9.3 PCB設(shè)計的一般方法

　　原理圖編輯是印制板編輯、設(shè)計的前提和基礎(chǔ)，印制板編輯、設(shè)計是電子設(shè)計自動化最后的也是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，所以，PCB圖的設(shè)計流程一般可分為以下六個步驟：

　　(1)原理圖的繪制

　　該項的主要工作是利用SCH99來繪制電路原理圖，并生成相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)表。

　　(2)規(guī)劃電路板

　　準備好原理圖和網(wǎng)絡(luò)表之后，用戶還要對電路板有一個初步的規(guī)劃，它包括：定義電路板的尺寸大小及形狀、設(shè)定電路板的板層以及設(shè)置參數(shù)等，它是確定電路板設(shè)計的框架。這一步工作是在PCB編輯環(huán)境中完成。

　　(3)裝入元件封裝

　　電路板規(guī)劃完畢后，接下來就要添加PCB元件庫、載入網(wǎng)絡(luò)表和元件。在載入網(wǎng)絡(luò)表和元件之前，必須將所用到的PCB元件庫添加到PCB編輯器中。如果所需的PCB元件庫沒有添加進來，那么在載入網(wǎng)絡(luò)表和元件的時候，程序就會提示存在宏操作錯誤，從而造成載入失敗。PCB99元件封裝圖形庫存放在“Design Explorer 99\Library\PCB”文件夾內(nèi)三個不同的子目錄內(nèi)，其中Generic Footprints文件夾中存放了通用元件封裝圖，Connectors文件夾中存放了連接類元件封裝圖，IPC Footprints文件夾中存放了IPC封裝元件圖, 常用元器件封裝圖形存放在Design Explorer 99\Library\PCB\Generic Footprints\Advpcb.ddb圖形庫文件中，因此在PCB編輯器中一般需要裝入Advpcb.ddb 元件封裝圖形庫。

　　(4)裝載網(wǎng)絡(luò)表

　　

當(dāng)元件庫添加完畢后，就可以進行網(wǎng)絡(luò)表和元件的載入了。在網(wǎng)絡(luò)表和元件載入之后，電路原理圖中元件對應(yīng)的封裝也就被放置到了規(guī)劃好的電路板上,對于同一電路系統(tǒng)來說，原理圖中元器件電氣連接與印制板中元器件連接關(guān)系應(yīng)完全相同，只是原理圖中的元件用“電氣圖形符號”表示，而印制板中的元件用“封裝圖”描述，可見原理圖中已包含了元件的電氣連接關(guān)系，完成了原理圖編輯后，在Protel99SE中，可通過如下方法將原理圖中元件的電氣連接關(guān)系轉(zhuǎn)化為印制板中元件的連接關(guān)系，無須在印制板中逐一輸入元件的封裝圖。在禁止布線層內(nèi)設(shè)置了電路板布線區(qū)邊框后，即可通過如下步驟裝入網(wǎng)絡(luò)表文件：

 

　　執(zhí)行“Design”菜單下的“Load Nes…”命令，在如右圖所示的窗口內(nèi)單擊圖中“Netlist File”文本框右側(cè)的“Browse”(瀏覽)按鈕裝入原理圖網(wǎng)絡(luò)表文件。 加載網(wǎng)絡(luò)表對話框

　　在如下圖所示的“Select”(選擇)窗口內(nèi)當(dāng)前設(shè)計文件包中找出并單擊網(wǎng)絡(luò)表文件，然后單擊“OK”按鈕返回，即可在網(wǎng)絡(luò)宏列表窗內(nèi)看到已裝入的元件、焊盤等信息，如果網(wǎng)絡(luò)表文件不在當(dāng)前設(shè)計文件包內(nèi)，可單擊“Add…”按鈕，從其他設(shè)計文件包內(nèi)或目錄下找出體現(xiàn)原理圖元件電氣連接關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)表文件。

　　

 

　　網(wǎng)絡(luò)表選擇對話框

　　在網(wǎng)絡(luò)表文件載入時，常常會出現(xiàn)這種錯誤，常見的出錯信息、原因以及處理方式如下：

　　Component not found(沒有元件發(fā)現(xiàn))，原因是原理圖中指定的元件封裝形式在封裝圖形庫文件(.lib)中沒有找到。

　　Node not found(沒有發(fā)現(xiàn)焊盤)，原因可能是元件電氣圖形符號引腳編號與元件封裝圖引腳編號不一致。

　　Footprint XX not found in Library(元件封裝圖形庫中沒有XX封裝形式)，原因是元件封裝圖形庫文件列表中沒有對應(yīng)元件的封裝圖。

　　如果發(fā)現(xiàn)錯誤，要具體分析，并加以修正，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一元件沒有封裝圖時，可單擊“Cancel”按鈕，取消網(wǎng)絡(luò)表文件裝入過程，返回原理圖。在元件屬性窗口內(nèi)給出元件封裝圖后，再生成網(wǎng)絡(luò)表文件，然后轉(zhuǎn)到PCB編輯器重新裝入網(wǎng)絡(luò)表，直到網(wǎng)絡(luò)宏列表窗口內(nèi)沒有出現(xiàn)錯誤，即可單擊“Execute”按鈕，裝入網(wǎng)絡(luò)表文件，可見到所有元件均疊放在布線區(qū)。

　　(5)元件的布局 這一步是利用自動布局和手動布局兩種方式，將元件封裝放置在電路板邊框內(nèi)的適當(dāng)位置，使整個電路板整齊美觀，有利于布線。

　　(6)布線 這步工作是利用自動布線和手動布線兩種方式完成元件之間的電路連接，在布線之前要設(shè)定好設(shè)計規(guī)則。

　　(7)文檔的保存及輸出 完成電路的布線后，保存PCB圖，然后利用各種圖形輸出設(shè)備，輸出電路板布線圖。

　　9.4 PCB設(shè)計規(guī)則

　　在設(shè)計規(guī)則對話框里，包括 “Routing”(布線參數(shù))、“Manufacturing”(制造規(guī)則)、“High Speed”(高速驅(qū)動，主要用于高頻電路設(shè)計)、“Placement”(元件布置)、“Signal Integrity”(信號完整性分析)及“Other”(其他約束)六個選項卡。

　　在每個選項卡中都包括三個選項區(qū)域：

　　n 左上角的Rule Classes選項區(qū)域用于羅列各個設(shè)計規(guī)則。

　　n 右上角選項區(qū)域顯示了Rule Classes列表框中處于選中狀態(tài)的設(shè)計規(guī)則的描述信息。

　　n 下方的區(qū)域是Rule Classes列表框中處于選中狀態(tài)的設(shè)計規(guī)則的具體內(nèi)容列表。

　　制造規(guī)則設(shè)置

　　執(zhí)行“Design”菜單下的“Rules…”命令，在如下圖所示的窗口內(nèi)，單擊“Manufacturing”(制造規(guī)則)標簽，即可對制造規(guī)則進行檢查和設(shè)置。

　　

 

　　這些規(guī)則包括布線夾角、焊盤銅環(huán)最小寬度、焊錫膏層擴展、敷銅層與焊盤連接方式、內(nèi)電源/接地層安全間距、內(nèi)電源/接地層連接方式、阻焊層擴展等，如下圖所示。

　　

 

　　1. Acute Angle Constraint(銳角規(guī)則)

　　該規(guī)則用于設(shè)置銅膜導(dǎo)線夾角的最小值。因為銅膜導(dǎo)線都是銅箔刻出來的，如果夾角過小，將會導(dǎo)致拐角尖端被蝕刻掉的情況發(fā)生，不利于電路板的制作。

　　

 

　　銳角規(guī)則屬性對話框

　　在其屬性對話框中，Minimum Angle文本框用于設(shè)置銅膜導(dǎo)線夾角的最小值。

　　2. Hole Size Constraint(導(dǎo)孔尺寸)

　　該規(guī)則用于設(shè)定孔的大小。在屬性對話框中，Minimum Hole和Maximum Hole文本框設(shè)置當(dāng)前電路板中導(dǎo)孔的最小值和最大值。Rule Attributes選項組中提供兩種設(shè)置方式，分別是Absolute(絕對尺寸值)和Percent(相對比例值)。

　　

 

　　導(dǎo)孔尺寸屬性對話框

　　3. Layer Pairs(層對規(guī)則)

　　該規(guī)則用于設(shè)置電路設(shè)計所使用的板層層對與當(dāng)前的鉆孔匹配。設(shè)計中的層對由電路板上的通孔和焊點來決定，每個起始層和結(jié)束層對應(yīng)一個板層層對。

　　在其屬性對話框中， Rule Attributes選項組設(shè)置應(yīng)用/取消層對規(guī)則。

　　4. Minimum Annular Ring(最小包環(huán)規(guī)則)

　　該規(guī)則用于設(shè)置電焊盤與導(dǎo)孔的環(huán)形銅膜的最小寬度，此寬度是焊盤或?qū)Э椎闹睆脚c通孔的直徑之差。設(shè)置該規(guī)則的目的是為了防止焊盤和導(dǎo)孔的銅膜因為過窄而受到損壞。 在其屬性對話框中，Minimum Annular Ring文本框用于設(shè)置焊盤和導(dǎo)孔的環(huán)形銅膜的最小寬度。

　　5. Paste Mask Expansion(鋼膜伸展規(guī)則)

　　該規(guī)則用于設(shè)置Paste Mask(鋼膜)焊盤相對于SMD(貼片式元件)焊盤的伸展程度。貼片式元件直接粘在電路板的表面上，在電路板的實際制作過程中，通常是利用鋼膜將錫膏直接涂在電路板上，然后將貼片式元件放在上面。由于鋼膜焊盤要略小于表貼焊盤，因此用此規(guī)則來設(shè)置兩者之間差值的最大值。在其屬性對話框中，Expansion文本框用于設(shè)置Paste Mask焊盤相對于SMD焊盤的最大伸展量。

　　6. Polygon Connect Style(焊盤與敷銅連接類型規(guī)則)

　　“敷銅層與焊盤連接方式”定義了與敷銅層相連的焊盤形狀，在印制電路板中，為了提高抗干擾性能，減少接地電阻，改善散熱條件，常使用敷銅方式，而敷銅層一般與地線相連，這就涉及到地線網(wǎng)絡(luò)焊盤與敷銅層的連接方式問題，設(shè)置“敷銅層與焊盤連接方式”的操作過程如下：

　　

 

　　焊盤與敷銅連接類型規(guī)則屬性對話框

　　

 

　　(1)單擊上圖中“Rule Classes”列表窗下的“Polygon Connect Style”(敷銅層連接方式)，即可觀察到敷銅層與焊盤連接方式列表，如右圖所示?？梢赃x擇“Relief Connect”(輻射連接)和“Direct Connect”(直接連接)兩種方式之一進行敷銅層與焊盤的連接。當(dāng)選擇輻射連接方式時，必須給出連接銅膜的條數(shù)(2或4條)、方向(90°或45°)以及連接線條銅膜寬度。

　　7. Power Plane Clearance(電源層安全間距規(guī)則)

　　該規(guī)則用于設(shè)置焊盤以及導(dǎo)孔的邊緣與電源層銅膜的最小間距。當(dāng)電路板中采用了內(nèi)部電源層后，所有穿透式焊盤和導(dǎo)孔都要穿過電源層，而電源層具有整塊敷銅，因此在焊盤和導(dǎo)孔所處的位置，電源層應(yīng)該留出相應(yīng)的一塊區(qū)域不進行敷銅，焊盤與導(dǎo)孔的銅膜與電源層銅膜間應(yīng)該留有一定的安全間距，以防止發(fā)生短路。

　　

 

　　電源層安全間距規(guī)則屬性對話框

　　在其屬性對話框中，Clearance文本框用于設(shè)置焊盤以及導(dǎo)孔銅膜與電源銅膜之間的安全間距最小值。

　　8. Power Plane Connect Style(電源層連接類型規(guī)則)

　　該規(guī)則用于設(shè)置元件引腳連接到電源層采用何種焊盤類型。在其屬性對話框中， Rule Attributes選項組中的下拉框用于設(shè)置元件焊盤連接到敷銅的方式;Conductor Width設(shè)置連接線的寬度;Conductors設(shè)置連接線的數(shù)目;Expansion文本框設(shè)置焊盤與銅膜之間的寬度。

　　

 

　　電源層連接類型規(guī)則屬性對話框

　　9. Solder Mask Expansion(阻焊層伸展規(guī)則)

　　該規(guī)則用于設(shè)置在焊盤和導(dǎo)孔所處的位置，阻焊層留出的區(qū)域相對于焊盤的設(shè)置量。在制作印刷電路板時，首先將阻焊層印制在電路板上，然后將元件插上，接著在電路板上點上焊錫焊接元件。由于在阻焊層上留出的焊盤比實際焊盤略大一些，該規(guī)則設(shè)置兩者之間的差異。

　　在其屬性設(shè)置對話框中，Expansion用于設(shè)置阻焊層焊盤與實際焊盤之間的間隙寬度值的大小。

　　10. Testpoint Style(測試點類型規(guī)則)

　　該規(guī)則用于設(shè)置測試點類型。在其屬性設(shè)置對話框中，Style選項組用于設(shè)置測試點的大小;Allowed Side選項組用于設(shè)置測試點的適用范圍;Grid Size選項組用于設(shè)置測試格點的大小。

　　

 

　　測試點類型規(guī)則屬性對話框

　　11. Testpoint Usage(測試點用法規(guī)則)

　　該規(guī)則用于設(shè)置測試點作用的方式。在其屬性對話框中Rule Attributes選項組中的Testpoint選項中有幾個單選按鈕，分別是Required(要求設(shè)置)、Invalid(無效)和Don’t care(無關(guān)設(shè)置)。

　　

 

　　測試點用法規(guī)則屬性對話框

　　其它設(shè)計規(guī)則

　　Other選項卡主要是設(shè)置其他相關(guān)的設(shè)計規(guī)則。該選項卡中包含3個設(shè)計規(guī)則，如下圖所示：

　　

 

　　Other選項卡

　　1.短路限制——Short-Circuit Constraint

　　該項是設(shè)置在不同網(wǎng)絡(luò)名稱之間容不容許走線短路。實際電路板設(shè)計過程中，一般要避免短路情況的發(fā)生。但也有這樣的情況,例如同樣是接+5V電源的網(wǎng)絡(luò)，一條網(wǎng)絡(luò)名稱為VCC，而別一條為VDD，這種情況就可設(shè)置為容許短路。在對話框左邊的兩個Filter Kind字段里，用來指定約束的有效范圍;右邊可以設(shè)置是否容許短路。

　　

 

　　設(shè)置短路限制對話框

　　2.未完成布線的引腳限制Un-Connected Pin Constraint

　　該規(guī)則用于設(shè)置電路板上是否存在沒有連接的引腳。

　　在對話框左邊的Filter Kind字段里，用來指定約束的有效范圍;右邊沒有任何參數(shù)，只要單擊OK按鈕即可將所設(shè)置的值帶回前一個對話框。

　　

 

　　設(shè)置未完成布線的引腳約束對話框

　　3.未完成布線的網(wǎng)絡(luò)限制Un-Routed Net Constraint

　　該規(guī)則用于檢查指定范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)是否布線成功，如果網(wǎng)絡(luò)中有導(dǎo)線布線不成功，網(wǎng)絡(luò)上已布的導(dǎo)線將保留，沒有成功的導(dǎo)線處保持飛線。

　　在對話框左邊的Filter Kind字段里，用來指定約束的有效范圍;右邊沒有任何參數(shù)，只要單擊OK按鈕即可將所設(shè)置的值帶回前一個對話框。

　　

 

　　設(shè)置未完成布線的網(wǎng)絡(luò)約束對話框