多層電路板設計：縮短設計時間才是王道

條理性是設計效率的關鍵，缺乏條理性會降低我們PCB設計的效率。以設計規(guī)則為例：在開始新項目時，許多PCB設計工程師傾向于按照自己的設計規(guī)則來重新打造設計，而不是依靠一個適當?shù)摹⒂袟l理的、系統(tǒng)的規(guī)則方法。當時間因素至關重要時，這種做法會大大降低項目進展，本文將討論可以提高多層電路板設計效率的規(guī)則方法。

一、多層電路板設計規(guī)則：一致性與庫管理

為每個正在進行的新項目重新創(chuàng)建PCB設計規(guī)則是一種平常做法。這可能是因為設計部門尚無適當?shù)闹瞥虂韽陀靡?guī)則，或者只是因為PCB設計工程師不想重復使用這些規(guī)則。無論出于何種原因，這都表明需要更新設計工作流，以提高設計效率和一致性。如果不進行改進和提升，當前的工作流可能需要花費大量額外的時間和精力，且不一致性會導致繼承問題。

每種多層電路板的設計規(guī)則都不相同。通常，我們期望PCB設計工程師充分了解規(guī)則，并能夠在每個設計中輸入相同的值。然而，即使他們的記憶正確，也總有輸入錯誤值的可能性。

缺乏一致性可能會最終導致整個系統(tǒng)中的多層電路板元件受到不同規(guī)則的控制。如果在同一制造面板上使用不同的電路板，這可能會是一個更大的問題。如果在不同設計之間的 一層結構不同，則可能會導致制造延期、結構不良或重新設計。

為了簡化創(chuàng)建多層電路板設計規(guī)則的程序，最好保存和管理這些規(guī)則，以備將來再次使用。用于保存和管理規(guī)則的地方我們稱之為“庫”，其中包括原理圖符號、仿真模型、設計約束、PCB footprints和STEP模型。庫可以像存儲數(shù)據(jù)的中央文件目錄一樣簡單，也可以是由多個目錄位置和鏈接組成的復雜系統(tǒng)。

無論如何設置CAD庫，設計規(guī)則集都可以同樣的方式保存。為了成功管理設計規(guī)則的“庫” ，系統(tǒng)中應該有三種基本實踐：

1.位置：在服務器上建立一個所有用戶都可以訪問的中心位置。在個人電腦上保存頻繁使用的設計規(guī)則和其他類型的數(shù)據(jù)，以備日后使用。這種做法可以限制其他人訪問，且保存文件更容易被更改或刪除。

2.命名約定：使用其他人更容易識別的方式來為保存的文件命名。日期、描述和工作編號都是很好的文件名選擇?！?br />Joes_really_cool_design_rules.txt ”這種命名方式并不推薦。

3.限制編輯權限：最好能夠讓設計團隊成員在將自己的文件保存到該位置后便不能在此位置中進行編輯。通常，在上一次使用之后突然發(fā)現(xiàn)六層電路板的設計規(guī)則發(fā)生了變化將十分令人崩潰。設計團隊成員可以隨時將這些規(guī)則復制到新文件、進行更改，然后用新名稱命名并保存。

當設計數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)就位后，便利用其來保存文件。

圖1：實用軟件如Allegro? Constraint Manager簡化了控制和編輯設計規(guī)則的流程

二、多層電路板約束、測試和系統(tǒng)級完整性

即使只有一塊電路板可用，信號完整性和電源完整性仍然是設計中需要謹慎考慮的關鍵因素。與當今的多層電路板系統(tǒng)相比，單一電路板的考量因素則較為簡單：電源更簡單、干擾元件更少、信號傳輸距離更短。

• 系統(tǒng)級信號完整性和電磁干擾（EMI）

確保適當?shù)亩鄬与娐钒逍盘柾暾裕⊿I）的最佳方式是擁有一個可靠和準確的信號完整性分析及仿真工具，以便在每一步流程中與設計協(xié)同工作。相互作用的高速和低速信號肯定會引發(fā)信號完整性問題，此外，與所有有源元件的串擾可能性更大。因此由于高速信號間的相互作用，多層電路板設計幾乎總是面臨更大的電磁干擾風險。

通過有效工具，或者借助我們的知識增強其功能，來分離模擬和數(shù)字信號、采用智能走線（意味著電路中沒有直角走線）并保持信號和返回電流緊密耦合，可以顯著降低電磁干擾問題。

• 分區(qū)設計和多層電路板成本分析

基于目的和功能對元件進行物理分組，可使許多因素達到更高的安全性。這一過程稱為PCB分區(qū)，可在多層電路板板設計中將子系統(tǒng)視為一組元件。

適當?shù)腜CB分區(qū)可簡化操作，提高成本效益，例如：

1)模塊化，或者將標準化組件整合至更大的多種產(chǎn)品設計

2)電路板間距和外殼電路實際安裝

3)制造更便宜、更小型的連接主板的電路板，而不是昂貴的多層電路板疊層結構中的配件

4)在多層電路板設計中，分離模擬和數(shù)字電路，減少電磁干擾

• PCB約束管理器和多層電路板輔助設備

雖然許多約束管理器已配備完成工作所需的阻抗、疊層結構、網(wǎng)絡和平面選擇，但一個優(yōu)秀的約束管理器還會考慮元件列表和參數(shù)，這將使多層電路板設計更易于管理，尤其是處理每塊電路板上的數(shù)千個獨立元件時。

多層電路板約束管理器可管理高級網(wǎng)絡類、設置散熱需求、在約束條件下快速調整散熱規(guī)范并處理信號條件。

圖2：如此復雜的走線依賴于正確的設計規(guī)則和適當?shù)募s束

三、多層電路板系統(tǒng)架構和設計工具

對于系統(tǒng)的整體完整性來說，管理多層電路板系統(tǒng)中的連接器至關重要。盡管我們可能已經(jīng)對一切做了適當?shù)囊?guī)劃，但確定適合設計的連接器時，確定連接器在外殼環(huán)境中的處理方式、是否設計電路板垂直疊層或水平分層以及潛在的腐蝕（環(huán)境、電流、電解等），所有這些都至關重要。

在整個layout階段，都應該對連接器進行謹慎管理，如果尚未充分考慮，則可能需要更加關注設計規(guī)則和約束管理器。在我們經(jīng)過長時間的重新走線而沒有足夠的精力進行最后檢查（比如檢查過孔阻抗值）時，設計規(guī)則檢查（DRC）可以使我們清楚地看到違規(guī)行為并迅速解決問題，而不是一味煩惱焦慮。

當設計規(guī)則最開始應用于PCB設計工具中時，其操作并不簡單。用戶經(jīng)常必須瀏覽多個菜單并填寫多個不同的表格。通常，這些系統(tǒng)保存信息的方法也并不可靠，或者即使保存了，也僅僅是保存在了一個非格式化的文本文件中。但是，時代在發(fā)展。

當今的PCB設計系統(tǒng)通常具備先進的設計規(guī)則和約束，可通過電子表格類型的實用程序進行訪問。此外，這些規(guī)則和約束通常與設計系統(tǒng)中的其他功能相關聯(lián)。例如，阻抗計算器可以將值直接輸入規(guī)則和約束中，而無需手動輸入數(shù)據(jù)。

Allegro PCB Designer軟件具備上文所述的電子表格類型規(guī)則和約束系統(tǒng)，可以讓您的設計工作變得更加輕松。通過該工具，您不僅可以創(chuàng)建和修改自己的設計規(guī)則，更可以保存這些設計規(guī)則以備將來使用。