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PowerPCB 电路板设计规范 1概述本文档的目的在于说明使用PADS的印制板设计软件PowerPCB进行印制板设计的流程和一些注意事项,为一个工作组的设计人员提供设计规范,方便设计人员之间进行交流和相互检查。2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.2.1网表输入网表输入有两种方法,一种是使用PowerLogic的OLEPowerPCBConnection功能,选择SendNetlist,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。2.2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PadStacks,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以后,在PowerLogic中,使用OLEPowerPCBConnection的RulesFromPCB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。2.3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。2.3.1手工布局1.工具印制板的结构尺寸画出板边(BoardOutline)。2.将元器件分散(DisperseComponents),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。2.3.2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。2.3.3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VCCd.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2.4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。2.4.1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。2.4.2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。2.4.3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Protectallwires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/mixedPlane,在布线之前将其分割,布完线之后,使用PourManager的PlaneConnect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(DynamicRoute)2.5检查检查的项目有间距(Clearance)、连接性(Connectivity)、高速规则(HighSpeed)和电源层(Plane),这些项目可以选择Tools-VerifyDesign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。2.6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。2.7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,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(NCDrill)b.如果电源层设置为Split/Mixed,那么在AddDocument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PourManager的PlaneConnect进行覆铜;如果设置为CAMPlane,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DeviceSetup),将Aperture的值改为199d.在设置每层的Layer时,将BoardOutline选上e.设置丝印层的Layer时,不要选择PartType,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PCB布线设计(一) 在当今激烈竞争的电池供电市场中,由于成本指标限制,设计人员常常使用双面板。尽管多层板(4层、6层及8层)方案在尺寸、噪声和性能方面具有明显优势,成本压力却促使工程师们重新考虑其布线策略,采用双面板。在本文中,我们将讨论自动布线功能的正确使用和错误使用,有无地平面时电流回路的设计策略,以及对双面板元件布局的建议。自动布线的优缺点以及模拟电路布线的注意事项 设计PCB时,往往很想使用自动布线。通常,纯数字的电路板(尤其信号电平比较低,电路密度比较小时)采用自动布线是没有问题的。但是,在设计模拟、混合信号或高速电路板时,如果采用布线软件的自动布线工具,可能会出现一些问题,甚至很可能带来严重的电路性能问题。例如,图1中显示了一个采用自动布线设计的双面板的顶层。此双面板的底层如图2所示,这些布线层的电路原理图如图3a和图3b所示。设计此混合信号电路板时,经仔细考虑,将器件手工放在板上,以便将数字和模拟器件分开放置。采用这种布线方案时,有几个方面需要注意,但最麻烦的是接地。如果在顶层布地线,则顶层的器件都通过走线接地。器件还在底层接地,顶层和底层的地线通过电路板最右侧的过孔连接。当检查这种布线策略时,首先发现的弊端是存在多个地环路。另外,还会发现底层的地线返回路径被水平信号线隔断了。这种接地方案的可取之处是,模拟器件(12位A/D转换器MCP3202和2.5V参考电压源MCP4125)放在电路板的最右侧,这种布局确保了这些模拟芯片下面不会有数字地信号经过。图3a和图3b所示电路的手工布线如图4、图5所示。在手工布线时,为确保正确实现电路,需要遵循一些通用的设计准则:尽量采用地平面作为电流回路;将模拟地平面和数字地平面分开;如果地平面被信号走线隔断,为降低对地电流回路的干扰,应使信号走线与地平面垂直;模拟电路尽量靠近电路板边缘放置,数字电路尽量靠近电源连接端放置,这样做可以降低由数字开关引起的di/dt效应。这两种双面板都在底层布有地平面,这种做法是为了方便工程师解决问题,使其可快速明了电路板的布线。厂商的演示板和评估板通常采用这种布线策略。但是,更为普遍的做法是将地平面布在电路板顶层,以降低电磁干扰。 图1 采用自动布线为图3所示电路原理图设计的电路板的顶层 图2 采用自动布线为图3所示电路原理图设计的电路板的底层 图3a 图1、图2、图4和图5中布线的电路原理图 图3b 图1、图2、图4和图5中布线的模拟部分电路原理图 有无地平面时的电流回路设计 对于电流回路,需要注意如下基本事项:1. 如果使用走线,应将其尽量加粗PCB上的接地连接如要考虑走线时,设计应将走线尽量加粗。这是一个好的经验法则,但要知道,接地线的最小宽度是从此点到末端的有效宽度,此处“末端”指距离电源连接端最远的点。2. 应避免地环路3. 如果不能采用地平面,应采用星形连接策略(见图6)通过这种方法,地电流独立返回电源连接端。图6中,注意到并非所有器件都有自己的回路,U1和U2是共用回路的。如遵循以下第4条和第5条准则,是可以这样做的。4. 数字电流不应流经模拟器件数字器件开关时,回路中的数字电流相当大,但只是瞬时的,这种现象是由地线的有效感抗和阻抗引起的。对于地平面或接地走线的感抗部分,计算公式为V = Ldi/dt,其中V是产生的电压,L是地平面或接地走线的感抗,di是数字器件的电流变化,dt是持续时间。对地线阻抗部分的影响,其计算公式为V= RI, 其中,V是产生的电压,R是地平面或接地走线的阻抗,I是由数字器件引起的电流变化。经过模拟器件的地平面或接地走线上的这些电压变化,将改变信号链中信号和地之间的关系(即信号的对地电压)。5. 高速电流不应流经低速器件与上述类似,高速电路的地返回信号也会造成地平面的电压发生变化。此干扰的计算公式和上述相同,对于地平面或接地走线的感抗,V = Ldi/dt ;对于地平面或接地走线的阻抗,V = RI 。与数字电流一样,高速电路的地平面或接地走线经过模拟器件时,地线上的电压变化会改变信号链中信号和地之间的关系。 图4 采用手工走线为图3所示电路原理图设计的电路板的顶层 图5 采用手工走线为图3所示电路原理图设计的电路板的底层 图6 如果不能采用地平面,可以采用“星形”布线策略来处理电
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