PCB布局的一些關(guān)鍵設計規則

2021-06-03

PCB布局的一些關(guān)鍵設計規則

PCB 設計 CAD 工具內置了設計規則和約束管理系統，正如我們告訴孩子們的那樣，這些規則是為了防止我們受到傷害。由于組件太靠近電路板邊緣或由于未使用適當的走線(xiàn)間隙而導致電路板噪音太大而導致電路板制造失敗是非常令人沮喪的。設計規則到位，以確保我們布置的電路板將避免這些問(wèn)題并按預期運行。我們將研究 PCB 布局的一些關(guān)鍵設計規則，以幫助您避免這些潛在問(wèn)題。

PCB設計中設計規則和在線(xiàn)檢查的重要性

設計和構建功能良好的印刷電路板的難題有許多不同的部分。這些包括如何將部件放置在電路板上，如何在部件之間布線(xiàn)，以及所有部件如何通過(guò)電氣方式協(xié)同工作以使電路板工作。設計規則是為了確保所有這些部分正確地組合在一起以完成拼圖?？梢酝ㄟ^(guò)運行規則檢查命令在設計的任何部分檢查設計規則，該命令會(huì )將發(fā)現的任何問(wèn)題報告給設計人員。自動(dòng)在線(xiàn)檢查系統也使用這些規則，這將立即通知設計者他們試圖移動(dòng)或編輯的內容是規則不允許的。

為確保PCB 制造商和組裝商可以構建電路板，可以設置的規則的一部分是可制造性設計或 DFM 規則。其中包括用于 PCB 制造、組裝和測試（DFF、DFA 和 DFT）設計的獨特規則。它們包括組件之間的距離、可以放置測試點(diǎn)的位置以及其他特定于制造的規則。這些設計規則還允許布局團隊設置標準或默認的走線(xiàn)寬度, 和間距值。這些規則可能看起來(lái)非?；?，但它們對于成功布置電路板絕對必不可少。在線(xiàn)檢查系統在電路板布線(xiàn)時(shí)使用這些值來(lái)防止設計人員意外連接不屬于一起的走線(xiàn)，如下圖所示。

設計規則系統的另一部分是可以作為規則添加到設計中的電氣約束。這些控制跟蹤路由的物理屬性，以確保電信號在正確的時(shí)間到達目的地，并且不會(huì )受到串擾或其他信號完整性問(wèn)題的污染。以下是一些可以設置的約束：

測量的走線(xiàn)長(cháng)度

匹配走線(xiàn)長(cháng)度

跟蹤路由拓撲

差分對走線(xiàn)路由

用于受控阻抗布線(xiàn)的層規則、獨特間距和特定寬度

用于更寬寬度和間隙的電源網(wǎng)規則

高速信號路徑

跟蹤計時(shí)或調整 

接下來(lái)，讓我們看看 PCB 布局的一些關(guān)鍵設計規則，從這些規則應該如何在原理圖中開(kāi)始。

在線(xiàn) DRC 可防止 PCB 布局團隊犯各種不同的布線(xiàn)錯誤

一組有組織的設計規則和約束始于原理圖

原理圖應與每張紙上的電路邏輯設計流程一起捕獲。這不僅對于 PCB 布局團隊在電路板上布局電路時(shí)更容易遵循，而且其組織也將有助于創(chuàng )建原理圖網(wǎng)絡(luò )類(lèi)和設計規則。大多數設計系統都為用戶(hù)提供了一種從原理圖中創(chuàng )建設計規則的方法，如果您可以使用它，您應該充分利用它。例如，諸如存儲器總線(xiàn)或阻抗控制線(xiàn)之類(lèi)的網(wǎng)絡(luò )可以在網(wǎng)絡(luò )類(lèi)中組合在一起。盡管您可以將網(wǎng)絡(luò )規則應用于單個(gè)網(wǎng)絡(luò )，但將一組規則應用于整個(gè)組要容易得多。從那里您可以為布局創(chuàng )建特定的走線(xiàn)寬度和間距規則，或指定某些走線(xiàn)屬性，例如您想要遵循的拓撲或長(cháng)度。

您還應該確保所有這些信息都準備好從原理圖傳遞到布局。這意味著(zhù)檢查所有部件是否都已更新，規則是否到位，并將原理圖與 PCB 布局同步。這將有助于布局團隊使用原理圖進(jìn)行交叉探測以及網(wǎng)絡(luò )和引腳的選擇。示意圖還應包含有關(guān)特定規則和布局要求的注釋和信息。有了這些數據，設計就可以為 PCB 布局團隊添加的其余物理規則和約束做好準備。

使用設計規則和約束來(lái)管理組件封裝之間的間距

充分利用 CAD 系統的 PCB 布局設計規則

每個(gè) PCB 設計 CAD 系統都有自己的方法來(lái)設置設計規則和約束。出于我們的目的，我們將使用 Cadence 的 Allegro PCB 編輯器中的約束管理器作為示例。

約束管理器是一個(gè)電子表格樣式的應用程序，可在原理圖和 PCB 編輯器中使用。在上圖中，約束管理器用于設置 PCB 裝配間隙。這些值將決定每個(gè)組件與電路板上的其他組件或物體的接近程度。這對于元件放置至關(guān)重要，以確保您的最終電路板設計完全可制造。在圖片中，您還可以看到可以設置的附加裝配約束以及用于設置 PCB 制造和測試設計規則的菜單選項。在這里，您將能夠指定阻焊帶、焊膏覆蓋率、絲印覆蓋率和測試點(diǎn)間距的規則。

在下圖中，您可以看到使用相同的約束管理器來(lái)設置跟蹤路由的設計規則。在這種情況下，通孔被分配給單個(gè)網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)展開(kāi)菜單，您將能夠看到更多設置，例如走線(xiàn)寬度和間距。這些相同的設置也可用于網(wǎng)絡(luò )類(lèi)、圖層或區域。還可以添加更多約束，例如走線(xiàn)頸縮寬度、相同的網(wǎng)絡(luò )間距和差分對間距。此外，約束管理器可用于設置電氣約束，包括以下內容：

信號完整性規則

時(shí)間限制

阻抗

傳播延遲

返回路徑

如您所見(jiàn)，設計規則中可以設置大量數據，以幫助確保您的電路板設計正確并且可以順利制造。然而，除此之外，您還可以使用更多關(guān)鍵的 PCB 布局設計規則，我們將在接下來(lái)介紹這些規則。

在 Allegro 約束管理器中顯示不同通孔分配的物理網(wǎng)絡(luò )約束

將設計規則和約束提升到新的水平

通過(guò)使用 3D 步驟模型，布局團隊現在可以了解 PCB 設計，而這在過(guò)去只能通過(guò)機械設計系統實(shí)現。借助 CAD 工具的 3D 功能，PCB 設計人員可以更全面、更全面地了解他們的工作，從而能夠發(fā)現意外的組件沖突和碰撞。這些工具還使 PCB 設計人員能夠導入機械設計文件，以根據整個(gè)系統設計的其他元素（包括其他 PCB、電纜和系統外殼）檢查他們的電路板。這些系統還能夠通過(guò)對 3D 模型運行設計規則檢查來(lái)搜索碰撞，如下圖所示。

Cadence 的 Allegro PCB 編輯器的 3D 畫(huà)布中的對象碰撞報告

PCB 布局的設計規則可以讓您突破技術(shù)極限，但不能越過(guò)它，從而開(kāi)辟一個(gè)全新的世界。這使您可以自由地考慮設計中的所有可能場(chǎng)景，而不必擔心您的努力是否違反了設計規則。