使用(yòng)正确的设计工具避免PCB布局错误

2021-04-27

使用(yòng)正确的设计工具避免PCB布局错误

印刷電(diàn)路板的布局是一项艰巨而艰巨的任務(wù)，请不要让其他(tā)人告诉你。该電(diàn)路必须根据严格的规则进行结构设计，以在最高性能(néng)下运行，同时，还必须遵守另一组设计规则以实现可(kě)制造性。即使是小(xiǎo)的且“简单”的布局也可(kě)能(néng)带来独特的设计挑战，PCB布局工程师必须配备最新(xīn)的工具才能(néng)完成工作。

印刷電(diàn)路板设计CAD工具是软件工程的奇迹。它们具有(yǒu)许多(duō)不同的特性和功能(néng)，使版图设计者可(kě)以完成工作。这些范围从实用(yòng)程序到最初设置布局的设计，再到高级跟踪路由引擎，以完成原理(lǐ)图的所有(yǒu)网络连接。為(wèi)了最好地利用(yòng)这些工具，设计人员必须了解PCB布局的所有(yǒu)细微差别，尤其是如果处理(lǐ)不当会引起问题的细微差别。这是设计人员应注意的一些常见PCB布局错误。

准备设计：您准备好进行PCB布局了吗？

当新(xīn)设计准备好进行布局时，很(hěn)自然地想跳进去并开始放置组件和布線(xiàn)轨迹。这样做的问题是，通常在布局开始之前需要做很(hěn)多(duō)准备工作。许多(duō)设计师陷入了“我待会儿再处理(lǐ)”的思想陷阱，却发现他(tā)们现在有(yǒu)更大的问题要纠正，而如果准备得更好，这些问题本可(kě)以避免的。以下是一些常见问题，如果预先解决，可(kě)以在以后避免很(hěn)多(duō)麻烦。

组件过时或不正确：原理(lǐ)图的组件出现问题并不罕见。如果他(tā)们从较早的设计中复制了電(diàn)路，或者库不是最新(xīn)的，或者使用(yòng)了实际上过时的收藏部件，则最终结果将是相同的。这些组件可(kě)能(néng)无法用(yòng)于制造，因此需要进行重新(xīn)设计以更新(xīn)零件。清理(lǐ)BOM表中的此类错误或使用(yòng)库服務(wù)中的零件可(kě)以解决此问题。

错误的设计同步：即使原理(lǐ)图数据库未与布局完全同步，有(yǒu)时也会开始设计工作。这样做有(yǒu)许多(duō)令人信服的原因，其中节省时间位居榜首，但往往效果不佳。以后必须纠正同步问题可(kě)能(néng)会导致完整電(diàn)路的某些部分(fēn)被撕裂。在这里的课程是花(huā)一些时间使它正确，然后再花(huā)太多(duō)时间在布局上。

電(diàn)路板层堆叠配置：众所周知，设计人员会在层堆叠最终确定之前开始对電(diàn)路板进行布局。再一次，这通常是為(wèi)了节省时间，但是这些良好的意图可(kě)能(néng)会适得其反。布局开始后，在CAD系统中四处移动图层可(kě)能(néng)会花(huā)费一些时间，并可(kě)能(néng)导致设计错误。但是，更大的问题是，将完成的布線(xiàn)从一层移到另一层是否会影响電(diàn)路板的整體(tǐ)信号完整性。您可(kě)能(néng)会发现自己不得不重新(xīn)设计電(diàn)路的一些主要部分(fēn)以纠正这些问题。

设计参数：在布局开始之前未完全设置PCB设计CAD系统不一定会引入设计错误，但可(kě)能(néng)会减慢您的速度。颜色，网格和许多(duō)其他(tā)参数旨在创建有(yǒu)助于提高生产力的工作环境，并且如果您在开始之前未配置这些参数，则只会伤害自己。这些设置中的许多(duō)设置都可(kě)以在模板或自述文(wén)件中传输，这在开始新(xīn)设计时非常有(yǒu)帮助。

在PCB设计CAD系统中设置颜色参数的菜单

此时，電(diàn)路板已准备好开始布局。接下来，我们将研究在组件放置期间可(kě)能(néng)发生的一些常见错误。

放置元件时的PCB布局错误

面对现实吧，虽然可(kě)能(néng)很(hěn)复杂，但PCB布局也很(hěn)有(yǒu)趣。在屏幕上操纵组件，并用(yòng)它们之间的网状连接橡皮筋捆扎，这是您可(kě)以解决的最好和最具挑战性的难题之一。但是，就像在放置板子之前进行设置一样，如果您不谨慎地进行预防，那么这里存在一些潜在的问题，可(kě)能(néng)会导致您的设计遇到很(hěn)多(duō)问题。让我们首先从涉及您将要放置在板上的物(wù)理(lǐ)脚印的潜在问题开始。

脚印不正确：我们已经讨论过在设计中使用(yòng)正确的组件的重要性，但是如果这些组件使用(yòng)的脚印不正确，您仍然会遇到问题。尽管从技术上讲应该在设计同步期间发现这一点，但设计人员仍应确保他(tā)们使用(yòng)的是正确的封装。无论是使用(yòng)PQFP代替BGA，还是使用(yòng)電(diàn)容器的极性接反，如果不立即发现此类误差，就需要重新(xīn)设计。

不要忽略平面图：為(wèi)了确保良好的信号和電(diàn)源完整性，必须仔细划分(fēn)PCB设计電(diàn)路，以实现最佳性能(néng)。对于每毫米空间都很(hěn)重要的高密度设计，尤其如此。未能(néng)做到这一点的设计人员可(kě)能(néng)需要进行昂贵的重新(xīn)设计，以提高電(diàn)路板的性能(néng)。使用(yòng)原理(lǐ)图放置逻辑组的组件或在板上指定放置室对于防止分(fēn)區(qū)错误非常有(yǒu)帮助。

DFM是必不可(kě)少的：确保電(diàn)路板的可(kě)制造性与设计中的信号和電(diàn)源完整性一样重要。PCB设计人员必须遵循布局中的可(kě)制造性（DFM）规则进行设计，这一点至关重要。其中包括用(yòng)于自动组装设备和测试设备的组件之间的最小(xiǎo)间距，以及技术人员调试和返工電(diàn)路板的空间。使用(yòng)CAD工具中的设计规则和约束是消除DFM错误的绝对必要条件。

记住要设计PDN：尽管布局電(diàn)路板对于确保良好的信号完整性至关重要，但同样重要的是还要专注于功率传输网络（PDN）。在布局電(diàn)源组件时，设计人员可(kě)以轻松地放松努力，从而在设计中引入噪声和其他(tā)干扰。确保遵循良好的PDN设计准则，并使用(yòng)CAD系统的電(diàn)源完整性工具检查错误。

终于，電(diàn)路板终于可(kě)以布線(xiàn)了，但是请不要放松警惕。如果您不小(xiǎo)心的话，错误仍然有(yǒu)可(kě)能(néng)蔓延到设计中。

一些常见的跟踪路由错误

使用(yòng)设计约束（如下所示）可(kě)以使您為(wèi)路由设置正确的规则

在印刷電(diàn)路板布局上布線(xiàn)走線(xiàn)是一项非常有(yǒu)意义的任務(wù)。每条路由走線(xiàn)完成后，都将消除其相应的网络连接指南，从而使您更进一步地完成工作。设计错误也很(hěn)容易蔓延，因為(wèi)这会破坏您要完成的工作，因此设计师必须保持警惕。以下是一些需要注意的示例。

逃逸布線(xiàn)：表面贴装器件需要将走線(xiàn)从其焊盘布線(xiàn)到通孔中，以便在板的其他(tā)层上互连。这称為(wèi)逃生路由或通过扇出路由，对于大多(duō)数SMT设备而言，这非常简单。但是，具有(yǒu)小(xiǎo)间距的高引脚数器件带来了更大的挑战，设计人员必须注意不要通过逸出通孔阻塞内部层上的布線(xiàn)通道。通常，芯片制造商(shāng)会在其产品数据表中发布推荐的布線(xiàn)解决方案，这可(kě)以帮助您避免布線(xiàn)拥塞。

约束管理(lǐ)：鉴于当今電(diàn)路板设计的所有(yǒu)不同要求，布局设计师必须充分(fēn)利用(yòng)他(tā)们的设计约束管理(lǐ)系统。这些实用(yòng)程序允许為(wèi)网络或一组网络配置必要的走線(xiàn)宽度和间距，以及為(wèi)组件分(fēn)配间隙规则。它们甚至可(kě)以通过设置高速设计拓扑，通孔类型和電(diàn)气时序参数等而走得更遠(yuǎn)。在上图中，您可(kě)以看到设计约束管理(lǐ)系统中可(kě)用(yòng)的一些设置，以防止违反路由规则。

没有(yǒu)足够的布線(xiàn)空间：在对布線(xiàn)图案密集的電(diàn)路板进行布線(xiàn)时，预先计划需要布線(xiàn)的位置非常重要。这将确保有(yǒu)足够的空间容纳双倍数据速率（DDR）路由常见的高密度图案。如果没有(yǒu)这样的计划，您可(kě)能(néng)会发现自己需要更换和重新(xīn)布線(xiàn)電(diàn)路板的大部分(fēn)。许多(duō)CAD工具（例如Cadence的Allegro PCB编辑器）提供的布線(xiàn)模式可(kě)帮助完成此类平面规划任務(wù)。

缺乏参考平面：随着信号速度在電(diàn)路板设计中的提高，至关重要的是，PCB的布局必须具有(yǒu)足够的参考平面。没有(yǒu)这些平面，高速传输線(xiàn)和其他(tā)敏感网络可(kě)能(néng)没有(yǒu)清晰的信号返回路径。相反，返回的信号将在電(diàn)路板上徘徊，干扰其他(tā)信号，并产生噪声和EMI，从而破坏设计的信号完整性。这些错误可(kě)能(néng)是灾难性的，因為(wèi)電(diàn)路板将需要重新(xīn)设计以使其噪声得到控制。

就像我们一开始所说的那样，PCB布局可(kě)能(néng)是一项复杂的任務(wù)，尤其是在所有(yǒu)这些潜在的错误都隐藏在阴影中的情况下。值得庆幸的是，通过使用(yòng)PCB设计CAD工具的强大功能(néng)，可(kě)以减轻许多(duō)此类问题。

解决方案在工具中

Cadence的Allegro PCB编辑器中有(yǒu)许多(duō)不同的布線(xiàn)选项可(kě)供PCB设计人员使用(yòng)

我们一直在强调PCB设计工具的各个方面，这些方面可(kě)以一路解决许多(duō)此类问题，但在这里，我们将重点关注其中的两个：

约束管理(lǐ)：如前所述，PCB设计中设置的设计规则和约束可(kě)以使设计人员避免产生意想不到的错误。约束管理(lǐ)系统将使您能(néng)够控制从组件间隙到通孔丝印的所有(yǒu)过程。例如，您可(kě)以创建更改迹線(xiàn)宽度的特定區(qū)域。当路由出高密度组件（如细间距BGA）时，这将非常有(yǒu)益。