PCB設(shè)計(jì)過程中布線效率的提升方法

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PCB設(shè)計(jì)過程中布線效率的提升方法

現(xiàn)在市面上流行的EDA工具軟件很多，但這些pcb設(shè)計(jì)軟件除了使用的術(shù)語(yǔ)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(shí)現(xiàn)PCB的設(shè)計(jì)呢？在開始布線之前對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行認(rèn)真的分析以及對(duì)工具軟件進(jìn)行認(rèn)真的設(shè)置將使設(shè)計(jì)更加符合要求。下面是一般的設(shè)計(jì)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(jì)初期確定。如果設(shè)計(jì)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(huì)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(shí)現(xiàn)期望的設(shè)計(jì)效果。
　　多年來(lái)，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(lái)，多層板之間的成本差別已經(jīng)大大減小。在開始設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)臨近結(jié)束時(shí)才發(fā)現(xiàn)有少量信號(hào)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(jì)之前認(rèn)真的規(guī)劃將減少布線中很多的麻煩。
　　2、設(shè)計(jì)規(guī)則和限制
　　自動(dòng)布線工具本身并不知道應(yīng)該做些什幺。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(hào)線有不同的布線要求，要對(duì)所有特殊要求的信號(hào)線進(jìn)行分類，不同的設(shè)計(jì)分類也不一樣。每個(gè)信號(hào)類都應(yīng)該有優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)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(hào)線之間的相互影響以及層的限制，這些規(guī)則對(duì)布線工具的性能有很大影響。認(rèn)真考慮設(shè)計(jì)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(jì)（DFM）規(guī)則會(huì)對(duì)組件布局產(chǎn)生限制。如果裝配部門允許組件移動(dòng)，可以對(duì)電路適當(dāng)優(yōu)化，更便于自動(dòng)布線。所定義的規(guī)則和約束條件會(huì)影響布局設(shè)計(jì)。
　　在布局時(shí)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(jì)人員而言是顯而易見的，但自動(dòng)布線工具一次只會(huì)考慮一個(gè)信號(hào)，通過設(shè)置布線約束條件以及設(shè)定可布信號(hào)線的層，可以使布線工具能像設(shè)計(jì)師所設(shè)想的那樣完成布線。
　　4、扇出設(shè)計(jì)
　　在扇出設(shè)計(jì)階段，要使自動(dòng)布線工具能對(duì)組件引腳進(jìn)行連接，表面貼裝器件的每一個(gè)引腳至少應(yīng)有一個(gè)過孔，以便在需要更多的連接時(shí)，電路板能夠進(jìn)行內(nèi)層連接、在線測(cè)試（ICT）和電路再處理。
　　為了使自動(dòng)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(jì)時(shí)，要考慮到電路在線測(cè)試問題。測(cè)試夾具可能很昂貴，而且通常是在即將投入全面生產(chǎn)時(shí)才會(huì)訂購(gòu)，如果這時(shí)候才考慮添加節(jié)點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)100%可測(cè)試性就太晚了。
　　經(jīng)過慎重考慮和預(yù)測(cè)，電路在線測(cè)試的設(shè)計(jì)可在設(shè)計(jì)初期進(jìn)行，在生產(chǎn)過程后期實(shí)現(xiàn)，根據(jù)布線路徑和電路在線測(cè)試來(lái)確定過孔扇出類型，電源和接地也會(huì)影響到布線和扇出設(shè)計(jì)。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(shí)可采用手動(dòng)布線，這可能會(huì)對(duì)原來(lái)設(shè)想的布線路徑產(chǎn)生影響，甚至可能會(huì)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(jí)。
　　5、手動(dòng)布線以及關(guān)鍵信號(hào)的處理
　　盡管本文主要論述自動(dòng)布線問題，但手動(dòng)布線在現(xiàn)在和將來(lái)都是印刷電路板設(shè)計(jì)的一個(gè)重要過程。采用手動(dòng)布線有助于自動(dòng)布線工具完成布線工作。無(wú)論關(guān)鍵信號(hào)的數(shù)量有多少，首先對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行布線，手動(dòng)布線或結(jié)合自動(dòng)布線工具均可。關(guān)鍵信號(hào)通常必須通過精心的電路設(shè)計(jì)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(lái)對(duì)這些信號(hào)布線進(jìn)行檢查，這個(gè)過程相對(duì)容易得多。檢查通過后，將這些線固定，然后開始對(duì)其余信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)布線。
　　6、自動(dòng)布線
　　對(duì)關(guān)鍵信號(hào)的布線需要考慮在布線時(shí)控制一些電參數(shù)，比如減小分布電感和emc等，對(duì)于其它信號(hào)的布線也類似。所有的EDA廠商都會(huì)提供一種方法來(lái)控制這些參數(shù)。在了解自動(dòng)布線工具有哪些輸入?yún)��?shù)以及輸入?yún)��?shù)對(duì)布線的影響后，自動(dòng)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(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)布線。通過設(shè)置限制條件和禁止布線區(qū)來(lái)限定給定信號(hào)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(jì)思想來(lái)自動(dòng)布線。如果對(duì)自動(dòng)布線工具所用的層和所布過孔的數(shù)量不加限制，自動(dòng)布線時(shí)將會(huì)使用到每一層，而且將會(huì)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(dòng)布線將會(huì)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(shí)還需要確保其它信號(hào)和網(wǎng)絡(luò)布線的空間。在一部分設(shè)計(jì)完成以后，將其固定下來(lái)，以防止受到后邊布線過程的影響。
　　采用相同的步驟對(duì)其余信號(hào)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(hào)后，其余網(wǎng)絡(luò)布線的約束條件就會(huì)減少。但隨之而來(lái)的是很多信號(hào)布線需要手動(dòng)干預(yù)�，F(xiàn)在的自動(dòng)布線工具功能非常強(qiáng)大，通�？赏瓿�100%的布線。但是當(dāng)自動(dòng)布線工具未完成全部信號(hào)布線時(shí)，就需對(duì)余下的信號(hào)進(jìn)行手動(dòng)布線。
　　7、PCB抄板中自動(dòng)布線的設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括：
　　7.1 略微改變?cè)O(shè)置，試用多種路徑布線;
　　7.2 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(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果有何影響;
　　7.3 讓布線工具對(duì)那些默認(rèn)的網(wǎng)絡(luò)根據(jù)需要進(jìn)行處理;
　　7.4 信號(hào)越不重要，自動(dòng)布線工具對(duì)其布線的自由度就越大。
　　8、PCB布線的整理
　　如果你所使用的EDA工具軟件能夠列出信號(hào)的布線長(zhǎng)度，檢查這些數(shù)據(jù)，你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一些約束條件很少的信號(hào)布線的長(zhǎng)度很長(zhǎng)。這個(gè)問題比較容易處理，通過手動(dòng)編輯可以縮短信號(hào)布線長(zhǎng)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(dòng)布線設(shè)計(jì)一樣，自動(dòng)布線設(shè)計(jì)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(jì)常常注意電路板的視覺效果，現(xiàn)在不一樣了。自動(dòng)設(shè)計(jì)的電路板不比手動(dòng)設(shè)計(jì)的美觀，但在電子特性上能滿足規(guī)定的要求，而且設(shè)計(jì)的完整性能得到保證。