PCB 布局经验法则

2021-06-22

PCB 布局经验法则

PCB 布局的第一条经验法则——从一个完整的计划开始

规划您的组件放置以获得最佳布線(xiàn)

将经验法则转化為(wèi)设计规则和约束

放置在印刷電(diàn)路板上的组件，如在 3D PCB 设计系统中所见

仅仅因為(wèi)“经验法则”通常基于经验而不是精确的事实，并不能(néng)否定其价值。我们每天都依赖许多(duō)经验法则，包括适用(yòng)于印刷電(diàn)路板设计的经验法则。

虽然 PCB 布局的许多(duō)方面都受程序、标准和工作流程的约束，但仍有(yǒu)很(hěn)多(duō)内容仅属于部落知识。除非这些知识被收集、记录并整合到设计数据库中，否则它只会存在于从一位设计师传递给下一位设计师的信息中。让我们来看看一些更常见的 PCB 布局经验法则，看看它们如何应用(yòng)于我们当前布局的電(diàn)路板。

第一个 PCB 布局经验法则：从计划开始

您可(kě)能(néng)永遠(yuǎn)不会在公司程序或 PCB 设计教程中发现的东西是在开始之前制定计划的重要性。众所周知，许多(duō)布局设计师会直接投入到新(xīn)设计中，而没有(yǒu)首先考虑他(tā)们所做工作的所有(yǒu)后果。这可(kě)能(néng)会导致布線(xiàn)失败并最终更改布局以正确完成设计。為(wèi)避免出现此类问题，请在开始放置零件之前先考虑一下您要完成的任務(wù)。以下是一些需要考虑的想法：

数据：预先收集尽可(kě)能(néng)多(duō)的信息。您需要使用(yòng)的越多(duō)，重新(xīn)设计部分(fēn)的可(kě)能(néng)性就越小(xiǎo)。

库：在开始放置组件之前，请确保您的PCB 库已准备就绪。必须重新(xīn)布局電(diàn)路以适应修改或校正的部件，从而浪费了大量设计时间。

原理(lǐ)图：确保原理(lǐ)图相对完整、更新(xīn)并准备就绪。如果布局合理(lǐ)，组件和网络清楚地标记和定义，这也非常有(yǒu)帮助。

参数：首先使用(yòng)首选设置设置您的设计环境，以便您以后不必返回并调整文(wén)本或其他(tā)细节。

工作流程：在开始之前，请确保团队中的每个人都了解他(tā)们的职责。将任務(wù)分(fēn)配给团队成员，组织工作流程，并在需要时安排额外的帮助。

有(yǒu)了适当的计划，您就可(kě)以开始您的布局，而不会因分(fēn)心而浪费时间和精力。接下来，我们将看看在電(diàn)路板上放置组件的一些经验法则。

PCB 布局应从详细计划开始，以避免在完成设计时出现问题

干净的 PCB 布局从布局开始

要记住的一个经验法则是组件的放置会驱动電(diàn)路板的布線(xiàn)，而不是相反。PCB 设计人员通常本能(néng)地知道这个规则，但它仍然是一个重要的点。虽然总是需要调整零件以帮助布線(xiàn)，但设计师仍然必须了解良好的零件放置对设计的整體(tǐ)成功有(yǒu)多(duō)么重要。以下是一些有(yǒu)助于解决此问题的其他(tā)放置规则。

平面规划

電(diàn)路板通常具有(yǒu)不同类型的電(diàn)路，可(kě)以指定為(wèi)数字、模拟和電(diàn)源。这些可(kě)以进一步细分(fēn)為(wèi)子组，如果这些组混合在一起，可(kě)能(néng)会导致巨大的信号和電(diàn)源完整性问题。您可(kě)以做的最好的事情是在开始将组件放置在電(diàn)路板上之前进行平面图或对设计中的電(diàn)路组进行分(fēn)區(qū)。这将帮助您避免串扰、EMI、噪声和其他(tā)完整性问题，这些问题可(kě)能(néng)会破坏原本美观的设计。一种方法是将设计设置為(wèi)在原理(lǐ)图和布局之间进行交叉选择，这样您就可(kě)以在布局中选择要在原理(lǐ)图中分(fēn)组的部件组。

元件放置

准备好電(diàn)路板的平面图后，您现在有(yǒu)一个很(hěn)好的攻击计划，可(kě)以使用(yòng)您的布局。现在是时候通过使用(yòng)一些额外的 PCB 布局经验法则将组件放置在電(diàn)路板上来执行该计划了：

保持電(diàn)路的模拟和数字區(qū)域彼此分(fēn)开。即使您已经在平面图中这样做了，在实际放置零件时也要小(xiǎo)心。放置是一个不断变化的迭代过程，您可(kě)以轻松地将零件滑出其首选位置。

保持嘈杂的電(diàn)源组件与其提供的数字電(diàn)路之间的隔离。

将较大的内存和处理(lǐ)器组件放在设计中心，以帮助在整个電(diàn)路板上均匀散热。

根据原理(lǐ)图中指定的信号路径放置高速组件。应尽可(kě)能(néng)在这些引脚之间放置一个串联在源和负载之间的電(diàn)阻器。

模拟和電(diàn)源電(diàn)路应将其组件放置為(wèi)最佳布線(xiàn)。该電(diàn)路中使用(yòng)的走線(xiàn)通常需要比其他(tā)走線(xiàn)短、直且宽，以帮助降低電(diàn)感、電(diàn)阻和噪声。

还需要放置 PCB 部件，以便最好地将它们组装到電(diàn)路板上。可(kě)制造性设计 (DFM) 规则通常被视為(wèi)经验法则，但它们对设计的成功至关重要。在开始 PCB 布局之前，应与制造商(shāng)确认这些规则，以确保可(kě)以按设计构建電(diàn)路板。

布線(xiàn)的放置注意事项

尽管我们之前说过布局驱动布線(xiàn)，但布線(xiàn)对部件的放置方式也有(yǒu)影响。出于这个原因，组件的放置也需要考虑到布線(xiàn)。以下是一些路由经验法则：

给自己足够的空间来路由大数据存储器总線(xiàn)。记住也要允许逃逸路由。

放置部件，使敏感的数字信号不会通过模拟電(diàn)路或模拟信号通过数字電(diàn)路。

确保為(wèi)敏感信号（例如差分(fēn)对）留出足够的空间，这些信号需要与其他(tā)布線(xiàn)留出额外的间距。

不要让您的组件放置迫使您跨参考接地平面中的空隙或裂口布線(xiàn)。这将破坏信号返回路径并在板上产生噪声。

好消息是，许多(duō)这些布局和布線(xiàn)经验法则可(kě)以在您的 CAD 系统中设置為(wèi)官方设计规则和约束。我们接下来会检查它。

為(wèi)差分(fēn)对设置 PCB 设计规则和约束

将经验丰富的 PCB 布局规则转化為(wèi)设计规则和约束

虽然有(yǒu)时可(kě)以在没有(yǒu)大量自动化的情况下完成更简单的设计，但当今大多(duō)数 PCB 布局有(yǒu)太多(duō)要求，无法手动跟踪所有(yǒu)这些。幸运的是，我们之前讨论的元件放置和布線(xiàn)的经验法则通常可(kě)以在您的 CAD 系统中设置為(wèi)设计规则和约束。

该约束管理(lǐ)，如上所示，為(wèi)设计师提供了一个简单的输入工具，使他(tā)们的经验法则合法化。从默认值开始，電(diàn)子表格样式的应用(yòng)程序允许您设置一个将在整个过程中传播的值，或者根据需要手动复制和粘贴条目。可(kě)在原理(lǐ)图和布局中访问的管理(lǐ)器还允许创建可(kě)以添加网络或组件组的类。可(kě)以将迹線(xiàn)宽度和空间以及其他(tā)约束添加到单个网络或网络类。还可(kě)以设置高速设计规则，以及各种制造和组装规则，以监控部件放置、丝网印刷、阻焊层和焊膏掩膜。这些规则会在您设计时由在線(xiàn)检查系统持续检查，或者可(kě)以根据需要进行批量检查。

借助约束管理(lǐ)器等功能(néng)，PCB 布局设计人员可(kě)以依赖他(tā)们的系统，而不是记住多(duō)个经验法则。不过，关键是要完全配置这些功能(néng)并使这些功能(néng)适合您。

我们已经看到了像约束管理(lǐ)器这样的工具如何帮助设计者，但是只有(yǒu)当管理(lǐ)器设置了必要的规则和约束时，这种帮助才可(kě)用(yòng)。值得庆幸的是，PCB 设计工具也可(kě)以為(wèi)您提供帮助，因為(wèi)这些工具中的大多(duō)数都提供了一种导入和导出其设计规则的机制。工具中还有(yǒu)许多(duō)其他(tā)功能(néng)可(kě)以自动化，例如设置用(yòng)于布局的不同设计参数。

在上图中，您可(kě)以看到 Allegro 如何使用(yòng)其原理(lǐ)图来交叉选择组件。在左侧的原理(lǐ)图中选择了一个零件，然后它会自动以红色突出显示右侧的布局对应部分(fēn)。通过设置您的系统来执行此操作，您可(kě)以在原理(lǐ)图中快速找到并选择您需要的部件，它们将在布局中自动交叉选择。 

可(kě)以设置这些以及许多(duō)其他(tā)参数，以帮助您将 PCB 布局的经验法则整合到您的 PCB CAD 环境中，从而帮助您避免代价高昂的错误和错误。