布線的常見規(guī)則

1 電源、地線的處理

既使在整個(gè)PCB板中的布線完成得都很好，但由于電源、 地線的考慮不周到而引起的干擾，會(huì)使產(chǎn)品的性能下降，有時(shí)甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以對(duì)電、 地線的布線要認(rèn)真對(duì)待，把電、地線所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。 對(duì)每個(gè)從事電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工程人員來說都明白地線與電源線之間噪音所產(chǎn)生的原因， 現(xiàn)只對(duì)降低式抑制噪音作以表述： 眾所周知的是在電源、地線之間加上去耦電容。 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(hào)線，通常信號(hào)線寬為：0.2～0.3mm,最經(jīng)細(xì)寬度可達(dá)0.05～0.07mm,電源線為1.2～2.5 mm 對(duì)數(shù)字電路的PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一個(gè)回路, 即構(gòu)成一個(gè)地網(wǎng)來使用(模擬電路的地不能這樣使用) 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。

2、數(shù)字電路與模擬電路的共地處理

現(xiàn)在有許多PCB不再是單一功能電路(數(shù)字或模擬電路)，而是由數(shù)字電路和模擬電路混合構(gòu)成的。因此在布線時(shí)就需要考慮它們之間互相干擾問題，特別是地線上的噪音干擾。 數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強(qiáng)，對(duì)信號(hào)線來說，高頻的信號(hào)線盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件，對(duì)地線來說，整人PCB對(duì)外界只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)，所以必須在PCB內(nèi)部進(jìn)行處理數(shù)、模共地的問題，而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實(shí)際上是分開的它們之間互不相連，只是在PCB與外界連接的接口處(如插頭等)。數(shù)字地與模擬地有一點(diǎn)短接，請(qǐng)注意，只有一個(gè)連接點(diǎn)。也有在PCB上不共地的，這由系統(tǒng)設(shè)計(jì)來決定。

3、可以考慮在電(地)層上進(jìn)行布線

信號(hào)線布在電(地)層上 在多層印制板布線時(shí)，由于在信號(hào)線層沒有布完的線剩下已經(jīng)不多，再多加層數(shù)就會(huì)造成浪費(fèi)也會(huì)給生產(chǎn)增加一定的工作量，成本也相應(yīng)增加了，為解決這個(gè)矛盾，可以考慮在電(地)層上進(jìn)行布線。首先應(yīng)考慮用電源層，其次才是地層。因?yàn)樽詈檬潜Ａ舻貙拥耐暾浴?/p>

4、大面積導(dǎo)體中連接腿的處理

在大面積的接地(電)中，常用元器件的腿與其連接，對(duì)連接腿的處理需要進(jìn)行綜合的考慮，就電氣性能而言，元件腿的焊盤與銅面滿接為好，但對(duì)元件的焊接裝配就存在一些不良隱患如：①焊接需要大功率加熱器。②容易造成虛焊點(diǎn)。所以兼顧電氣性能與工藝需要，做成十字花焊盤，稱之為熱隔離(heat shield)俗稱熱焊盤(Thermal)，這樣，可使在焊接時(shí)因截面過分散熱而產(chǎn)生虛焊點(diǎn)的可能性大大減少。多層板的接電(地)層腿的處理相同。

5、布線中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用

在許多CAD系統(tǒng)中，布線是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)決定的。網(wǎng)格過密，通路雖然有所增加，但步進(jìn)太小，圖場的數(shù)據(jù)量過大，這必然對(duì)設(shè)備的存貯空間有更高的要求，同時(shí)也對(duì)象計(jì)算機(jī)類電子產(chǎn)品的運(yùn)算速度有極大的影響。而有些通路是無效的，如被元件腿的焊盤占用的或被安裝孔、定們孔所占用的等。網(wǎng)格過疏，通路太少對(duì)布通率的影響極大。所以要有一個(gè)疏密合理的網(wǎng)格系統(tǒng)來支持布線的進(jìn)行。 標(biāo)準(zhǔn)元器件兩腿之間的距離為0.1英寸(2.54mm),所以網(wǎng)格系統(tǒng)的基礎(chǔ)一般就定為0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍數(shù)，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

6、檢查布線設(shè)計(jì)是否符合設(shè)計(jì)者所制定的規(guī)則

設(shè)計(jì)規(guī)則檢查(DRC) 布線設(shè)計(jì)完成后，需認(rèn)真檢查布線設(shè)計(jì)是否符合設(shè)計(jì)者所制定的規(guī)則，同時(shí)也需確認(rèn)所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求，一般檢查有如下幾個(gè)方面： 線與線，線與元件焊盤，線與貫通孔，元件焊盤與貫通孔，貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理，是否滿足生產(chǎn)要求。 電源線和地線的寬度是否合適，電源與地線之間是否緊耦合(低的波阻抗)?在PCB中是否還有能讓地線加寬的地方?

對(duì)于關(guān)鍵的信號(hào)線是否采取了最佳措施，如長度最短，加保護(hù)線，輸入線及輸出線被明顯地分開。 模擬電路和數(shù)字電路部分，是否有各自獨(dú)立的地線。 后加在PCB中的圖形(如圖標(biāo)、注標(biāo))是否會(huì)造成信號(hào)短路。 對(duì)一些不理想的線形進(jìn)行修改。 在PCB上是否加有工藝線?阻焊是否符合生產(chǎn)工藝的要求，阻焊尺寸是否合適，字符標(biāo)志是否壓在器件焊盤上，以免影響電裝質(zhì)量。 多層板中的電源地層的外框邊緣是否縮小，如電源地層的銅箔露出板外容易造成短路。概述 本文檔的目的在于說明使用PADS的印制板設(shè)計(jì)軟件PowerPCB進(jìn)行印制板設(shè)計(jì)的流程和一些注意事項(xiàng)，為一個(gè)工作組的設(shè)計(jì)人員提供設(shè)計(jì)規(guī)范，方便設(shè)計(jì)人員之間進(jìn)行交流和相互檢查。

設(shè)計(jì)流程：

PCB的設(shè)計(jì)流程包括七個(gè)步驟，分別為網(wǎng)表輸入、規(guī)則設(shè)置、元器件布局、布線、檢查、復(fù)查、輸出。

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 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(jí)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。

3 元器件布局

網(wǎng)表輸入以后，所有的元器件都會(huì)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。

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(huì)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> 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(duì)大多數(shù)的設(shè)計(jì)來說，效果并不理想，不推薦使用。

3> 注意事項(xiàng)

(1)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

(2) 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

(3) 放置器件時(shí)要考慮以后的焊接，不要太密集

(4) 多使用軟件提供的Array和Union功能，提高布局的效率

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。

(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(duì)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(duì)PCB的走線進(jìn)行調(diào)整。

(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。

(3)注意事項(xiàng)

① 電源線和地線盡量加粗

② 去耦電容盡量與VCC直接連接

③ 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

④ 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 。

⑤ 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

⑥ 手動(dòng)布線時(shí)把DRC選項(xiàng)打開，使用動(dòng)態(tài)布線(Dynamic Route)

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(huì)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。

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。

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)。

① 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、底層絲印)、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)

② 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(duì)PCB圖使用PourManager的Plane Connect進(jìn)行覆銅;

③ 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

④ 在設(shè)置每層的Layer時(shí)，將Board Outline選上

⑤ 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

⑥ 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

⑦ 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)

⑧ 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(huì)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(huì)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)。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。另外，過孔本身存在著對(duì)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(huì)給電路造成的主要影響是延長了信號(hào)的上升時(shí)間，降低了電路的速度。舉例來說，對(duì)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。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(huì)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(duì)電感的影響較小，而對(duì)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(hào)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(huì)成倍增加。在高速PCB中的過孔設(shè)計(jì) 通過上面對(duì)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(huì)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(hào)質(zhì)量兩方面考慮，選擇合理尺寸的過孔大小。比如對(duì)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(duì)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(duì)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(hào)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?huì) 導(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(hào)換層的過孔附近放置一些接地的過孔，以便為信號(hào)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(huì)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。