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PROTEL技術(shù)大全(2)

PROTEL技術(shù)大全(2)

作者:佚名來源:不詳錄入:Admin 更新時間：2008-7-27 14:05:33 點擊數(shù)：3

【字體：

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2、設(shè)計流程 PCB的設(shè)計流程分為網(wǎng)表輸入、規(guī)則設(shè)置、元器件布局、布線、檢查、復(fù)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(yīng)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(shè)置如果在原理圖設(shè)計階段就已經(jīng)把PCB的設(shè)計規(guī)則設(shè)置好的話，就不用再進行設(shè)置這些規(guī)則了，因為輸入網(wǎng)表時，設(shè)計規(guī)則已隨網(wǎng)表輸入進PowerPCB了。如果修改了設(shè)計規(guī)則，必須同步原理圖，保證原理圖和PCB的一致。除了設(shè)計規(guī)則和層定義外，還有一些規(guī)則需要設(shè)置，比如Pad Stacks，需要修改標(biāo)準(zhǔn)過孔的大小。如果設(shè)計者新建了一個焊盤或過孔，一定要加上Layer25。注意：PCB設(shè)計規(guī)則、層定義、過孔設(shè)置、CAM輸出設(shè)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(shè)計的實情況，把電源網(wǎng)絡(luò)和地分配給電源層和地層，并設(shè)置其它高級規(guī)則。在所有的規(guī)則都設(shè)置好以后，在PowerLogic中，使用OLE Power PCB Connection的Rules From PCB 功能，更新原理圖中的規(guī)則設(shè)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)，放到板邊以內(nèi)，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(shè)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(guān)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. 去耦電容盡量靠近器件的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(shè)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(luò)，比如高頻時鐘、主電源等，這些網(wǎng)絡(luò)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(diào)整。

2.4.2 自動布線手工布線結(jié)束以后，剩下的網(wǎng)絡(luò)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(shè)置好DO文件，按Continue就啟動了Specctra布線器自動布線，結(jié)束后如果布通率為100%，那么就可以進行手工調(diào)整布線了；如果不到100%，說明布局或手工布線有問題，需要調(diào)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(shè)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(yīng)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(shè)置為熱焊盤方式，做法是將Filter設(shè)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(shè)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(fù)查復(fù)查根據(jù)“PCB檢查表”，內(nèi)容包括設(shè)計規(guī)則，層定義、線寬、間距、焊盤、過孔設(shè)置；還要重點復(fù)查器件布局的合理性，電源、地線網(wǎng)絡(luò)的走線，高速時鐘網(wǎng)絡(luò)的走線與屏蔽，去耦電容的擺放和連接等。復(fù)查不合格，設(shè)計者要修改布局和布線，合格之后，復(fù)查者和設(shè)計者分別簽字。

2.7 設(shè)計輸出
PCB設(shè)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(shè)計者和復(fù)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(guān)系到這次設(shè)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、底層絲印）、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(shè)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(shè)置為CAM Plane，則選擇Plane，在設(shè)置Layer項的時候，要把Layer25加上，在Layer25層中選擇Pads和Viasc.
c.在設(shè)備設(shè)置窗口（按Device Setup），將Aperture的值改為199
d. 在設(shè)置每層的Layer時，將Board Outline選上
e. 設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計者和復(fù)查者根據(jù)“PCB檢查表”檢查過孔（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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(shè)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(shè)計時，設(shè)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(shù)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(dāng)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。、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(nèi)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計中，看似簡單的過孔往往也會給電路的設(shè)計帶來很大的負(fù)面效應(yīng)。為了減小過孔的寄生效應(yīng)帶來的不利影響，在設(shè)計中可以盡量做到：
1、從成本和信號質(zhì)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(nèi)存模塊PCB設(shè)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(shù)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(dǎo)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(dāng)然，在設(shè)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(dǎo)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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