PCB布局的一些关键设计规则

2021-06-03

PCB布局的一些关键设计规则

PCB 设计 CAD 工具内置了设计规则和约束管理(lǐ)系统，正如我们告诉孩子们的那样，这些规则是為(wèi)了防止我们受到伤害。由于组件太靠近電(diàn)路板边缘或由于未使用(yòng)适当的走線(xiàn)间隙而导致電(diàn)路板噪音太大而导致電(diàn)路板制造失败是非常令人沮丧的。设计规则到位，以确保我们布置的電(diàn)路板将避免这些问题并按预期运行。我们将研究 PCB 布局的一些关键设计规则，以帮助您避免这些潜在问题。

PCB设计中设计规则和在線(xiàn)检查的重要性

设计和构建功能(néng)良好的印刷電(diàn)路板的难题有(yǒu)许多(duō)不同的部分(fēn)。这些包括如何将部件放置在電(diàn)路板上，如何在部件之间布線(xiàn)，以及所有(yǒu)部件如何通过電(diàn)气方式协同工作以使電(diàn)路板工作。设计规则是為(wèi)了确保所有(yǒu)这些部分(fēn)正确地组合在一起以完成拼图。可(kě)以通过运行规则检查命令在设计的任何部分(fēn)检查设计规则，该命令会将发现的任何问题报告给设计人员。自动在線(xiàn)检查系统也使用(yòng)这些规则，这将立即通知设计者他(tā)们试图移动或编辑的内容是规则不允许的。

為(wèi)确保PCB 制造商(shāng)和组装商(shāng)可(kě)以构建電(diàn)路板，可(kě)以设置的规则的一部分(fēn)是可(kě)制造性设计或 DFM 规则。其中包括用(yòng)于 PCB 制造、组装和测试（DFF、DFA 和 DFT）设计的独特规则。它们包括组件之间的距离、可(kě)以放置测试点的位置以及其他(tā)特定于制造的规则。这些设计规则还允许布局团队设置标准或默认的走線(xiàn)宽度, 和间距值。这些规则可(kě)能(néng)看起来非常基本，但它们对于成功布置電(diàn)路板绝对必不可(kě)少。在線(xiàn)检查系统在電(diàn)路板布線(xiàn)时使用(yòng)这些值来防止设计人员意外连接不属于一起的走線(xiàn)，如下图所示。

设计规则系统的另一部分(fēn)是可(kě)以作為(wèi)规则添加到设计中的電(diàn)气约束。这些控制跟踪路由的物(wù)理(lǐ)属性，以确保電(diàn)信号在正确的时间到达目的地，并且不会受到串扰或其他(tā)信号完整性问题的污染。以下是一些可(kě)以设置的约束：

测量的走線(xiàn)長(cháng)度

匹配走線(xiàn)長(cháng)度

跟踪路由拓扑

差分(fēn)对走線(xiàn)路由

用(yòng)于受控阻抗布線(xiàn)的层规则、独特间距和特定宽度

用(yòng)于更宽宽度和间隙的電(diàn)源网规则

高速信号路径

跟踪计时或调整 

接下来，让我们看看 PCB 布局的一些关键设计规则，从这些规则应该如何在原理(lǐ)图中开始。

在線(xiàn) DRC 可(kě)防止 PCB 布局团队犯各种不同的布線(xiàn)错误

一组有(yǒu)组织的设计规则和约束始于原理(lǐ)图

原理(lǐ)图应与每张纸上的電(diàn)路逻辑设计流程一起捕获。这不仅对于 PCB 布局团队在電(diàn)路板上布局電(diàn)路时更容易遵循，而且其组织也将有(yǒu)助于创建原理(lǐ)图网络类和设计规则。大多(duō)数设计系统都為(wèi)用(yòng)户提供了一种从原理(lǐ)图中创建设计规则的方法，如果您可(kě)以使用(yòng)它，您应该充分(fēn)利用(yòng)它。例如，诸如存储器总線(xiàn)或阻抗控制線(xiàn)之类的网络可(kě)以在网络类中组合在一起。尽管您可(kě)以将网络规则应用(yòng)于单个网络，但将一组规则应用(yòng)于整个组要容易得多(duō)。从那里您可(kě)以為(wèi)布局创建特定的走線(xiàn)宽度和间距规则，或指定某些走線(xiàn)属性，例如您想要遵循的拓扑或長(cháng)度。

您还应该确保所有(yǒu)这些信息都准备好从原理(lǐ)图传递到布局。这意味着检查所有(yǒu)部件是否都已更新(xīn)，规则是否到位，并将原理(lǐ)图与 PCB 布局同步。这将有(yǒu)助于布局团队使用(yòng)原理(lǐ)图进行交叉探测以及网络和引脚的选择。示意图还应包含有(yǒu)关特定规则和布局要求的注释和信息。有(yǒu)了这些数据，设计就可(kě)以為(wèi) PCB 布局团队添加的其余物(wù)理(lǐ)规则和约束做好准备。

使用(yòng)设计规则和约束来管理(lǐ)组件封装之间的间距

充分(fēn)利用(yòng) CAD 系统的 PCB 布局设计规则

每个 PCB 设计 CAD 系统都有(yǒu)自己的方法来设置设计规则和约束。出于我们的目的，我们将使用(yòng) Cadence 的 Allegro PCB 编辑器中的约束管理(lǐ)器作為(wèi)示例。

约束管理(lǐ)器是一个電(diàn)子表格样式的应用(yòng)程序，可(kě)在原理(lǐ)图和 PCB 编辑器中使用(yòng)。在上图中，约束管理(lǐ)器用(yòng)于设置 PCB 装配间隙。这些值将决定每个组件与電(diàn)路板上的其他(tā)组件或物(wù)體(tǐ)的接近程度。这对于元件放置至关重要，以确保您的最终電(diàn)路板设计完全可(kě)制造。在图片中，您还可(kě)以看到可(kě)以设置的附加装配约束以及用(yòng)于设置 PCB 制造和测试设计规则的菜单选项。在这里，您将能(néng)够指定阻焊带、焊膏覆盖率、丝印覆盖率和测试点间距的规则。

在下图中，您可(kě)以看到使用(yòng)相同的约束管理(lǐ)器来设置跟踪路由的设计规则。在这种情况下，通孔被分(fēn)配给单个网络，通过展开菜单，您将能(néng)够看到更多(duō)设置，例如走線(xiàn)宽度和间距。这些相同的设置也可(kě)用(yòng)于网络类、图层或區(qū)域。还可(kě)以添加更多(duō)约束，例如走線(xiàn)颈缩宽度、相同的网络间距和差分(fēn)对间距。此外，约束管理(lǐ)器可(kě)用(yòng)于设置電(diàn)气约束，包括以下内容：

信号完整性规则

时间限制

阻抗

传播延迟

返回路径

如您所见，设计规则中可(kě)以设置大量数据，以帮助确保您的電(diàn)路板设计正确并且可(kě)以顺利制造。然而，除此之外，您还可(kě)以使用(yòng)更多(duō)关键的 PCB 布局设计规则，我们将在接下来介绍这些规则。

在 Allegro 约束管理(lǐ)器中显示不同通孔分(fēn)配的物(wù)理(lǐ)网络约束

将设计规则和约束提升到新(xīn)的水平

通过使用(yòng) 3D 步骤模型，布局团队现在可(kě)以了解 PCB 设计，而这在过去只能(néng)通过机械设计系统实现。借助 CAD 工具的 3D 功能(néng)，PCB 设计人员可(kě)以更全面、更全面地了解他(tā)们的工作，从而能(néng)够发现意外的组件冲突和碰撞。这些工具还使 PCB 设计人员能(néng)够导入机械设计文(wén)件，以根据整个系统设计的其他(tā)元素（包括其他(tā) PCB、電(diàn)缆和系统外壳）检查他(tā)们的電(diàn)路板。这些系统还能(néng)够通过对 3D 模型运行设计规则检查来搜索碰撞，如下图所示。

Cadence 的 Allegro PCB 编辑器的 3D 画布中的对象碰撞报告

PCB 布局的设计规则可(kě)以让您突破技术极限，但不能(néng)越过它，从而开辟一个全新(xīn)的世界。这使您可(kě)以自由地考虑设计中的所有(yǒu)可(kě)能(néng)场景，而不必担心您的努力是否违反了设计规则。