計(jì)的一個(gè)重要過程。采用手動(dòng)布線有助于自動(dòng)布線工具完成布線工作,。通過對挑選出的網(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。
無論關(guān)鍵信號的數(shù)量有多少,，首先對這些信號進(jìn)行布線，手動(dòng)布線或結(jié)合自動(dòng)布線工具均可,。關(guān)鍵信號通常必須通過精心的電路設(shè)計(jì)才能達(dá)到期望的性能,。布線完成后，再由有關(guān)的工程人員來對這些信號布線進(jìn)行檢查,，這個(gè)過程相對容易得多,。檢查通過后，將這些線固定,，然后開始對其余信號進(jìn)行自動(dòng)布線。