(3)具体印制板设计文件的建立
有了逻辑图(或网络表)、物理元件库和 PCB板形的描述,就可对某一块PCB板进行具体设计了,主要包括以下事项:
① 门分配,将门电路分配到具体的元器件上,同时也初步确定元件的数量与空间位置。 ② 可交换封装形式的信息的建立。 ③ 网络表的建立。 ④ 检查各种描述的数据。
这一过程往往出错较多,在种种描述之中有互相矛盾冲突发生,需根据反馈信息进行修正,再重复建立设计文件,直至完全正确为止。 2.网表输入
网表输入有两种方法,一种是使用 PowerLogic的 OLE PowerPCB Connection功能,选择Send Netlist,应用OLE功能,可以随时保持原理图和PCB图的一致,尽量减少出错的可能。另一种方法是直接在PowerPCB中装载网表,选择File→Import,将原理图生成的网表输入进来。 3.规则设置
如果在原理图设计阶段就已经把PCB的设计规则设置好的话,就不用再设置这些规则了,因为输入网表时,设计规则已随网表输入到PowerPCB中了。如果修改了设计规则,必须保证原理图和 PCB的一致。除了设计规则和层定义外,还有一些规则需要设置,比如 Pad Stacks,需要修改标准过孔的大小。如果设计者新建了一个焊盘或过孔,一定要加上Layer25。
注意,PCB设计规则、层定义、过孔设置、CAM输出设置已经做成默认启动文件,名称为Default.stp,网表输入进来以后,按照设计的实际情况,把电源网络和地分配给电源层和地层,并设置其他高级规则。在所有的规则都设置好以后,在PowerLogic中,使用OLE PowerPCB Connection的 Rules From PCB功能,更新原理图中的规则设置,以保证原理图和PCB图的规则一致。 4.元器件布局
网表输入以后,所有的元器件都会在工作区的零点,重叠在一起,下一步的工作就是把这些元器件分开,按照一些规则摆放整齐,即元器件布局。PowerPCB提供了两种方法,手工布局和自动布局。 (1)手工布局
① 根据工具印制板的结构尺寸画出极边(Board Outline)。 ② 在板边的周围放置元器件。
③ 把元器件一个一个地移动、旋转,放到板边以内,按照一定的规则摆放整齐。 (2)自动布局
PowerPCB提供了自动布局,但对大多数的设计来说,效果并不理想,不推荐使用。 (3)注意事项
① 布局的首要原则是保证布线的布通率,移动器件时注意飞线的连接,把有连线关系的器件放在一起。
② 数字器件和模拟器件要分开,尽量远离。 ③ 去耦电容尽量靠近器件的VCC。
④ 放置器件时要考虑以后的焊接,不要太密集。
⑤ 多使用软件提供的Anny和Union功能,以提高布局的效率。 5.布线
布线的方式有两种,手工布线和自动布线。PowerPCB提供的手工布线功能十分强大,包括自动推挤、在线设计规则检查(DRC),自动布线由布线引擎进行,通常这两种方法配合使用,常用的步骤是手工—自动—手工。 (1)手工布线
自动布线前,先用手工布一些重要的网络,比如高频时钟、主电源等,这些网络往往对走线距离、线宽、线间距、屏蔽等有特殊的要求;其次是一些特殊封装,如 BGA。 (2)自动布线
手工布线结束以后,剩下的网络就交给自动布线器来自动布线。选择Tools→Specctra,启动Specctra布线器的接口,设置好DO文件后,按Contnue就启动了Specctra布线器的自动布钱,结束后如果布通率为100%,那么就可以进行手工调整布线了:如果布通率不到100%,说明布局或手工布线有问题,需要调整布局或手工布线,直至全部布通为止。自动布线很难布得很有规则,还要用手工布线对PCB的走线进行调整。 (3)注意事项
① 电源线和地线尽量加粗。 ② 去耦电容尽量与VCC直接连接。
③ 设置Specctra的DO文件时,首先添加 Protect all wires命令,保护受公布的线不被自动布线器重布。
④ 如果有混合电源层,应该将该层定义为 Split/mixed Plane,在布线之前将其分割,布完线之后,使用 Pour Manager的 Plane Connect进行覆铜。
⑤ 将所有的器件管脚设置为热焊盘方式,做法是将Filter设为Pins,选中所有的管脚,修改属性,在Thermal选项前打钩。
⑥ 手动布线时把 DRC选项打开,使用动态布线(Dynamic Route)。 6.检查
检查的项目有间距(Clearance)、连接性(Connectivity)、高速规则(High Speed)和电源层(Plane),这些项目可以选择Tools→Verify Design进行。如果设置了高速规则,必须检查,否则可以跳过这一项。检查出错误,必须修改布局和布线。
注意,有些错误可以忽略,例如有些接插件的Outline的一部分放在了板框外,检查间距时会出错;另外每次修改过走线和过孔之后,都要重新覆铜一次。 7.复查
复查根据“PCB检查表”,内容包括设计规则、层定义、线宽、间距、焊盘、过孔设置。还要重点复查器件布局的合理性、电源、地线网络的走线、高速时钟网络的走线与屏蔽、去耦电容的摆放和连接等。复查不合格,设计者要修改布局和布线,合格之后,复查者和设计者分别签字。 8.设计输出
PCB设计可以输出到打印机或输出光绘文件。打印机可以把PCB分层打印,便于设计者和复查者检查;光绘文件交给制板厂家。光给文件的输出十分重要,关系到这次设计的成败,下面将着重说明输出光绘文件的注意事项。
① 需要输出的层有布线层(包括顶层、底层、中间布线层)、电源层(包括VCC层和GND层)、丝印层(包括顶层丝印、底层丝印)、阻焊层(包括顶层阻焊和底层阻焊),另外还要生成钻孔文件(NC Drill)。
② 如果电源层设置为 Split/Mixed,那么在 Add Document窗口的 Document项选择Routing,并且每次输出光绘文件之前,都要对PCB图使用Pour Manager的Plane Connect进行覆铜;如果设置为CAM Plane,则选择Plane。在设置Laver项的时候,要把Layer25加上,在Layer25层中选择Pads和Vias。
③ 在设备设置窗口(按 Device Setup)将 Aperture的值改为199。 ④ 在设置每层的 Layer时,将Board Outline选上。
⑤ 设置丝印层的 Layer时,不要选择Part Type,选择顶层(底层)和丝印层的 Outline,
Text,line
⑥ 设置阻焊层的Layer时,选择过孔表示过孔上不加阻焊,不选过孔表示加阻焊,视具体情况确定。
⑦ 生成钻孔文件时,使用PowerPCB的默认设置,不要进行任何改动。
⑧ 所有光绘文件输出以后,用CAM350打开并打印,由设计者和复查者根据“PCB检查表”检查。 2.2 PCB布局
在设计中,布局是一个重要的环节。布局结果的好坏将直接影响布线的效果,因此可以这样认为,合理的布局是PCB设计成功的第一步。
布局的方式分两种,一种是交互式布局,另一种是自动布局。布局一般是在自动布局的基础上用交互式布局进行调整,在布局时还可根据走线的情况对门电路进行再分配,将两个门电路进行交换,使其成为便于布线的最佳布局。在布局完成后,还可对设计文件及有关信息进行返回并标注于原理图,使得PCB板中的有关信息与原理图相一致,以便同今后的建档、更改设计能同步起来,同时对模拟的有关信息进行更新,以便对电路的电气性能及功能进行板级验证。
1.考虑整体美观
一个产品的成功与否,一是要注重内在质量,二是兼顾整体的美观,两者都较完美才能认为该产品是成功的。
在一个PCB板上,元件的布局要均衡,疏密有序,不能头重脚轻或一头沉。 2.布局的检查
① 印制板尺寸是否与加工图纸尺寸相符,是否符合PCB制造工艺要求,有无定位标记。 ② 元件在二维、三维空间上有无冲突。
③ 元件布局是否疏密有序,排列整齐,是否全部布完。
④ 需经常更换的元件能否方便的更换,插件板插入设备是否方便。 ⑤ 热敏元件与发热元件之间是否有适当的距离。 ⑥ 调整可调元件是否方便。
⑦ 在需要散热的地方,装了散热器没有,空气流是否通畅。 ⑧ 信号流程是否顺畅且互连最短。 ⑨ 插头、插座等与机械设计是否矛盾。
⑩ 线路的干扰问题是否有所考虑。 3.元器件布局规则
① 元件布置的有效范围:PCB板X,Y方向均要留出传送边,每边3.5mm,如不够,需另加工艺传送边。
② PCB板上元件需均匀排放,避免轻重不均。
③ 元器件在PCB板上的排向,原则上就随元器件类型的改变而变化,即同类元器件尽可能按相同的方向排列,以便元器件的贴装、焊接和检测。
④ 当采用波峰焊时,尽量保证元器件的两端焊点同时接触焊料波峰(SOIC必须保证,片状、柱状元件尽量保证)。
⑤ 当尺寸相差较大的片状元器件相邻排列,且间距很小时,较小的元器件在波峰焊时应排列在前面,先进入焊料波,避免尺寸较大的元器件遮蔽其后尺寸较小的元器件,造成漏焊。
⑥ 板上不同组件相邻焊盘图形之间的最小间距应在lmm以上。 4.基准标志
为了精密地贴装元器件,可根据需要设计用于整块PCB的光学定位的一组图形(基准标志),用于引脚数多,引脚间距小的单个器件的光学定位图形(局部基准标志)。
基准标志常用图形有:■●▲◆,(图型代表的意义见5.1.1小节,PCB设计的可制造性第52条)其大小在0.5~2.0 mm范围内,置于PCB或单个器件的对角线对称方向位置。
基准标志要考虑PCB材料颜色与环境的反差,通常设置成焊盘样,即覆铜或镀铅锡合金。
对于拼板,由于模板冲压偏差,可能形成板与板之间间距不一致,最好在每块拼板上都设基准标志,让机器将每块拼板当做单极看待。
5.焊盘图形设计
焊盘设计,一般按所用元件外形,在CAD标准库中选取相应标准焊盘尺寸,不能以大代小或以小代大。
6.焊盘与印制导线
减少印制导线连通焊盘处的宽度,除非受电荷容量、印制板加工极限等因素的限制,最大宽度应为0.4mm,或焊盘宽度的一半(以较小焊盘为准)。
焊盘与较大面积的导电区如地、电源等平面相连时,应通过一长度较短细的导电线路进行热隔离。