PCB LAYOUT技術(shù)大全

1.原理圖常見錯(cuò)誤：
（1）ERC報(bào)告管腳沒有接入信號：
a. 創(chuàng)建封裝時(shí)給管腳定義了I/O屬性；
b.創(chuàng)建元件或放置元件時(shí)修改了不一致的grid屬性，管腳與線沒有連上；
c. 創(chuàng)建元件時(shí)pin方向反向，必須非pin name端連線。
（2）元件跑到圖紙界外：沒有在元件庫圖表紙中心創(chuàng)建元件。
（3）創(chuàng)建的工程文件網(wǎng)絡(luò)表只能部分調(diào)入pcb：生成netlist時(shí)沒有選擇為global。
（4）當(dāng)使用自己創(chuàng)建的多部分組成的元件時(shí)，千萬不要使用annotate.

2.PCB中常見錯(cuò)誤：
（1）網(wǎng)絡(luò)載入時(shí)報(bào)告NODE沒有找到：
a. 原理圖中的元件使用了pcb庫中沒有的封裝；
b. 原理圖中的元件使用了pcb庫中名稱不一致的封裝；
c. 原理圖中的元件使用了pcb庫中pin number不一致的封裝。如三極管：sch中pin number 為e,b,c, 而pcb中為1，2，3。

（2）打印時(shí)總是不能打印到一頁紙上：
a. 創(chuàng)建pcb庫時(shí)沒有在原點(diǎn)；
b. 多次移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)了元件，pcb板界外有隱藏的字符。選擇顯示所有隱藏的字符， 縮小pcb, 然后移動(dòng)字符到邊界內(nèi)。

（3）DRC報(bào)告網(wǎng)絡(luò)被分成幾個(gè)部分：
表示這個(gè)網(wǎng)絡(luò)沒有連通，看報(bào)告文件，使用選擇CONNECTED COPPER查找。
另外提醒朋友盡量使用WIN2000, 減少藍(lán)屏的機(jī)會；多幾次導(dǎo)出文件，做成新的DDB文件，減少文件尺寸和PROTEL僵死的機(jī)會。如果作較復(fù)雜得設(shè)計(jì)，盡量不要使用自動(dòng)布線。

    在PCB設(shè)計(jì)中，布線是完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要步驟，可以說前面的準(zhǔn)備工作都是為它而做的， 在整個(gè)PCB中，以布線的設(shè)計(jì)過程限定最高，技巧最細(xì)、工作量最大。PCB布線有單面布線、 雙面布線及多層布線。布線的方式也有兩種：自動(dòng)布線及交互式布線，在自動(dòng)布線之前， 可以用交互式預(yù)先對要求比較嚴(yán)格的線進(jìn)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(shí)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。

    自動(dòng)布線的布通率，依賴于良好的布局，布線規(guī)則可以預(yù)先設(shè)定， 包括走線的彎曲次數(shù)、導(dǎo)通孔的數(shù)目、步進(jìn)的數(shù)目等。一般先進(jìn)行探索式布經(jīng)線，快速地把短線連通， 然后進(jìn)行迷宮式布線，先把要布的連線進(jìn)行全局的布線路徑優(yōu)化，它可以根據(jù)需要斷開已布的線。 并試著重新再布線，以改進(jìn)總體效果。

    對目前高密度的PCB設(shè)計(jì)已感覺到貫通孔不太適應(yīng)了， 它浪費(fèi)了許多寶貴的布線通道，為解決這一矛盾，出現(xiàn)了盲孔和埋孔技術(shù)，它不僅完成了導(dǎo)通孔的作用， 還省出許多布線通道使布線過程完成得更加方便，更加流暢，更為完善，PCB 板的設(shè)計(jì)過程是一個(gè)復(fù)雜而又簡單的過程，要想很好地掌握它，還需廣大電子工程設(shè)計(jì)人員去自已體會， 才能得到其中的真諦。

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2、設(shè)計(jì)流程
PCB的設(shè)計(jì)流程分為網(wǎng)表輸入、規(guī)則設(shè)置、元器件布局、布線、檢查、復(fù)查、輸出六個(gè)步驟.

2.1 網(wǎng)表輸入
    網(wǎng)表輸入有兩種方法，一種是使用PowerLogic的OLE PowerPCB Connection功能，選擇Send Netlist，應(yīng)用OLE功能，可以隨時(shí)保持原理圖和PCB圖的一致，盡量減少出錯(cuò)的可能。另一種方法是直接在PowerPCB中裝載網(wǎng)表，選擇File->Import，將原理圖生成的網(wǎng)表輸入進(jìn)來。

2.2 規(guī)則設(shè)置
    如果在原理圖設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)把PCB的設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)置好的話，就不用再進(jìn)行設(shè)置.
    這些規(guī)則了，因?yàn)檩斎刖W(wǎng)表時(shí)，設(shè)計(jì)規(guī)則已隨網(wǎng)表輸入進(jìn)PowerPCB了。如果修改了設(shè)計(jì)規(guī)則，必須同步原理圖，保證原理圖和PCB的一致。除了設(shè)計(jì)規(guī)則和層定義外，還有一些規(guī)則需要設(shè)置，比如Pad Stacks，需要修改標(biāo)準(zhǔn)過孔的大小。如果設(shè)計(jì)者新建了一個(gè)焊盤或過孔，一定要加上Layer 25。

注意：
     PCB設(shè)計(jì)規(guī)則、層定義、過孔設(shè)置、CAM輸出設(shè)置已經(jīng)作成缺省啟動(dòng)文件，名稱為Default.stp，網(wǎng)表輸入進(jìn)來以后，按照設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，把電源網(wǎng)絡(luò)和地分配給電源層和地層，并設(shè)置其它高級規(guī)則。在所有的規(guī)則都設(shè)置好以后，在PowerLogic中，使用OLE PowerPCB Connection的Rules From PCB功能，更新原理圖中的規(guī)則設(shè)置，保證原理圖和PCB圖的規(guī)則一致。

2.3 元器件布局
網(wǎng)表輸入以后，所有的元器件都會放在工作區(qū)的零點(diǎn)，重疊在一起，下一步的工作就是把這些元器件分開，按照一些規(guī)則擺放整齊，即元器件布局。PowerPCB提供了兩種方法，手工布局和自動(dòng)布局。

2.3.1 手工布局
1. 工具印制板的結(jié)構(gòu)尺寸畫出板邊（Board Outline）。
2. 將元器件分散（Disperse Components），元器件會排列在板邊的周圍。
3. 把元器件一個(gè)一個(gè)地移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，放到板邊以內(nèi)，按照一定的規(guī)則擺放整齊。

2.3.2 自動(dòng)布局
PowerPCB提供了自動(dòng)布局和自動(dòng)的局部簇布局，但對大多數(shù)的設(shè)計(jì)來說，效果并不理想，不推薦使用。

2.3.3 注意事項(xiàng)
a. 布局的首要原則是保證布線的布通率，移動(dòng)器件時(shí)注意飛線的連接，把有連線關(guān)系的器件放在一起
b. 數(shù)字器件和模擬器件要分開，盡量遠(yuǎn)離
c. 去耦電容盡量靠近器件的VCC
d. 放置器件時(shí)要考慮以后的焊接，不要太密集
e. 多使用軟件提供的Array和Union功能，提高布局的效率

2.4 布線
    布線的方式也有兩種，手工布線和自動(dòng)布線。PowerPCB提供的手工布線功能十分強(qiáng)大，包括自動(dòng)推擠、在線設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC），自動(dòng)布線由Specctra的布線引擎進(jìn)行，通常這兩種方法配合使用，常用的步驟是手工—自動(dòng)—手工。

2.4.1 手工布線
1. 自動(dòng)布線前，先用手工布一些重要的網(wǎng)絡(luò)，比如高頻時(shí)鐘、主電源等，這些網(wǎng)絡(luò)往往對走線距離、線寬、線間距、屏蔽等有特殊的要求；另外一些特殊封裝，如BGA，自動(dòng)布線很難布得有規(guī)則，也要用手工布線。
2. 自動(dòng)布線以后，還要用手工布線對PCB的走線進(jìn)行調(diào)整。

2.4.2 自動(dòng)布線
    手工布線結(jié)束以后，剩下的網(wǎng)絡(luò)就交給自動(dòng)布線器來自布。選擇Tools->SPECCTRA，啟動(dòng)Specctra布線器的接口，設(shè)置好DO文件，按Continue就啟動(dòng)了Specctra布線器自動(dòng)布線，結(jié)束后如果布通率為100%，那么就可以進(jìn)行手工調(diào)整布線了；如果不到100%，說明布局或手工布線有問題，需要調(diào)整布局或手工布線，直至全部布通為止。

2.4.3 注意事項(xiàng)
a. 電源線和地線盡量加粗
b. 去耦電容盡量與VCC直接連接
c. 設(shè)置Specctra的DO文件時(shí)，首先添加Protect all wires命令，保護(hù)手工布的線不被自動(dòng)布線器重布
d. 如果有混合電源層，應(yīng)該將該層定義為Split/mixed Plane，在布線之前將其分割，布完線之后，使用Pour Manager的Plane Connect進(jìn)行覆銅
e. 將所有的器件管腳設(shè)置為熱焊盤方式，做法是將Filter設(shè)為Pins，選中所有的管腳，修改屬性，在Thermal選項(xiàng)前打勾
f. 手動(dòng)布線時(shí)把DRC選項(xiàng)打開，使用動(dòng)態(tài)布線（Dynamic Route）

2.5 檢查
    檢查的項(xiàng)目有間距（Clearance）、連接性（Connectivity）、高速規(guī)則（High Speed）和電源層（Plane），這些項(xiàng)目可以選擇Tools->Verify Design進(jìn)行。如果設(shè)置了高速規(guī)則，必須檢查，否則可以跳過這一項(xiàng)。檢查出錯(cuò)誤，必須修改布局和布線。

注意：
    有些錯(cuò)誤可以忽略，例如有些接插件的Outline的一部分放在了板框外，檢查間距時(shí)會出錯(cuò)；另外每次修改過走線和過孔之后，都要重新覆銅一次。

2.6 復(fù)查
    復(fù)查根據(jù)“PCB檢查表”，內(nèi)容包括設(shè)計(jì)規(guī)則，層定義、線寬、間距、焊盤、過孔設(shè)置；還要重點(diǎn)復(fù)查器件布局的合理性，電源、地線網(wǎng)絡(luò)的走線，高速時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的走線與屏蔽，去耦電容的擺放和連接等。復(fù)查不合格，設(shè)計(jì)者要修改布局和布線，合格之后，復(fù)查者和設(shè)計(jì)者分別簽字。

2.7 設(shè)計(jì)輸出
    PCB設(shè)計(jì)可以輸出到打印機(jī)或輸出光繪文件。打印機(jī)可以把PCB分層打印，便于設(shè)計(jì)者和復(fù)查者檢查；光繪文件交給制板廠家，生產(chǎn)印制板。光繪文件的輸出十分重要，關(guān)系到這次設(shè)計(jì)的成敗，下面將著重說明輸出光繪文件的注意事項(xiàng)。

a. 需要輸出的層有布線層（包括頂層、底層、中間布線層）、電源層（包括VCC層和GND層）、絲印層（包括頂層絲印、底層絲?。?、阻焊層（包括頂層阻焊和底層阻焊），另外還要生成鉆孔文件（NC Drill）

b. 如果電源層設(shè)置為Split/Mixed，那么在Add Document窗口的Document項(xiàng)選擇Routing，并且每次輸出光繪文件之前，都要對PCB圖使用Pour Manager的Plane Connect進(jìn)行覆銅；如果設(shè)置為CAM Plane，則選擇Plane，在設(shè)置Layer項(xiàng)的時(shí)候，要把Layer25加上，在Layer25層中選擇Pads和Viasc. 在設(shè)備設(shè)置窗口（按Device Setup），將Aperture的值改為199

d. 在設(shè)置每層的Layer時(shí)，將Board Outline選上
e. 設(shè)置絲印層的Layer時(shí)，不要選擇Part Type，選擇頂層（底層）和絲印層的Outline、Text、Line
f. 設(shè)置阻焊層的Layer時(shí)，選擇過孔表示過孔上不加阻焊，不選過孔表示家阻焊，視具體情況確定
g. 生成鉆孔文件時(shí)，使用PowerPCB的缺省設(shè)置，不要作任何改動(dòng)。
h. 所有光繪文件輸出以后，用CAM350打開并打印，由設(shè)計(jì)者和復(fù)查者根據(jù)“PCB檢查表”檢查。

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                                              過孔

    過孔（via）是多層PCB的重要組成部分之一，鉆孔的費(fèi)用通常占PCB制板費(fèi)用的30%到40%。簡單的說來，PCB上的每一個(gè)孔都可以稱之為過孔。從作用上看，過孔可以分成兩類：一是用作各層間的電氣連接；二是用作器件的固定或定位。如果從工藝制程上來說，這些過孔一般又分為三類，即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷線路板的頂層和底層表面，具有一定深度，用于表層線路和下面的內(nèi)層線路的連接，孔的深度通常不超過一定的比率(孔徑)。埋孔是指位于印刷線路板內(nèi)層的連接孔，它不會延伸到線路板的表面。上述兩類孔都位于線路板的內(nèi)層，層壓前利用通孔成型工藝完成，在過孔形成過程中可能還會重疊做好幾個(gè)內(nèi)層。第三種稱為通孔，這種孔穿過整個(gè)線路板，可用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)部互連或作為元件的安裝定位孔。由于通孔在工藝上更易于實(shí)現(xiàn)，成本較低，所以絕大部分印刷電路板均使用它，而不用另外兩種過孔。以下所說的過孔，沒有特殊說明的，均作為通孔考慮。

    從設(shè)計(jì)的角度來看，一個(gè)過孔主要由兩個(gè)部分組成，一是中間的鉆孔（drill hole）,二是鉆孔周圍的焊盤區(qū)，見下圖。這兩部分的尺寸大小決定了過孔的大小。很顯然，在高速,高密度的PCB設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者總是希望過孔越小越好，這樣板上可以留有更多的布線空間，此外，過孔越小，其自身的寄生電容也越小，更適合用于高速電路。但孔尺寸的減小同時(shí)帶來了成本的增加，而且過孔的尺寸不可能無限制的減小，它受到鉆孔(drill)和電鍍（plating）等工藝技術(shù)的限制：孔越小，鉆孔需花費(fèi)的時(shí)間越長，也越容易偏離中心位置；且當(dāng)孔的深度超過鉆孔直徑的6倍時(shí)，就無法保證孔壁能均勻鍍銅。比如，現(xiàn)在正常的一塊6層PCB板的厚度（通孔深度）為50Mil左右，所以PCB廠家能提供的鉆孔直徑最小只能達(dá)到8Mil。

二、過孔的寄生電容
    過孔本身存在著對地的寄生電容，如果已知過孔在鋪地層上的隔離孔直徑為D2,過孔焊盤的直徑為D1,PCB板的厚度為T,板基材介電常數(shù)為ε,則過孔的寄生電容大小近似于：

C=1.41εTD1/(D2-D1)

    過孔的寄生電容會給電路造成的主要影響是延長了信號的上升時(shí)間，降低了電路的速度。舉例來說，對于一塊厚度為50Mil的PCB板，如果使用內(nèi)徑為10Mil，焊盤直徑為20Mil的過孔，焊盤與地鋪銅區(qū)的距離為32Mil,則我們可以通過上面的公式近似算出過孔的寄生電容大致是：C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF，這部分電容引起的上升時(shí)間變化量為：T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.517x(55/2)=31.28ps 。從這些數(shù)值可以看出，盡管單個(gè)過孔的寄生電容引起的上升延變緩的效用不是很明顯，但是如果走線中多次使用過孔進(jìn)行層間的切換，設(shè)計(jì)者還是要慎重考慮的。

三、過孔的寄生電感
    同樣，過孔存在寄生電容的同時(shí)也存在著寄生電感，在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中，過孔的寄生電感帶來的危害往往大于寄生電容的影響。它的寄生串聯(lián)電感會削弱旁路電容的貢獻(xiàn)，減弱整個(gè)電源系統(tǒng)的濾波效用。我們可以用下面的公式來簡單地計(jì)算一個(gè)過孔近似的寄生電感：

    L=5.08h[ln(4h/d)+1]其中L指過孔的電感，h是過孔的長度，d是中心鉆孔的直徑。從式中可以看出，過孔的直徑對電感的影響較小，而對電感影響最大的是過孔的長度。仍然采用上面的例子，可以計(jì)算出過孔的電感為：L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH 。如果信號的上升時(shí)間是1ns，那么其等效阻抗大小為：XL=πL/T10-90=3.19Ω。這樣的阻抗在有高頻電流的通過已經(jīng)不能夠被忽略，特別要注意，旁路電容在連接電源層和地層的時(shí)候需要通過兩個(gè)過孔，這樣過孔的寄生電感就會成倍增加。

四、高速PCB中的過孔設(shè)計(jì)

通過上面對過孔寄生特性的分析，我們可以看到，在高速PCB設(shè)計(jì)中，看似簡單的過
孔往往也會給電路的設(shè)計(jì)帶來很大的負(fù)面效應(yīng)。為了減小過孔的寄生效應(yīng)帶來的不利影響，在設(shè)計(jì)中可以盡量做到：

1、從成本和信號質(zhì)量兩方面考慮，選擇合理尺寸的過孔大小。比如對6-10層的內(nèi)
存模塊PCB設(shè)計(jì)來說，選用10/20Mil（鉆孔/焊盤）的過孔較好，對于一些高密度的小尺寸的板子，也可以嘗試使用8/18Mil的過孔。目前技術(shù)條件下，很難使用更小尺寸的過孔了。對于電源或地線的過孔則可以考慮使用較大尺寸，以減小阻抗。

2、上面討論的兩個(gè)公式可以得出，使用較薄的PCB板有利于減小過孔的兩種寄
生參數(shù)。
3、PCB板上的信號走線盡量不換層，也就是說盡量不要使用不必要的過孔。
4、電源和地的管腳要就近打過孔，過孔和管腳之間的引線越短越好，因?yàn)樗鼈儠?dǎo)致電感的增加。同時(shí)電源和地的引線要盡可能粗，以減少阻抗。

5、在信號換層的過孔附近放置一些接地的過孔，以便為信號提供最近的回路。甚至可以在PCB板上大量放置一些多余的接地過孔。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)時(shí)還需要靈活多變。前面討論的過孔模型是每層均有焊盤的情況，也有的時(shí)候，我們可以將某些層的焊盤減小甚至去掉。特別是在過孔密度非常大的情況下，可能會導(dǎo)致在鋪銅層形成一個(gè)隔斷回路的斷槽，解決這樣的問題除了移動(dòng)過孔的位置，我們還可以考慮將過孔在該鋪銅層的焊盤尺寸減小。