PCB 布局經(jīng)驗法則

2021-06-22

PCB 布局經(jīng)驗法則

PCB 布局的第一條經(jīng)驗法則——從一個(gè)完整的計劃開(kāi)始

規劃您的組件放置以獲得最佳布線(xiàn)

將經(jīng)驗法則轉化為設計規則和約束

放置在印刷電路板上的組件，如在 3D PCB 設計系統中所見(jiàn)

僅僅因為“經(jīng)驗法則”通?；诮?jīng)驗而不是精確的事實(shí)，并不能否定其價(jià)值。我們每天都依賴(lài)許多經(jīng)驗法則，包括適用于印刷電路板設計的經(jīng)驗法則。

雖然 PCB 布局的許多方面都受程序、標準和工作流程的約束，但仍有很多內容僅屬于部落知識。除非這些知識被收集、記錄并整合到設計數據庫中，否則它只會(huì )存在于從一位設計師傳遞給下一位設計師的信息中。讓我們來(lái)看看一些更常見(jiàn)的 PCB 布局經(jīng)驗法則，看看它們如何應用于我們當前布局的電路板。

第一個(gè) PCB 布局經(jīng)驗法則：從計劃開(kāi)始

您可能永遠不會(huì )在公司程序或 PCB 設計教程中發(fā)現的東西是在開(kāi)始之前制定計劃的重要性。眾所周知，許多布局設計師會(huì )直接投入到新設計中，而沒(méi)有首先考慮他們所做工作的所有后果。這可能會(huì )導致布線(xiàn)失敗并最終更改布局以正確完成設計。為避免出現此類(lèi)問(wèn)題，請在開(kāi)始放置零件之前先考慮一下您要完成的任務(wù)。以下是一些需要考慮的想法：

數據：預先收集盡可能多的信息。您需要使用的越多，重新設計部分的可能性就越小。

庫：在開(kāi)始放置組件之前，請確保您的PCB 庫已準備就緒。必須重新布局電路以適應修改或校正的部件，從而浪費了大量設計時(shí)間。

原理圖：確保原理圖相對完整、更新并準備就緒。如果布局合理，組件和網(wǎng)絡(luò )清楚地標記和定義，這也非常有幫助。

參數：首先使用首選設置設置您的設計環(huán)境，以便您以后不必返回并調整文本或其他細節。

工作流程：在開(kāi)始之前，請確保團隊中的每個(gè)人都了解他們的職責。將任務(wù)分配給團隊成員，組織工作流程，并在需要時(shí)安排額外的幫助。

有了適當的計劃，您就可以開(kāi)始您的布局，而不會(huì )因分心而浪費時(shí)間和精力。接下來(lái)，我們將看看在電路板上放置組件的一些經(jīng)驗法則。

PCB 布局應從詳細計劃開(kāi)始，以避免在完成設計時(shí)出現問(wèn)題

干凈的 PCB 布局從布局開(kāi)始

要記住的一個(gè)經(jīng)驗法則是組件的放置會(huì )驅動(dòng)電路板的布線(xiàn)，而不是相反。PCB 設計人員通常本能地知道這個(gè)規則，但它仍然是一個(gè)重要的點(diǎn)。雖然總是需要調整零件以幫助布線(xiàn)，但設計師仍然必須了解良好的零件放置對設計的整體成功有多么重要。以下是一些有助于解決此問(wèn)題的其他放置規則。

平面規劃

電路板通常具有不同類(lèi)型的電路，可以指定為數字、模擬和電源。這些可以進(jìn)一步細分為子組，如果這些組混合在一起，可能會(huì )導致巨大的信號和電源完整性問(wèn)題。您可以做的最好的事情是在開(kāi)始將組件放置在電路板上之前進(jìn)行平面圖或對設計中的電路組進(jìn)行分區。這將幫助您避免串擾、EMI、噪聲和其他完整性問(wèn)題，這些問(wèn)題可能會(huì )破壞原本美觀(guān)的設計。一種方法是將設計設置為在原理圖和布局之間進(jìn)行交叉選擇，這樣您就可以在布局中選擇要在原理圖中分組的部件組。

元件放置

準備好電路板的平面圖后，您現在有一個(gè)很好的攻擊計劃，可以使用您的布局?，F在是時(shí)候通過(guò)使用一些額外的 PCB 布局經(jīng)驗法則將組件放置在電路板上來(lái)執行該計劃了：

保持電路的模擬和數字區域彼此分開(kāi)。即使您已經(jīng)在平面圖中這樣做了，在實(shí)際放置零件時(shí)也要小心。放置是一個(gè)不斷變化的迭代過(guò)程，您可以輕松地將零件滑出其首選位置。

保持嘈雜的電源組件與其提供的數字電路之間的隔離。

將較大的內存和處理器組件放在設計中心，以幫助在整個(gè)電路板上均勻散熱。

根據原理圖中指定的信號路徑放置高速組件。應盡可能在這些引腳之間放置一個(gè)串聯(lián)在源和負載之間的電阻器。

模擬和電源電路應將其組件放置為最佳布線(xiàn)。該電路中使用的走線(xiàn)通常需要比其他走線(xiàn)短、直且寬，以幫助降低電感、電阻和噪聲。

還需要放置 PCB 部件，以便最好地將它們組裝到電路板上?？芍圃煨栽O計 (DFM) 規則通常被視為經(jīng)驗法則，但它們對設計的成功至關(guān)重要。在開(kāi)始 PCB 布局之前，應與制造商確認這些規則，以確?？梢园丛O計構建電路板。

布線(xiàn)的放置注意事項

盡管我們之前說(shuō)過(guò)布局驅動(dòng)布線(xiàn)，但布線(xiàn)對部件的放置方式也有影響。出于這個(gè)原因，組件的放置也需要考慮到布線(xiàn)。以下是一些路由經(jīng)驗法則：

給自己足夠的空間來(lái)路由大數據存儲器總線(xiàn)。記住也要允許逃逸路由。

放置部件，使敏感的數字信號不會(huì )通過(guò)模擬電路或模擬信號通過(guò)數字電路。

確保為敏感信號（例如差分對）留出足夠的空間，這些信號需要與其他布線(xiàn)留出額外的間距。

不要讓您的組件放置迫使您跨參考接地平面中的空隙或裂口布線(xiàn)。這將破壞信號返回路徑并在板上產(chǎn)生噪聲。

好消息是，許多這些布局和布線(xiàn)經(jīng)驗法則可以在您的 CAD 系統中設置為官方設計規則和約束。我們接下來(lái)會(huì )檢查它。

為差分對設置 PCB 設計規則和約束

將經(jīng)驗豐富的 PCB 布局規則轉化為設計規則和約束

雖然有時(shí)可以在沒(méi)有大量自動(dòng)化的情況下完成更簡(jiǎn)單的設計，但當今大多數 PCB 布局有太多要求，無(wú)法手動(dòng)跟蹤所有這些。幸運的是，我們之前討論的元件放置和布線(xiàn)的經(jīng)驗法則通?？梢栽谀?span> CAD 系統中設置為設計規則和約束。

該約束管理，如上所示，為設計師提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的輸入工具，使他們的經(jīng)驗法則合法化。從默認值開(kāi)始，電子表格樣式的應用程序允許您設置一個(gè)將在整個(gè)過(guò)程中傳播的值，或者根據需要手動(dòng)復制和粘貼條目?？稍谠韴D和布局中訪(fǎng)問(wèn)的管理器還允許創(chuàng )建可以添加網(wǎng)絡(luò )或組件組的類(lèi)?？梢詫③E線(xiàn)寬度和空間以及其他約束添加到單個(gè)網(wǎng)絡(luò )或網(wǎng)絡(luò )類(lèi)。還可以設置高速設計規則，以及各種制造和組裝規則，以監控部件放置、絲網(wǎng)印刷、阻焊層和焊膏掩膜。這些規則會(huì )在您設計時(shí)由在線(xiàn)檢查系統持續檢查，或者可以根據需要進(jìn)行批量檢查。

借助約束管理器等功能，PCB 布局設計人員可以依賴(lài)他們的系統，而不是記住多個(gè)經(jīng)驗法則。不過(guò)，關(guān)鍵是要完全配置這些功能并使這些功能適合您。

我們已經(jīng)看到了像約束管理器這樣的工具如何幫助設計者，但是只有當管理器設置了必要的規則和約束時(shí)，這種幫助才可用。值得慶幸的是，PCB 設計工具也可以為您提供幫助，因為這些工具中的大多數都提供了一種導入和導出其設計規則的機制。工具中還有許多其他功能可以自動(dòng)化，例如設置用于布局的不同設計參數。

在上圖中，您可以看到 Allegro 如何使用其原理圖來(lái)交叉選擇組件。在左側的原理圖中選擇了一個(gè)零件，然后它會(huì )自動(dòng)以紅色突出顯示右側的布局對應部分。通過(guò)設置您的系統來(lái)執行此操作，您可以在原理圖中快速找到并選擇您需要的部件，它們將在布局中自動(dòng)交叉選擇。 

可以設置這些以及許多其他參數，以幫助您將 PCB 布局的經(jīng)驗法則整合到您的 PCB CAD 環(huán)境中，從而幫助您避免代價(jià)高昂的錯誤和錯誤。