一、设计流程
pcb的设计流程分为网表输入、规则设置、元器件布局、布线、检查、复查、输出六个步骤。
1.1 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。
1.2 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,就不用再进行设置这些规则了,因为输入网表时,设计规则已随网表输入进powerpcb了。如果修改了设计规则,必须同步原理图,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layer 25.
注意:
pcb设计规则、层定义、过孔设置、cam输出设置已经作成缺省启动文件,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,并设置其它高级规则。在所有的规则都设置好。在powerlogic中,使用olepowerpcb connection的rules from pcb功能,更新原理图中的规则设置,保证原理图和pcb图的规则一致。
1.3 元器件布局
网表输入以后,所有的元器件都会放在工作区的零点,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。
1.3.1 手工布局
1. 工具印制板的结构尺寸画出板边(board outline)。
2. 将元器件分散(disperse components),元器件会排列在板边的周围。
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。
1.3.2 自动布局
powerpcb提供了自动布局和自动的局部簇布局,但对大多数的设计来说,效果并不理想,不推荐使用.1.3.3 注意事项a. 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b. 数字器件和模拟器件要分开,尽量远离c. 去耦电容尽量靠近器件的vcc
d. 放置器件时要考虑以后的焊接,不要太密集
e. 多使用软件提供的array和union功能,提高布局的效率1.4 布线布线的方式也有两种,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specctra的布线引擎进行,通常这两种方法配合使用,常用的步骤是手工—自动—手工。
1.4.1 手工布线
1. 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;另外一些特殊封装,如bga,自动布线很难布得有规则,也要用手工布线。
2. 自动布线以后,还要用手工布线对pcb的走线进行调整。
1.4.2 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布。选择tools-》specctra,启动specctra布线器的接口,设置好do文件,按continue就启动了specctra布线器自动布线,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。
1.4.3 注意事项
a. 电源线和地线尽量加粗
b. 去耦电容尽量与vcc直接连接
c. 设置specctra的do文件时,首先添加protect all wires命令,保护手工布的线不被自动布线器重布d. 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e. 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选项前打勾f. 手动布线时把drc选项打开,使用动态布线(dynamic route)1.5 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。
1.6 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。
1.7 设计输出
pcbwww.jiepei.com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,生产印制板。光绘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。
a. 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)b. 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layer项的时候,要把layer25加上,在layer25层中选择pads和viasc. 在设备设置窗口(按device setup),将aperture的值改为199d. 在设置每层的layer时,将board outline选上e. 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、linef. 设置阻焊层的layer时,选择过孔表示过孔上不加阻焊,不选过孔表示家阻焊,视具体情况确定g. 生成钻孔文件时,使用powerpcb的缺省设置,不要作任何改动h. 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”检查过孔(via)是多层pcb的重要组成部分之一,钻孔的费用通常占pcb制板费用的30到40.简单的说来,pcb上的每一个孔都可以称之为过孔。从作用上看,过孔可以分成两类:
一是用作各层间的电气连接;
二是用作器件的固定或定位。如果从工艺制程上来说,这些过孔一般又分为三类,即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面,具有一定深度,用于表层线路和下面的内层线路的连接,孔的深度通常不超过一定的比率(孔径)。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔,它不会延伸到线路板的表面。上述两类孔都位于线路板的内层,层压前利用通孔成型工艺完成,在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。
第三种称为通孔,这种孔穿过整个线路板,可用于实现内部互连或作为元件的安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现,成本较低,所以绝大部分印刷电路板均使用它,而不用另外两种过孔。以下所说的过孔,没有特殊说明的,均作为通孔考虑。从设计的角度来看,一个过孔主要由两个部分组成,一是中间的钻孔(drill hole),二是钻孔周围的焊盘区,见下图。这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小。
很显然,在高速,高密度的pcb设计时,设计者总是希望过孔越小越好,这样板上可以留有更多的布线空间,此外,过孔越小,其自身的寄生电容也越小,更适合用于高速电路。但孔尺寸的减小同时带来了成本的增加,而且过孔的尺寸不可能无限制的减小,它受到钻孔(drill)和电镀(plating)等工艺技术的限制:孔越小,钻孔需花费的时间越长,也越容易偏离中心位置;且当孔的深度超过钻孔直径的6倍时,就无法保证孔壁能均匀镀铜。比如,现在正常的一块6层pcb板的厚度(通孔深度)为50mil左右,所以pcb厂家能提供的钻孔直径最小只能达到8mil.
二、过孔的寄生电容
过孔本身存在着对地的寄生电容,如果已知过孔在铺地层上的隔离孔直径为d2,过孔焊盘的直径为d1,pcb板的厚度为t,板基材介电常数为ε,则过孔的寄生电容大小近似于:c=1.41εtd1/(d2-d1)过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间,降低了电路的速度。举例来说,对于一块厚度为50mil的pcb板,如果使用内径为10mil,焊盘直径为20mil的过孔。
焊盘与地铺铜区的距离为32mil,则我们可以通过上面的公式近似算出过孔的寄生电容大致是:c=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pf,这部分电容引起的上升时间变化量为:t10-90=2.2c(z0/2)=2.2x0.517x(55/2)=31.28ps 。从这些数值可以看出,尽管单个过孔的寄生电容引起的上升延变缓的效用不是很明显,但是如果走线中多次使用过孔进行层间的切换,设计者还是要慎重考虑的。
三、过孔的寄生电感
同样,过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感,在高速数字电路的设计中,过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献,减弱整个电源系统的滤波效用。我们可以用下面的公式来简单地计算一个过孔近似的寄生电感=5.08h[ln(4h/d) 1]其中l指过孔的电感,h是过孔的长度,d是中心钻孔的直径。从式中可以看出,过孔的直径对电感的影响较小,而对电感影响最大的是过孔的长度。仍然采用上面的例子,可以计算出过孔的电感为=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010) 1]=1.015nh 。如果信号的上升时间是1ns,那么其等效阻抗大小为:xl=πl/t10-90=3.19ω。这样的阻抗在有高频电流的通过已经不能够被忽略,特别要注意,旁路电容在连接电源层和地层的时候需要通过两个过孔,这样过孔的寄生电感就会成倍增加。
四、高速pcb中的过孔设计
同样,过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感,在高速数字电路的设计中,过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献,减弱整个电源系统的滤波效用。我们可以用下面的公式来简单地计算一个过孔近似的寄生电感=5.08h[ln(4h/d) 1]其中l指过孔的电感,h是过孔的长度,d是中心钻孔的直径。从式中可以看出,过孔的直径对电感的影响较小,而对电感影响最大的是过孔的长度。仍然采用上面的例子,可以计算出过孔的电感为=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010) 1]=1.015nh 。如果信号的上升时间是1ns,那么其等效阻抗大小为:xl=πl/t10-90=3.19ω。这样的阻抗在有高频电流的通过已经不能够被忽略,特别要注意,旁路电容在连接电源层和地层的时候需要通过两个过孔,这样过孔的寄生电感就会成倍增加。
通过上面对过孔寄生特性的分析,我们可以看到,在高速pcb设计中,看似简单的过孔往往也会给电路的设计带来很大的负面效应。为了减小过孔的寄生效应带来的不利影响,在设计中可以尽量做到:
1、从成本和信号质量两方面考虑,选择合理尺寸的过孔大小。比如对6-10层的内存模块pcb设计来说,选用10/20mil(钻孔/焊盘)的过孔较好,对于一些高密度的小尺寸的板子,也可以尝试使用8/18mil的过孔。目前技术条件下,很难使用更小尺寸的过孔了。对于电源或地线的过孔则可以考虑使用较大尺寸,以减小阻抗。
2、上面讨论的两个公式可以得出,使用较薄的pcb板有利于减小过孔的两种寄生参数。
3、pcb板上的信号走线尽量不换层,也就是说尽量不要使用不必要的过孔。
4、电源和地的管脚要就近打过孔,过孔和管脚之间的引线越短越好,因为它们会导致电感的增加。同时电源和地的引线要尽可能粗,以减少阻抗。
5、在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔,以便为信号提供最近的回路。甚至可以在pcb https://www.jiepei.com/?g=g34板上大量放置一些多余的接地过孔。当然,在设计时还需要灵活多变。前面讨论的过孔模型是每层均有焊盘的情况,也有的时候,我们可以将某些层的焊盘减小甚至去掉。特别是在过孔密度非常大的情况下,可能会导致在铺铜层形成一个隔断回路的断槽,解决这样的问题除了移动过孔的位置,我们还可以考虑将过孔在该铺铜层的焊盘尺寸减小。
i9-9900F处理器曝光 8核心16线程支持双通道DDR4-2666内存
华米Amazfit智能手表开售 售价799元
索尼半导体推出全新低功耗NB2芯片组
51单片机的驱动LCD屏
AI成为增长关键!谷歌发布两大可穿戴设备,创新加速
PCB设计流程你有没有了解
如何根据需求选择正确的PCB制造材料
具有14通道分配功能的单芯片时钟发生器解决了网络中的时序挑战
再见了,IBM中国研究院
基于深度学习的放疗靶区自动勾画
制冷压缩机根据工作原理分几类
ROSEMOUNT罗斯蒙特644RANA温度变送器
不仅热衷抢红包,OPPOR9s红色版成年轻人最爱
接触式油位测量变送器的工作原理及设计
小米6c、小米max2最新消息:小米6又闹乌龙?小米将推骁龙660版小米6是假的,或是小米max2、小米6c
波音总裁喊话拜登政府要求“贸易归贸易,人权归人权”
导线弧垂的测量方法_导线和电缆的安全电流
别怕!可拆卸加热套温度过高有妙招!
实操测试!交流电源的谐波生成及2种测量功能
关于芯片的历史和发展的分析说明