PROTEL在我國使用的人還是相當多.
1.原理圖常見錯誤:
(1)ERC報告管腳沒有接入信號:
a. 創(chuàng)建封裝時給管腳定義了I/O屬性;
b.創(chuàng)建元件或放置元件時修改了不一致的grid屬性,管腳與線沒有連上;
c. 創(chuàng)建元件時pin方向反向,必須非pin name端連線。
(2)元件跑到圖紙界外:沒有在元件庫圖表紙中心創(chuàng)建元件。
(3)創(chuàng)建的工程文件網(wǎng)絡表只能部分調入pcb:生成netlist時沒有選擇為global。
(4)當使用自己創(chuàng)建的多部分組成的元件時,千萬不要使用annotate.
2.PCB中常見錯誤:
(1)網(wǎng)絡載入時報告NODE沒有找到:
a. 原理圖中的元件使用了pcb庫中沒有的封裝;
b. 原理圖中的元件使用了pcb庫中名稱不一致的封裝;
c. 原理圖中的元件使用了pcb庫中pin number不一致的封裝。如三極管:sch中pin number 為e,b,c, 而pcb中為1,2,3。
(2)打印時總是不能打印到一頁紙上:
a. 創(chuàng)建pcb庫時沒有在原點;
b. 多次移動和旋轉了元件,pcb板界外有隱藏的字符。選擇顯示所有隱藏的字符, 縮小pcb, 然后移動字符到邊界內。
(3)DRC報告網(wǎng)絡被分成幾個部分:
表示這個網(wǎng)絡沒有連通,看報告文件,使用選擇CONNECTED COPPER查找。
另外提醒朋友盡量使用WIN2000, 減少藍屏的機會;多幾次導出文件,做成新的DDB文件,減少文件尺寸和PROTEL僵死的機會。如果作較復雜得設計,盡量不要使用自動布線。
????在PCB設計中,布線是完成產(chǎn)品設計的重要步驟,可以說前面的準備工作都是為它而做的, 在整個PCB中,以布線的設計過程限定最高,技巧最細、工作量最大。PCB布線有單面布線、 雙面布線及多層布線。布線的方式也有兩種:自動布線及交互式布線,在自動布線之前, 可以用交互式預先對要求比較嚴格的線進行布線,輸入端與輸出端的邊線應避免相鄰平行, 以免產(chǎn)生反射干擾。必要時應加地線隔離,兩相鄰層的布線要互相垂直,平行容易產(chǎn)生寄生耦合。
????自動布線的布通率,依賴于良好的布局,布線規(guī)則可以預先設定, 包括走線的彎曲次數(shù)、導通孔的數(shù)目、步進的數(shù)目等。一般先進行探索式布經(jīng)線,快速地把短線連通, 然后進行迷宮式布線,先把要布的連線進行全局的布線路徑優(yōu)化,它可以根據(jù)需要斷開已布的線。 并試著重新再布線,以改進總體效果。
????對目前高密度的PCB設計已感覺到貫通孔不太適應了, 它浪費了許多寶貴的布線通道,為解決這一矛盾,出現(xiàn)了盲孔和埋孔技術,它不僅完成了導通孔的作用, 還省出許多布線通道使布線過程完成得更加方便,更加流暢,更為完善,PCB 板的設計過程是一個復雜而又簡單的過程,要想很好地掌握它,還需廣大電子工程設計人員去自已體會, 才能得到其中的真諦。
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2、設計流程
PCB的設計流程分為網(wǎng)表輸入、規(guī)則設置、元器件布局、布線、檢查、復查、輸出六個步驟.
2.1 網(wǎng)表輸入
????網(wǎng)表輸入有兩種方法,一種是使用PowerLogic的OLE PowerPCB Connection功能,選擇Send Netlist,應用OLE功能,可以隨時保持原理圖和PCB圖的一致,盡量減少出錯的可能。另一種方法是直接在PowerPCB中裝載網(wǎng)表,選擇File->Import,將原理圖生成的網(wǎng)表輸入進來。
2.2 規(guī)則設置
????如果在原理圖設計階段就已經(jīng)把PCB的設計規(guī)則設置好的話,就不用再進行設置.
????這些規(guī)則了,因為輸入網(wǎng)表時,設計規(guī)則已隨網(wǎng)表輸入進PowerPCB了。如果修改了設計規(guī)則,必須同步原理圖,保證原理圖和PCB的一致。除了設計規(guī)則和層定義外,還有一些規(guī)則需要設置,比如Pad Stacks,需要修改標準過孔的大小。如果設計者新建了一個焊盤或過孔,一定要加上Layer 25。
注意:
???? PCB設計規(guī)則、層定義、過孔設置、CAM輸出設置已經(jīng)作成缺省啟動文件,名稱為Default.stp,網(wǎng)表輸入進來以后,按照設計的實際情況,把電源網(wǎng)絡和地分配給電源層和地層,并設置其它高級規(guī)則。在所有的規(guī)則都設置好以后,在PowerLogic中,使用OLE PowerPCB Connection的Rules From PCB功能,更新原理圖中的規(guī)則設置,保證原理圖和PCB圖的規(guī)則一致。
2.3 元器件布局
網(wǎng)表輸入以后,所有的元器件都會放在工作區(qū)的零點,重疊在一起,下一步的工作就是把這些元器件分開,按照一些規(guī)則擺放整齊,即元器件布局。PowerPCB提供了兩種方法,手工布局和自動布局。
2.3.1 手工布局
1. 工具印制板的結構尺寸畫出板邊(Board Outline)。
2. 將元器件分散(Disperse Components),元器件會排列在板邊的周圍。
3. 把元器件一個一個地移動、旋轉,放到板邊以內,按照一定的規(guī)則擺放整齊。
2.3.2 自動布局
PowerPCB提供了自動布局和自動的局部簇布局,但對大多數(shù)的設計來說,效果并不理想,不推薦使用。
2.3.3 注意事項
a. 布局的首要原則是保證布線的布通率,移動器件時注意飛線的連接,把有連線關系的器件放在一起
b. 數(shù)字器件和模擬器件要分開,盡量遠離
c. 去耦電容盡量*近器件的VCC
d. 放置器件時要考慮以后的焊接,不要太密集
e. 多使用軟件提供的Array和Union功能,提高布局的效率
2.4 布線
????布線的方式也有兩種,手工布線和自動布線。PowerPCB提供的手工布線功能十分強大,包括自動推擠、在線設計規(guī)則檢查(DRC),自動布線由Specctra的布線引擎進行,通常這兩種方法配合使用,常用的步驟是手工—自動—手工。
2.4.1 手工布線
1. 自動布線前,先用手工布一些重要的網(wǎng)絡,比如高頻時鐘、主電源等,這些網(wǎng)絡往往對走線距離、線寬、線間距、屏蔽等有特殊的要求;另外一些特殊封裝,如BGA,自動布線很難布得有規(guī)則,也要用手工布線。
2. 自動布線以后,還要用手工布線對PCB的走線進行調整。
2.4.2 自動布線
????手工布線結束以后,剩下的網(wǎng)絡就交給自動布線器來自布。選擇Tools->SPECCTRA,啟動Specctra布線器的接口,設置好DO文件,按Continue就啟動了Specctra布線器自動布線,結束后如果布通率為100%,那么就可以進行手工調整布線了;如果不到100%,說明布局或手工布線有問題,需要調整布局或手工布線,直至全部布通為止。
2.4.3 注意事項
a. 電源線和地線盡量加粗
b. 去耦電容盡量與VCC直接連接
c. 設置Specctra的DO文件時,首先添加Protect all wires命令,保護手工布的線不被自動布線器重布
d. 如果有混合電源層,應該將該層定義為Split/mixed Plane,在布線之前將其分割,布完線之后,使用Pour Manager的Plane Connect進行覆銅
e. 將所有的器件管腳設置為熱焊盤方式,做法是將Filter設為Pins,選中所有的管腳,修改屬性,在Thermal選項前打勾
f. 手動布線時把DRC選項打開,使用動態(tài)布線(Dynamic Route)
2.5 檢查
????檢查的項目有間距(Clearance)、連接性(Connectivity)、高速規(guī)則(High Speed)和電源層(Plane),這些項目可以選擇Tools->Verify Design進行。如果設置了高速規(guī)則,必須檢查,否則可以跳過這一項。檢查出錯誤,必須修改布局和布線。
注意:
????有些錯誤可以忽略,例如有些接插件的Outline的一部分放在了板框外,檢查間距時會出錯;另外每次修改過走線和過孔之后,都要重新覆銅一次。
2.6 復查
????復查根據(jù)“PCB檢查表”,內容包括設計規(guī)則,層定義、線寬、間距、焊盤、過孔設置;還要重點復查器件布局的合理性,電源、地線網(wǎng)絡的走線,高速時鐘網(wǎng)絡的走線與屏蔽,去耦電容的擺放和連接等。復查不合格,設計者要修改布局和布線,合格之后,復查者和設計者分別簽字。
2.7 設計輸出
????PCB設計可以輸出到打印機或輸出光繪文件。打印機可以把PCB分層打印,便于設計者和復查者檢查;光繪文件交給制板廠家,生產(chǎn)印制板。光繪文件的輸出十分重要,關系到這次設計的成敗,下面將著重說明輸出光繪文件的注意事項。
a. 需要輸出的層有布線層(包括頂層、底層、中間布線層)、電源層(包括VCC層和GND層)、絲印層(包括頂層絲印、底層絲?。?、阻焊層(包括頂層阻焊和底層阻焊),另外還要生成鉆孔文件(NC Drill)
b. 如果電源層設置為Split/Mixed,那么在Add Document窗口的Document項選擇Routing,并且每次輸出光繪文件之前,都要對PCB圖使用Pour Manager的Plane Connect進行覆銅;如果設置為CAM Plane,則選擇Plane,在設置Layer項的時候,要把Layer25加上,在Layer25層中選擇Pads和Viasc. 在設備設置窗口(按Device Setup),將Aperture的值改為199
d. 在設置每層的Layer時,將Board Outline選上
e. 設置絲印層的Layer時,不要選擇Part Type,選擇頂層(底層)和絲印層的Outline、Text、Line
f. 設置阻焊層的Layer時,選擇過孔表示過孔上不加阻焊,不選過孔表示家阻焊,視具體情況確定
g. 生成鉆孔文件時,使用PowerPCB的缺省設置,不要作任何改動。
h. 所有光繪文件輸出以后,用CAM350打開并打印,由設計者和復查者根據(jù)“PCB檢查表”檢查。
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??????????????????????????????????????????????過孔
????過孔(via)是多層PCB的重要組成部分之一,鉆孔的費用通常占PCB制板費用的30%到40%。簡單的說來,PCB上的每一個孔都可以稱之為過孔。從作用上看,過孔可以分成兩類:一是用作各層間的電氣連接;二是用作器件的固定或定位。如果從工藝制程上來說,這些過孔一般又分為三類,即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷線路板的頂層和底層表面,具有一定深度,用于表層線路和下面的內層線路的連接,孔的深度通常不超過一定的比率(孔徑)。埋孔是指位于印刷線路板內層的連接孔,它不會延伸到線路板的表面。上述兩類孔都位于線路板的內層,層壓前利用通孔成型工藝完成,在過孔形成過程中可能還會重疊做好幾個內層。第三種稱為通孔,這種孔穿過整個線路板,可用于實現(xiàn)內部互連或作為元件的安裝定位孔。由于通孔在工藝上更易于實現(xiàn),成本較低,所以絕大部分印刷電路板均使用它,而不用另外兩種過孔。以下所說的過孔,沒有特殊說明的,均作為通孔考慮。
????從設計的角度來看,一個過孔主要由兩個部分組成,一是中間的鉆孔(drill hole),二是鉆孔周圍的焊盤區(qū),見下圖。這兩部分的尺寸大小決定了過孔的大小。很顯然,在高速,高密度的PCB設計時,設計者總是希望過孔越小越好,這樣板上可以留有更多的布線空間,此外,過孔越小,其自身的寄生電容也越小,更適合用于高速電路。但孔尺寸的減小同時帶來了成本的增加,而且過孔的尺寸不可能無限制的減小,它受到鉆孔(drill)和電鍍(plating)等工藝技術的限制:孔越小,鉆孔需花費的時間越長,也越容易偏離中心位置;且當孔的深度超過鉆孔直徑的6倍時,就無法保證孔壁能均勻鍍銅。比如,現(xiàn)在正常的一塊6層PCB板的厚度(通孔深度)為50Mil左右,所以PCB廠家能提供的鉆孔直徑最小只能達到8Mil。
二、過孔的寄生電容
????過孔本身存在著對地的寄生電容,如果已知過孔在鋪地層上的隔離孔直徑為D2,過孔焊盤的直徑為D1,PCB板的厚度為T,板基材介電常數(shù)為ε,則過孔的寄生電容大小近似于:
C=1.41εTD1/(D2-D1)
????過孔的寄生電容會給電路造成的主要影響是延長了信號的上升時間,降低了電路的速度。舉例來說,對于一塊厚度為50Mil的PCB板,如果使用內徑為10Mil,焊盤直徑為20Mil的過孔,焊盤與地鋪銅區(qū)的距離為32Mil,則我們可以通過上面的公式近似算出過孔的寄生電容大致是:C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF,這部分電容引起的上升時間變化量為:T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.517x(55/2)=31.28ps 。從這些數(shù)值可以看出,盡管單個過孔的寄生電容引起的上升延變緩的效用不是很明顯,但是如果走線中多次使用過孔進行層間的切換,設計者還是要慎重考慮的。
三、過孔的寄生電感
????同樣,過孔存在寄生電容的同時也存在著寄生電感,在高速數(shù)字電路的設計中,過孔的寄生電感帶來的危害往往大于寄生電容的影響。它的寄生串聯(lián)電感會削弱旁路電容的貢獻,減弱整個電源系統(tǒng)的濾波效用。我們可以用下面的公式來簡單地計算一個過孔近似的寄生電感:
????L=5.08h[ln(4h/d)+1]其中L指過孔的電感,h是過孔的長度,d是中心鉆孔的直徑。從式中可以看出,過孔的直徑對電感的影響較小,而對電感影響最大的是過孔的長度。仍然采用上面的例子,可以計算出過孔的電感為:L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH 。如果信號的上升時間是1ns,那么其等效阻抗大小為:XL=πL/T10-90=3.19Ω。這樣的阻抗在有高頻電流的通過已經(jīng)不能夠被忽略,特別要注意,旁路電容在連接電源層和地層的時候需要通過兩個過孔,這樣過孔的寄生電感就會成倍增加。
四、高速PCB中的過孔設計
通過上面對過孔寄生特性的分析,我們可以看到,在高速PCB設計中,看似簡單的過
孔往往也會給電路的設計帶來很大的負面效應。為了減小過孔的寄生效應帶來的不利影響,在設計中可以盡量做到:
1、從成本和信號質量兩方面考慮,選擇合理尺寸的過孔大小。比如對6-10層的內
存模塊PCB設計來說,選用10/20Mil(鉆孔/焊盤)的過孔較好,對于一些高密度的小尺寸的板子,也可以嘗試使用8/18Mil的過孔。目前技術條件下,很難使用更小尺寸的過孔了。對于電源或地線的過孔則可以考慮使用較大尺寸,以減小阻抗。
2、上面討論的兩個公式可以得出,使用較薄的PCB板有利于減小過孔的兩種寄
生參數(shù)。
3、PCB板上的信號走線盡量不換層,也就是說盡量不要使用不必要的過孔。
4、電源和地的管腳要就近打過孔,過孔和管腳之間的引線越短越好,因為它們會導致電感的增加。同時電源和地的引線要盡可能粗,以減少阻抗。
5、在信號換層的過孔附近放置一些接地的過孔,以便為信號提供最近的回路。甚至可以在PCB板上大量放置一些多余的接地過孔。當然,在設計時還需要靈活多變。前面討論的過孔模型是每層均有焊盤的情況,也有的時候,我們可以將某些層的焊盤減小甚至去掉。特別是在過孔密度非常大的情況下,可能會導致在鋪銅層形成一個隔斷回路的斷槽,解決這樣的問題除了移動過孔的位置,我們還可以考慮將過孔在該鋪銅層的焊盤尺寸減小。
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