PCB布線(xiàn)

2020-08-13

長(cháng)期以來(lái)，將原理圖網(wǎng)絡(luò )轉換為印刷電路板上的物理走線(xiàn)一直是布局工程師的職責。過(guò)去這通常是手動(dòng)完成的，設計人員會(huì )在網(wǎng)格狀的聚酯薄膜片上以放大的尺寸繪制和重新繪制電路。準備就緒后，這些電路圖將用不透明的膠帶覆蓋并進(jìn)行光還原處理，以創(chuàng )建所需的制造工具。多年以來(lái)，對新電子產(chǎn)品的性能要求迫使人們不得不使用無(wú)法通過(guò)膠帶準確創(chuàng )建的較小的板元件。加上許多其他原因，迫使電路板設計發(fā)展到了新的水平。進(jìn)入PCB設計CAD系統。

隨著(zhù)這些系統的引入，實(shí)現了許多新的好處。首先，設計人員可以從原理圖數據自動(dòng)轉換為布局數據，而無(wú)需手動(dòng)輸入電子表格的連接性。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可以自動(dòng)檢查并維護電路板上物體之間的間隙容差，例如走線(xiàn)到走線(xiàn)或走線(xiàn)到焊盤(pán)。在膠帶固定板上，估計了這些間隙，如果需要，可使用Exacto刀修整一點(diǎn)膠帶，以留出更多空間。

使用PCB設計CAD工具，生產(chǎn)的工作量呈指數增長(cháng)。但是，一切都變了，不久，不斷發(fā)展的電子技術(shù)開(kāi)始需要越來(lái)越多的PCB設計工具，尤其是在布線(xiàn)領(lǐng)域。

在印刷電路板布局中將跡線(xiàn)連接在一起可能會(huì )很有趣。有時(shí)，將線(xiàn)跡拖拉并鉤在一起以完成蚊帳甚至是導流的。但是，越來(lái)越多的允許以最少的規則進(jìn)行基本布線(xiàn)的更簡(jiǎn)單的電路板設計正在消失。代替僅連接點(diǎn)，高速設計規則，嚴格的制造要求和其他約束需要更多的關(guān)注。

這是設計人員現在面臨的一些電路板布線(xiàn)挑戰：

縮短設計時(shí)間：為了保持競爭優(yōu)勢，需要盡可能減少電路板的設計時(shí)間。另外，必須將電路板旋轉保持在最低限度，以減少原型設計費用。這給設計人員帶來(lái)了更大的壓力，使他們不得不在第一時(shí)間正確完成布線(xiàn)。

多種設計約束：一次，板上的每個(gè)網(wǎng)絡(luò )都具有相同的走線(xiàn)寬度和間距規則，但電源和接地除外，后者必須更寬。設計規則的這種非常簡(jiǎn)單的用法現已被用于多個(gè)網(wǎng)的不同寬度和間距規則所取代，在某些情況下，還用于板的不同區域。

分析期望：為了第一次正確完成跟蹤路由，布局設計人員需要提前知道如何配置他們的設計。除PCB布線(xiàn)工具外，這還需要仿真和分析工具。

復雜的路由要求：當今高速板上的許多路由都需要特定的路由模式或拓撲。例如，較舊的DDR內存路由需要使用T拓撲路由模式，而DDR3和DDR4需要逐終端終止拓撲。除此之外，還有必須一起布線(xiàn)的差分對，必須配置為匹配板層堆疊的受控阻抗線(xiàn)以及許多其他要求。

要成功地布線(xiàn)印刷電路板，您需要的不僅僅是高級布線(xiàn)功能。布線(xiàn)在您放置一條軌跡之前就已經(jīng)開(kāi)始很久了，因此，我們將從PCB設計工具還應該具有的其他一些重要功能開(kāi)始列出該清單：

電路仿真：SPICE工具不僅可以通過(guò)在構建原型之前揭示設計問(wèn)題來(lái)使設計更快地推向市場(chǎng)，而且還可以幫助您進(jìn)行布線(xiàn)。大多數高速，高密度設計的走線(xiàn)布線(xiàn)都緊密地包裝在一起。這對于信號定時(shí)，阻抗控制和許多其他原因都是必不可少的。但是，當您不得不撕裂并重新路由被錯誤捕獲的跟蹤時(shí)，它可能會(huì )使整個(gè)設計失去平衡。使用電路仿真工具，您可以從一開(kāi)始就使用正確的原理圖數據。

組件放置有助于和檢查：正確地路由跟蹤始于正確放置組件。這意味著(zhù)需要注意部件之間的適當間距，電路板必須通過(guò)可制造性檢查，并且信號路徑必須得到優(yōu)化。與電路模擬器一樣，必須精簡(jiǎn)布線(xiàn)以糾正組件放置問(wèn)題，這會(huì )對您承受不起的整個(gè)設計產(chǎn)生連鎖反應。

設計規則和約束：您不僅需要控制多個(gè)網(wǎng)絡(luò )和區域的走線(xiàn)寬度和間距，而且還需要管理許多其他設計參數。約束管理器，如上面PCB設計工具的Cadence系列所示，將使您可以控制設計和電氣的所有物理屬性。您可以設置走線(xiàn)長(cháng)度，長(cháng)度匹配，差分對以及許多其他規則和約束。

分析工具：在分析路由的有效性之前等待構建原型，就像在馬逃跑后關(guān)上倉門(mén)。最佳的設計過(guò)程是與PCB設計系統中的嵌入式分析工具配合使用，以在布線(xiàn)時(shí)檢查信號和電源完整性。這樣，您就可以在工作時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)更正，而不必稍后重新設計電路板。

有了這些功能，您就可以很好地進(jìn)行電路板布線(xiàn)。以下是一些最有用的路由工具：

手動(dòng)交互式路由：無(wú)論如何，您將始終需要手動(dòng)連接一些跟蹤。您的設計工具應允許使用各種編輯選項輕松完成此操作，以補充您的工藝路線(xiàn)。

幻燈片路由：要快速清理痕跡，抓住痕跡片段并將其拉到所需位置的能力非常寶貴。更好的是，它將在滑動(dòng)時(shí)將其他設計對象（例如通孔和走線(xiàn)）移開(kāi)。

扇出布線(xiàn)：也稱(chēng)為逸出布線(xiàn)，此自動(dòng)功能可以通過(guò)快速將跡線(xiàn)從高引腳數的零件中拉出并將其連接至過(guò)孔而大有幫助。

差分對布線(xiàn)：差分對必須在布線(xiàn)對之間以一致的間距布線(xiàn)。這些路由器與設計約束中針對線(xiàn)寬和間距值設置的差異對規則結合使用。

總線(xiàn)路由：這是另一個(gè)有用的功能，您可以在其中捕獲一組跟蹤并將它們一起路由。

自動(dòng)路由：自動(dòng)路由可以采用多種形式，從單跡線(xiàn)路由到完整批量自動(dòng)路由，可以根據用戶(hù)的需要路由整個(gè)電路板。

跡線(xiàn)調整：這些路由器還可以與設計約束條件結合使用，并在跡線(xiàn)中添加較小的蛇形線(xiàn)段，以增加其總長(cháng)度。

清理路由：有很多工具可以清理您板上的路由。有些會(huì )斜切痕跡的角落，而另一些會(huì )消除不必要的微動(dòng)和分段。您還可以在連接到過(guò)孔的跡線(xiàn)中添加淚滴功能，或者對布線(xiàn)進(jìn)行光澤處理以使其更具表現力。