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實現(xiàn)PCB高效自動布線的設(shè)計

作者: 時間:2016-10-16 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

現(xiàn)在的時間越來越短,越來越小的電路板空間,越來越高的器件密度,極其苛刻的布局規(guī)則和大尺寸的組件使得設(shè)計師的工作更加困難。為了解決設(shè)計上的困難,加快產(chǎn)品的上市,現(xiàn)在很多廠家傾向于采用專用EDA工具來實現(xiàn)PCB的設(shè)計。但專用的EDA工具并不能產(chǎn)生理想的結(jié)果,也不能達(dá)到100%的布通率,而且很亂,通常還需花很多時間完成余下的工作。今天,本文介紹PCB規(guī)劃、布局和布線的設(shè)計技巧和要點(diǎn)。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201610/308276.htm

現(xiàn)在市面上流行的EDA工具軟件很多,但除了使用的術(shù)語和功能鍵的位置不一樣外都大同小異,如何用這些工具更好地實現(xiàn)PCB的設(shè)計呢?在開始布線之前對設(shè)計進(jìn)行認(rèn)真的分析以及對工具軟件進(jìn)行認(rèn)真的設(shè)置將使設(shè)計更加符合要求。下面是一般的設(shè)計過程和步驟。

1、確定PCB的層數(shù)

電路板尺寸和布線層數(shù)需要在設(shè)計初期確定。如果設(shè)計要求使用高密度球柵數(shù)組(BGA)組件,就必須考慮這些器件布線所需要的最少布線層數(shù)。布線層的數(shù)量以及層疊(stack-up)方式會直接影響到印制線的布線和阻抗。板的大小有助于確定層疊方式和印制線寬度,實現(xiàn)期望的設(shè)計效果。

多年來,人們總是認(rèn)為電路板層數(shù)越少成本就越低,但是影響電路板的制造成本還有許多其它因素。近幾年來,多層板之間的成本差別已經(jīng)大大減小。在開始設(shè)計時最好采用較多的電路層并使敷銅均勻分布,以避免在設(shè)計臨近結(jié)束時才發(fā)現(xiàn)有少量信號不符合已定義的規(guī)則以及空間要求,從而被迫添加新層。在設(shè)計之前認(rèn)真的規(guī)劃將減少布線中很多的麻煩。

2、設(shè)計規(guī)則和限制

工具本身并不知道應(yīng)該做些什么。為完成布線任務(wù),布線工具需要在正確的規(guī)則和限制條件下工作。不同的信號線有不同的布線要求,要對所有特殊要求的信號線進(jìn)行分類,不同的設(shè)計分類也不一樣。每個信號類都應(yīng)該有優(yōu)先級,優(yōu)先級越高,規(guī)則也越嚴(yán)格。規(guī)則涉及印制線寬度、過孔的最大數(shù)量、平行度、信號線之間的相互影響以及層的限制,這些規(guī)則對布線工具的性能有很大影響。認(rèn)真考慮設(shè)計要求是成功布線的重要一步。

3、組件的布局

為最優(yōu)化裝配過程,可制造性設(shè)計(DFM)規(guī)則會對組件布局產(chǎn)生限制。如果裝配部門允許組件移動,可以對電路適當(dāng)優(yōu)化,更便于。所定義的規(guī)則和約束條件會影響布局設(shè)計。

在布局時需考慮布線路徑(routing channel)和過孔區(qū)域。這些路徑和區(qū)域?qū)υO(shè)計人員而言是顯而易見的,但工具一次只會考慮一個信號,通過設(shè)置布線約束條件以及設(shè)定可布信號線的層,可以使布線工具能像設(shè)計師所設(shè)想的那樣完成布線。

4、扇出設(shè)計

在扇出設(shè)計階段,要使自動布線工具能對組件引腳進(jìn)行連接,表面貼裝器件的每一個引腳至少應(yīng)有一個過孔,以便在需要更多的連接時,電路板能夠進(jìn)行內(nèi)層連接、在線測試(ICT)和電路再處理。

為了使自動布線工具效率最高,一定要盡可能使用最大的過孔尺寸和印制線,間隔設(shè)置為50mil較為理想。要采用使布線路徑數(shù)最大的過孔類型。進(jìn)行扇出設(shè)計時,要考慮到電路在線測試問題。測試夾具可能很昂貴,而且通常是在即將投入全面生產(chǎn)時才會訂購,如果這時候才考慮添加節(jié)點(diǎn)以實現(xiàn)100%可測試性就太晚了。

經(jīng)過慎重考慮和預(yù)測,電路在線測試的設(shè)計可在設(shè)計初期進(jìn)行,在生產(chǎn)過程后期實現(xiàn),根據(jù)布線路徑和電路在線測試來確定過孔扇出類型,電源和接地也會影響到布線和扇出設(shè)計。為降低濾波電容器連接線產(chǎn)生的感抗,過孔應(yīng)盡可能靠近表面貼裝器件的引腳,必要時可采用手動布線,這可能會對原來設(shè)想的布線路徑產(chǎn)生影響,甚至可能會導(dǎo)致你重新考慮使用哪種過孔,因此必須考慮過孔和引腳感抗間的關(guān)系并設(shè)定過孔規(guī)格的優(yōu)先級。

5、手動布線以及關(guān)鍵信號的處理

盡管本文主要論述自動布線問題,但手動布線在現(xiàn)在和將來都是印刷電路板設(shè)計的一個重要過程。采用手動布線有助于自動布線工具完成布線工作。通過對挑選出的網(wǎng)絡(luò)(net)進(jìn)行手動布線并加以固定,可以形成自動布線時可依據(jù)的路徑。

無論關(guān)鍵信號的數(shù)量有多少,首先對這些信號進(jìn)行布線,手動布線或結(jié)合自動布線工具均可。關(guān)鍵信號通常必須通過精心的電路設(shè)計才能達(dá)到期望的性能。布線完成后,再由有關(guān)的工程人員來對這些信號布線進(jìn)行檢查,這個過程相對容易得多。檢查通過后,將這些線固定,然后開始對其余信號進(jìn)行自動布線。

6、自動布線

對關(guān)鍵信號的布線需要考慮在布線時控制一些電參數(shù),比如減小分布電感和EMC等,對于其它信號的布線也類似。所有的EDA廠商都會提供一種方法來控制這些參數(shù)。在了解自動布線工具有哪些輸入?yún)?shù)以及輸入?yún)?shù)對布線的影響后,自動布線的質(zhì)量在一定程度上可以得到保證。

應(yīng)該采用通用規(guī)則來對信號進(jìn)行自動布線。通過設(shè)置限制條件和禁止布線區(qū)來限定給定信號所使用的層以及所用到的過孔數(shù)量,布線工具就能按照工程師的設(shè)計思想來自動布線。如果對自動布線工具所用的層和所布過孔的數(shù)量不加限制,自動布線時將會使用到每一層,而且將會產(chǎn)生很多過孔。

在設(shè)置好約束條件和應(yīng)用所創(chuàng)建的規(guī)則后,自動布線將會達(dá)到與預(yù)期相近的結(jié)果,當(dāng)然可能還需要進(jìn)行一些整理工作,同時還需要確保其它信號和網(wǎng)絡(luò)布線的空間。在一部分設(shè)計完成以后,將其固定下來,以防止受到后邊布線過程的影響。

采用相同的步驟對其余信號進(jìn)行布線。布線次數(shù)取決于電路的復(fù)雜性和你所定義的通用規(guī)則的多少。每完成一類信號后,其余網(wǎng)絡(luò)布線的約束條件就會減少。但隨之而來的是很多信號布線需要手動干預(yù)。現(xiàn)在的自動布線工具功能非常強(qiáng)大,通??赏瓿?00%的布線。但是當(dāng)自動布線工具未完成全部信號布線時,就需對余下的信號進(jìn)行手動布線。

7、自動布線的設(shè)計要點(diǎn)包括:

1、略微改變設(shè)置,試用多種路徑布線;

2、保持基本規(guī)則不變,試用不同的布線層、不同的印制線和間隔寬度以及不同線寬、不同類型的過孔如盲孔、埋孔等,觀察這些因素對設(shè)計結(jié)果有何影響;

3、讓布線工具對那些默認(rèn)的網(wǎng)絡(luò)根據(jù)需要進(jìn)行處理;

4、信號越不重要,自動布線工具對其布線的自由度就越大。

8、布線的整理

如果你所使用的EDA工具軟件能夠列出信號的布線長度,檢查這些數(shù)據(jù),你可能會發(fā)現(xiàn)一些約束條件很少的信號布線的長度很長。這個問題比較容易處理,通過手動編輯可以縮短信號布線長度和減少過孔數(shù)量。在整理過程中,你需要判斷出哪些布線合理,哪些布線不合理。同手動布線設(shè)計一樣,自動布線設(shè)計也能在檢查過程中進(jìn)行整理和編輯。

9、電路板的外觀

以前的設(shè)計常常注意電路板的視覺效果,現(xiàn)在不一樣了。自動設(shè)計的電路板不比手動設(shè)計的美觀,但在電子特性上能滿足規(guī)定的要求,而且設(shè)計的完整性能得到保證。



關(guān)鍵詞: PCB設(shè)計 自動布線

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