設計技巧和要點:如何實現PCB高效自動布線
發布時間:2015-03-30 責任編輯:sherry
【導讀】盡管現在的EDA工具很強大,但隨著PCB尺寸要求越來越小,器件密度越來越高,PCB設計的難度並不小。如何實現PCB高的布通率以及縮短設計時間呢?本文介紹PCB規劃、布局和布線的設計技巧和要點。
現在PCB設(she)計(ji)的(de)時(shi)間(jian)越(yue)來(lai)越(yue)短(duan),越(yue)來(lai)越(yue)小(xiao)的(de)電(dian)路(lu)板(ban)空(kong)間(jian),越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)的(de)器(qi)件(jian)密(mi)度(du),極(ji)其(qi)苛(ke)刻(ke)的(de)布(bu)局(ju)規(gui)則(ze)和(he)大(da)尺(chi)寸(cun)的(de)元(yuan)件(jian)使(shi)得(de)設(she)計(ji)師(shi)的(de)工(gong)作(zuo)更(geng)加(jia)困(kun)難(nan)。為(wei)了(le)解(jie)決(jue)設(she)計(ji)上(shang)的(de)困(kun)難(nan),加(jia)快(kuai)產(chan)品(pin)的(de)上(shang)市(shi),現(xian)在(zai)很(hen)多(duo)廠(chang)家(jia)傾(qing)向(xiang)於(yu)采(cai)用(yong)專(zhuan)用(yong)EDA工具來實現PCB的設計。但專用的EDA工具並不能產生理想的結果,也不能達到100%的布通率,而且很亂,通常還需花很多時間完成餘下的工作。
現在市麵上流行的EDA工具軟件很多,但除了使用的術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現PCB的(de)設(she)計(ji)呢(ne)?在(zai)開(kai)始(shi)布(bu)線(xian)之(zhi)前(qian)對(dui)設(she)計(ji)進(jin)行(xing)認(ren)真(zhen)的(de)分(fen)析(xi)以(yi)及(ji)對(dui)工(gong)具(ju)軟(ruan)件(jian)進(jin)行(xing)認(ren)真(zhen)的(de)設(she)置(zhi)將(jiang)使(shi)設(she)計(ji)更(geng)加(jia)符(fu)合(he)要(yao)求(qiu)。下(xia)麵(mian)是(shi)一(yi)般(ban)的(de)設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)和(he)步(bu)驟(zhou)。

確定PCB的層數
電路板尺寸和布線層數需要在設計初期確定。如果設計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最少布線層數。布線層的數量以及層疊(stack-up)方式會直接影響到印製線的布線和阻抗。板的大小有助於確定層疊方式和印製線寬度,實現期望的設計效果。
多(duo)年(nian)來(lai),人(ren)們(men)總(zong)是(shi)認(ren)為(wei)電(dian)路(lu)板(ban)層(ceng)數(shu)越(yue)少(shao)成(cheng)本(ben)就(jiu)越(yue)低(di),但(dan)是(shi)影(ying)響(xiang)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)製(zhi)造(zao)成(cheng)本(ben)還(hai)有(you)許(xu)多(duo)其(qi)他(ta)因(yin)素(su)。近(jin)幾(ji)年(nian)來(lai),多(duo)層(ceng)板(ban)之(zhi)間(jian)的(de)成(cheng)本(ben)差(cha)別(bie)已(yi)經(jing)大(da)大(da)減(jian)小(xiao)。在(zai)開(kai)始(shi)設(she)計(ji)時(shi)最(zui)好(hao)采(cai)用(yong)較(jiao)多(duo)的(de)電(dian)路(lu)層(ceng)並(bing)使(shi)敷(fu)銅(tong)均(jun)勻(yun)分(fen)布(bu),以(yi)避(bi)免(mian)在(zai)設(she)計(ji)臨(lin)近(jin)結(jie)束(shu)時(shi)才(cai)發(fa)現(xian)有(you)少(shao)量(liang)信(xin)號(hao)不(bu)符(fu)合(he)已(yi)定(ding)義(yi)的(de)規(gui)則(ze)以(yi)及(ji)空(kong)間(jian)要(yao)求(qiu),從(cong)而(er)被(bei)迫(po)添(tian)加(jia)新(xin)層(ceng)。在(zai)設(she)計(ji)之(zhi)前(qian)認(ren)真(zhen)的(de)規(gui)劃(hua)將(jiang)減(jian)少(shao)布(bu)線(xian)中(zhong)很(hen)多(duo)的(de)麻(ma)煩(fan)。
設計規則和限製
zidongbuxiangongjubenshenbingbuzhidaoyinggaizuoxieshenme。weiwanchengbuxianrenwu,buxiangongjuxuyaozaizhengquedeguizehexianzhitiaojianxiagongzuo。butongdexinhaoxianyoubutongdebuxianyaoqiu,yaoduisuoyouteshuyaoqiudexinhaoxianjinxingfenlei,butongdeshejifenleiyebuyiyang。meigexinhaoleidouyinggaiyouyouxianji,youxianjiyuegao,guizeyeyueyange。guizeshejiyinzhixiankuandu、過孔的最大數量、平行度、信號線之間的相互影響以及層的限製,這些規則對布線工具的性能有很大影響。認真考慮設計要求是成功布線的重要一步。
元件的布局
為最優化裝配過程,可製造性設計(DFM)規gui則ze會hui對dui元yuan件jian布bu局ju產chan生sheng限xian製zhi。如ru果guo裝zhuang配pei部bu門men允yun許xu元yuan件jian移yi動dong,可ke以yi對dui電dian路lu適shi當dang優you化hua,更geng便bian於yu自zi動dong布bu線xian。所suo定ding義yi的de規gui則ze和he約yue束shu條tiao件jian會hui影ying響xiang布bu局ju設she計ji。
在布局時需考慮布線路徑(routing channel)和(he)過(guo)孔(kong)區(qu)域(yu),這(zhe)些(xie)路(lu)徑(jing)和(he)區(qu)域(yu)對(dui)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)而(er)言(yan)是(shi)顯(xian)而(er)易(yi)見(jian)的(de),但(dan)自(zi)動(dong)布(bu)線(xian)工(gong)具(ju)一(yi)次(ci)隻(zhi)會(hui)考(kao)慮(lv)一(yi)個(ge)信(xin)號(hao),通(tong)過(guo)設(she)置(zhi)布(bu)線(xian)約(yue)束(shu)條(tiao)件(jian)以(yi)及(ji)設(she)定(ding)可(ke)布(bu)信(xin)號(hao)線(xian)的(de)層(ceng),可(ke)以(yi)使(shi)布(bu)線(xian)工(gong)具(ju)能(neng)像(xiang)設(she)計(ji)師(shi)所(suo)設(she)想(xiang)的(de)那(na)樣(yang)完(wan)成(cheng)布(bu)線(xian)。
[page]
扇出設計
在zai扇shan出chu設she計ji階jie段duan,要yao使shi自zi動dong布bu線xian工gong具ju能neng對dui元yuan件jian引yin腳jiao進jin行xing連lian接jie,表biao麵mian貼tie裝zhuang器qi件jian的de每mei一yi個ge引yin腳jiao至zhi少shao應ying有you一yi個ge過guo孔kong,以yi便bian在zai需xu要yao更geng多duo的de連lian接jie時shi,電dian路lu板ban能neng夠gou進jin行xing內nei層ceng連lian接jie、在線測試(ICT)和電路再處理。
為了使自動布線工具效率最高,一定要盡可能使用最大的過孔尺寸和印製線,間隔設置為50miljiaoweilixiang。yaocaiyongshibuxianlujingshuzuidadeguokongleixing。jinxingshanchushejishi,yaokaolvdaodianluzaixianceshiwenti。ceshijiajukenenghenanggui,erqietongchangshizaijijiangtouruquanmianshengchanshicaihuidinggou,ruguozheshihoucaikaolvtianjiajiedianyishixian100%可測試性就太晚了。
經(jing)過(guo)慎(shen)重(zhong)考(kao)慮(lv)和(he)預(yu)測(ce),電(dian)路(lu)在(zai)線(xian)測(ce)試(shi)的(de)設(she)計(ji)可(ke)在(zai)設(she)計(ji)初(chu)期(qi)進(jin)行(xing),在(zai)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)後(hou)期(qi)實(shi)現(xian),根(gen)據(ju)布(bu)線(xian)路(lu)徑(jing)和(he)電(dian)路(lu)在(zai)線(xian)測(ce)試(shi)來(lai)確(que)定(ding)過(guo)孔(kong)扇(shan)出(chu)類(lei)型(xing),電(dian)源(yuan)和(he)接(jie)地(di)也(ye)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)布(bu)線(xian)和(he)扇(shan)出(chu)設(she)計(ji)。為(wei)降(jiang)低(di)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)器(qi)連(lian)接(jie)線(xian)產(chan)生(sheng)的(de)感(gan)抗(kang),過(guo)孔(kong)應(ying)盡(jin)可(ke)能(neng)靠(kao)近(jin)表(biao)麵(mian)貼(tie)裝(zhuang)器(qi)件(jian)的(de)引(yin)腳(jiao),必(bi)要(yao)時(shi)可(ke)采(cai)用(yong)手(shou)動(dong)布(bu)線(xian),這(zhe)可(ke)能(neng)會(hui)對(dui)原(yuan)來(lai)設(she)想(xiang)的(de)布(bu)線(xian)路(lu)徑(jing)產(chan)生(sheng)影(ying)響(xiang),甚(shen)至(zhi)可(ke)能(neng)會(hui)導(dao)致(zhi)你(ni)重(zhong)新(xin)考(kao)慮(lv)使(shi)用(yong)哪(na)種(zhong)過(guo)孔(kong),因(yin)此(ci)必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)過(guo)孔(kong)和(he)引(yin)腳(jiao)感(gan)抗(kang)間(jian)的(de)關(guan)係(xi)並(bing)設(she)定(ding)過(guo)孔(kong)規(gui)格(ge)的(de)優(you)先(xian)級(ji)。
手動布線以及關鍵信號的處理
盡jin管guan本ben文wen主zhu要yao論lun述shu自zi動dong布bu線xian問wen題ti,但dan手shou動dong布bu線xian在zai現xian在zai和he將jiang來lai都dou是shi印yin刷shua電dian路lu板ban設she計ji的de一yi個ge重zhong要yao過guo程cheng。采cai用yong手shou動dong布bu線xian有you助zhu於yu自zi動dong布bu線xian工gong具ju完wan成cheng布bu線xian工gong作zuo。如ru圖tu2a和圖2b所示,通過對挑選出的網絡(net)進行手動布線並加以固定,可以形成自動布線時可依據的路徑。
無wu論lun關guan鍵jian信xin號hao的de數shu量liang有you多duo少shao,首shou先xian對dui這zhe些xie信xin號hao進jin行xing布bu線xian,手shou動dong布bu線xian或huo結jie合he自zi動dong布bu線xian工gong具ju均jun可ke。關guan鍵jian信xin號hao通tong常chang必bi須xu通tong過guo精jing心xin的de電dian路lu設she計ji才cai能neng達da到dao期qi望wang的de性xing能neng。布bu線xian完wan成cheng後hou,再zai由you有you關guan的de工gong程cheng人ren員yuan來lai對dui這zhe些xie信xin號hao布bu線xian進jin行xing檢jian查zha,這zhe個ge過guo程cheng相xiang對dui容rong易yi得de多duo。檢jian查zha通tong過guo後hou,將jiang這zhe些xie線xian固gu定ding,然ran後hou開kai始shi對dui其qi餘yu信xin號hao進jin行xing自zi動dong布bu線xian。
電路板的外觀
以(yi)前(qian)的(de)設(she)計(ji)常(chang)常(chang)注(zhu)意(yi)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)視(shi)覺(jiao)效(xiao)果(guo),現(xian)在(zai)不(bu)一(yi)樣(yang)了(le)。自(zi)動(dong)設(she)計(ji)的(de)電(dian)路(lu)板(ban)不(bu)比(bi)手(shou)動(dong)設(she)計(ji)的(de)美(mei)觀(guan),但(dan)在(zai)電(dian)子(zi)特(te)性(xing)上(shang)能(neng)滿(man)足(zu)規(gui)定(ding)的(de)要(yao)求(qiu),而(er)且(qie)設(she)計(ji)的(de)完(wan)整(zheng)性(xing)能(neng)得(de)到(dao)保(bao)證(zheng)。
自動布線
對關鍵信號的布線需要考慮在布線時控製一些電參數,比如減小分布電感和EMC等,對於其它信號的布線也類似。所有的EDA廠(chang)商(shang)都(dou)會(hui)提(ti)供(gong)一(yi)種(zhong)方(fang)法(fa)來(lai)控(kong)製(zhi)這(zhe)些(xie)參(can)數(shu)。在(zai)了(le)解(jie)自(zi)動(dong)布(bu)線(xian)工(gong)具(ju)有(you)哪(na)些(xie)輸(shu)入(ru)參(can)數(shu)以(yi)及(ji)輸(shu)入(ru)參(can)數(shu)對(dui)布(bu)線(xian)的(de)影(ying)響(xiang)後(hou),自(zi)動(dong)布(bu)線(xian)的(de)質(zhi)量(liang)在(zai)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)上(shang)可(ke)以(yi)得(de)到(dao)保(bao)證(zheng)。
yinggaicaiyongtongyongguizelaiduixinhaojinxingzidongbuxian。tongguoshezhixianzhitiaojianhejinzhibuxianqulaixiandinggeidingxinhaosuoshiyongdecengyijisuoyongdaodeguokongshuliang,buxiangongjujiunenganzhaogongchengshideshejisixianglaizidongbuxian。ruguoduizidongbuxiangongjusuoyongdecenghesuobuguokongdeshuliangbujiaxianzhi,zidongbuxianshijianghuishiyongdaomeiyiceng,erqiejianghuichanshenghenduoguokong。
在(zai)設(she)置(zhi)好(hao)約(yue)束(shu)條(tiao)件(jian)和(he)應(ying)用(yong)所(suo)創(chuang)建(jian)的(de)規(gui)則(ze)後(hou),自(zi)動(dong)布(bu)線(xian)將(jiang)會(hui)達(da)到(dao)與(yu)預(yu)期(qi)相(xiang)近(jin)的(de)結(jie)果(guo),當(dang)然(ran)可(ke)能(neng)還(hai)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)一(yi)些(xie)整(zheng)理(li)工(gong)作(zuo),同(tong)時(shi)還(hai)需(xu)要(yao)確(que)保(bao)其(qi)它(ta)信(xin)號(hao)和(he)網(wang)絡(luo)布(bu)線(xian)的(de)空(kong)間(jian)。在(zai)一(yi)部(bu)分(fen)設(she)計(ji)完(wan)成(cheng)以(yi)後(hou),將(jiang)其(qi)固(gu)定(ding)下(xia)來(lai),以(yi)防(fang)止(zhi)受(shou)到(dao)後(hou)邊(bian)布(bu)線(xian)過(guo)程(cheng)的(de)影(ying)響(xiang)。
采cai用yong相xiang同tong的de步bu驟zhou對dui其qi餘yu信xin號hao進jin行xing布bu線xian。布bu線xian次ci數shu取qu決jue於yu電dian路lu的de複fu雜za性xing和he你ni所suo定ding義yi的de通tong用yong規gui則ze的de多duo少shao。每mei完wan成cheng一yi類lei信xin號hao後hou,其qi餘yu網wang絡luo布bu線xian的de約yue束shu條tiao件jian就jiu會hui減jian少shao。但dan隨sui之zhi而er來lai的de是shi很hen多duo信xin號hao布bu線xian需xu要yao手shou動dong幹gan預yu。現xian在zai的de自zi動dong布bu線xian工gong具ju功gong能neng非fei常chang強qiang大da,通tong常chang可ke完wan成cheng100%的布線。但是當自動布線工具未完成全部信號布線時,就需對餘下的信號進行手動布線。
自動布線的設計要點包括:
1. 略微改變設置,試用多種路徑布線;
2. 保持基本規則不變,試用不同的布線層、不同的印製線和間隔寬度以及不同線寬、不同類型的過孔如盲孔、埋孔等,觀察這些因素對設計結果有何影響;
3.讓布線工具對那些默認的網絡根據需要進行處理;
4.信號越不重要,自動布線工具對其布線的自由度就越大。
布線的整理
如果你所使用的EDA工(gong)具(ju)軟(ruan)件(jian)能(neng)夠(gou)列(lie)出(chu)信(xin)號(hao)的(de)布(bu)線(xian)長(chang)度(du),檢(jian)查(zha)這(zhe)些(xie)數(shu)據(ju),你(ni)可(ke)能(neng)會(hui)發(fa)現(xian)一(yi)些(xie)約(yue)束(shu)條(tiao)件(jian)很(hen)少(shao)的(de)信(xin)號(hao)布(bu)線(xian)的(de)長(chang)度(du)很(hen)長(chang)。這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)比(bi)較(jiao)容(rong)易(yi)處(chu)理(li),通(tong)過(guo)手(shou)動(dong)編(bian)輯(ji)可(ke)以(yi)縮(suo)短(duan)信(xin)號(hao)布(bu)線(xian)長(chang)度(du)和(he)減(jian)少(shao)過(guo)孔(kong)數(shu)量(liang)。在(zai)整(zheng)理(li)過(guo)程(cheng)中(zhong),你(ni)需(xu)要(yao)判(pan)斷(duan)出(chu)哪(na)些(xie)布(bu)線(xian)合(he)理(li),哪(na)些(xie)布(bu)線(xian)不(bu)合(he)理(li)。同(tong)手(shou)動(dong)布(bu)線(xian)設(she)計(ji)一(yi)樣(yang),自(zi)動(dong)布(bu)線(xian)設(she)計(ji)也(ye)能(neng)在(zai)檢(jian)查(zha)過(guo)程(cheng)中(zhong)進(jin)行(xing)整(zheng)理(li)和(he)編(bian)輯(ji)。
特別推薦
- 噪聲中提取真值!瑞盟科技推出MSA2240電流檢測芯片賦能多元高端測量場景
- 10MHz高頻運行!氮矽科技發布集成驅動GaN芯片,助力電源能效再攀新高
- 失真度僅0.002%!力芯微推出超低內阻、超低失真4PST模擬開關
- 一“芯”雙電!聖邦微電子發布雙輸出電源芯片,簡化AFE與音頻設計
- 一機適配萬端:金升陽推出1200W可編程電源,賦能高端裝備製造
技術文章更多>>
- 1200餘家企業齊聚深圳,CITE2026打造電子信息產業創新盛宴
- 掌握 Gemini 3.1 Pro 參數調優的藝術
- 築牢安全防線:電池擠壓試驗機如何為新能源產業護航?
- Grok 4.1 API 實戰:構建 X 平台實時輿情監控 Agent
- 電源芯片國產化新選擇:MUN3CAD03-SF助力物聯網終端“芯”升級
技術白皮書下載更多>>
- 車規與基於V2X的車輛協同主動避撞技術展望
- 數字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創新應用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
數字鎖相環
雙向可控矽
水泥電阻
絲印設備
伺服電機
速度傳感器
鎖相環
胎壓監測
太陽能
太陽能電池
泰科源
鉭電容
碳膜電位器
碳膜電阻
陶瓷電容
陶瓷電容
陶瓷濾波器
陶瓷諧振器
陶瓷振蕩器
鐵電存儲器
通信廣電
通訊變壓器
通訊電源
通用技術
同步電機
同軸連接器
圖像傳感器
陀螺傳感器
萬用表
萬用表使用





