PCB设计布局指导工程师

关键的外卖

• 开始PCB布局之前的指导方针。

• PCB设计布局指南的地点和路线。

• 线路板设计完成;完成工作的布局指南。

跟踪布线应根据该电路板的PCB设计布局指南进行

有很多更多的印刷电路板布局比它可能出现。一个成功的PCB布局将有它的电路物理安排，以获得电路板的最佳电子性能，同时也完全可制造。这需要勤奋地管理库部件、CAD设置和参数、组件放置、跟踪路由以及供电网络(PDN)的设计。此外，布局设计师必须确保他们的工作有完整的文档记录，并且最终产品已经准备好包含在其设计的主要电子系统中。

这有很多工作要做，尤其是对于那些新的PCB布局过程．为了帮助完成这一工作流程，最好有一套全面的电路板布局指南可供参考。行业和企业标准将规定设计的细节，但布局指南对帮助工程师从开始到结束导航电路板开发过程很重要。以下是一些基本的PCB设计布局指南，可以用于开发自己的电路板开发指南。

开始布局前

为了确保设计的成功，在布局过程开始之前需要考虑几个任务，首先是要使用的PCB占用空间库。

库

当建立图书馆对于PCB布局，重要的是使用行业标准，如IPC或制造商规格的包装尺寸和尺寸。然而，个人、公司或技术需求也可能要求在某些部分进行更改。例如，射频设计中的占地面积可能需要比标准数字设计更小的衬垫尺寸。以下是构建自己的PCB组件占地面积的其他一些指导方针:

• 确保您构建的任何库部分都具有可接受的土地格局大小，按照该部分的标准进行间隔。
• PCB占地面积需要包含所有必要的元素，如零件轮廓、丝印标记和参考指示器。
• 一个很好的经验法则是，确保你的制造商能够制造出你正在设计的部件，然后再将它们提交到最终设计中。

另一种替代方法是使用外部CAD库供应商的PCB占地面积。部件制造商通常为您的设计系统预先构建了自己的组件，一些工具有浏览器可以方便地下载这些部件。

板轮廓和层堆叠

你会想要提前与机械设计师的工作，以获得一个良好的轮廓形状在到位之前，你开始布局板。虽然设计的形式因素可以在以后改变，但任何改变都可能迫使大量的电路重新设计以适应新的形状。此外，大多数CAD工具将接受从机械设计系统导入的数据，使您的工作更容易。然而，即使使用导入的数据，您仍然需要确保电路板大纲是正确的，并包含您的设计所需的所有必要的CAD元素，例如防护区。

板层堆叠也应该在布局开始前确定。同样，这些可以稍后更改，但对现有电路的潜在影响可能会破坏您的设计计划和预算。电路板层堆叠也应该针对您的特定设计进行微调，以确保阻抗控制路由和其他信号完整性要求的适当层配置。在这一阶段选择板材材料也很重要，以便根据材料的物理特性进行适当的迹宽等设计计算。这些特性包括介电常数、绝缘质量、吸湿等级和耗散因子。

CAD参数及设置

这是不寻常的发现，设计师与默认设置这些都是他们的CAD系统自带的然而，大多数CAD系统为用户提供了对颜色、填充模式、阴影以及字体大小和宽度的广泛控制。您还可以更改某些对象的显示，将一个设计元素优先于另一个元素，设置网格，并指定位置和路由首选项。这些设置旨在提高您的工作效率，通过提前花时间优化设置，您最终可以节省时间。

设置CAD系统的显示参数是PCB布局的重要第一步

PCB组件放置指南

CAD库、板大纲和其他设置任务完成后，设计就可以开始布局了。这个过程的第一步是将PCB组件的足迹放在电路板上。在电路板上放置元件必须满足三个主要要求:电路性能、可制造性和可访问性。

电路性能

高速电路需要让它们的组件尽可能地靠近在一起，以实现短而直接的信号路径，但它们并不是唯一具有这一要求的组件。模拟电路和功率元件也需要放置，以使其敏感或大电流线路尽可能短。这有助于减少电感和增加信号和电源完整性．然而，在某些情况下，这些组件可能需要分散开来以适应总线布线或热分离。

可制造性

为了使生产成本尽可能低，重要的是放置组件以一种尽可能容易制造的方式。例如，彼此靠得太近的组件可能无法自动组装，或者在自动焊接过程中可能有困难。较高的芯片组件在较小的部件之前进行波峰焊接会产生阴影效果，导致焊接连接不良。小芯片组件的两个焊盘之间不平衡的铜会产生不均匀的加热，导致一个焊盘的焊料在另一个焊盘之前熔化，并将另一侧从焊盘上拉起并脱落。

可访问性

电路板通常需要经过人工测试和返工，这就需要接触到需要加工的部件。如果其他较大的组件遮蔽了这些部件，可能会使对它们的工作更加耗时，或对相邻部件造成附带损害。同样，连接器、开关和其他无法访问的人机接口也会减慢电路板的制造速度。

一个非常重要的指导原则是，放置应该从开发板上部件的基本平面图开始。这将让你制定策略如何划分不同的电路区域在电路板上避免模拟和数字信号重叠。

PCB布局指南:有效的组件放置将导致最佳的跟踪路由

布线PCB设计布局指南

电路板设计人员必须布局他们的电路板，以创造最好的信号和电源完整性。元器件应安排在短而直接的轨迹布线的最佳位置。与此同时，必须将板子铺好，以便所有的网都能被完全击穿。在高密度设计中，平衡这些需求是一个相当大的挑战。PCB设计的第一个布局准则是设置设计规则和约束用于跟踪路由。

设计规则和约束

从技术上讲，配置设计规则和约束应该包含在参数和设置中。但是，由于大部分规则直接应用于跟踪路由，所以我们在这里包含了这条指导原则。规则和约束用于管理跟踪宽度和间距，可以为单个网络、称为网络类的网络组设置规则和约束，也可以为所有非指定的网络设置默认规则和约束。设计规则还用于控制为不同的网络、迹线长度和匹配长度选择哪些过孔，以及允许哪些板层路由特定的网络和路由拓扑。此外，设计规则还用于控制组件间距、丝印规则、机械间隙和许多其他约束。

信号与电源完整性

最大的性能和信号的完整性， PCB布局设计人员需要遵循不同电路的布线轨迹的特定要求。这就是设计规则和约束将发挥作用的地方——允许设计人员将物理路由参数输入到CAD系统中进行路由。虽然确切的值会根据电路板的需要而变化，但设计师通常会设置规则，以确保遵循以下指导方针:

• 短而直接的高速传输线布线。
• 跟踪宽度，间距，和允许的板层控制阻抗路由。
• 匹配长度路由的指定跟踪长度和长度公差。
• 差动对迹线宽度和间距要求。
• 敏感信号如时钟和控制线的宽度和间距。
• 通过类型不同的网络。
• 跟踪模拟电路的宽度和间距。
• 用于大电流功率电路的示踪宽度和铜重量。

要记住的另一个重要准则是，在混合信号设计中布线时，避免将数字电路的区域与模拟线路交叉，反之亦然。

有效动力和地面飞机指南

在现代高速设计中，最好的接地策略通常是在内层上使用一个或多个连续接地平面。这提供了最好的保护免受EMI，并确保清晰的信号路径，这将提高整体信号的完整性。避免在由于独特的板轮廓或特征而导致地平面破碎的区域的任何地面空隙中布线痕迹。如果没有连续且相邻的地平面作为信号的清晰返回路径，那么您的设计可能会产生许多不受欢迎的噪声。以下是一些需要牢记的电源和地平面指南:

• 在高速布线的板层堆叠中，接地平面需要与信号层相邻。这将有助于屏蔽高速路由的干扰，并提供良好的参考面对于信号返回路径。
• 飞机的电源和地面连接需要使用热缓冲垫，并仔细管理。减压垫辐条必须足够宽，以适应高电流，同时消除这些连接作为散热片的机会。
• 仔细规划电源连接和分割电源平面，以确保电源能充分地传递到整个电路板的所有连接部件。

在混合信号设计中避免将模拟电路和数字电路布线在一起

丝印和PCB测试指南

随着电路板设计完成，它将是时候把你的注意力，以最终确定布局清理丝网印刷层并添加测试点。参考指示器、零件号和其他公司信息通过丝印工艺用墨水标记在电路板上。设计师通常在其CAD系统中使用“丝印”层来设计这些标记。

为了确保丝印层标记可读，设计师遵循以下准则:

• 线宽应不小于6密耳。
• 字体大小应不小于50密耳。
• 根据公司网格模式重命名组件引用指示符，以帮助定位板上的特定部件。
• 移动和旋转参考指示器，使它们易于阅读。
• 在需要的地方包括极性和引脚标记。

测试点对于将批量生产用于自动化组装验证的电路板来说是必不可少的。设计中的每一个网都应该有一个测试点，无论这个测试点是一个现有的通孔销，一个过孔，还是一个添加的表面安装测试点垫。测试点与其他电路板物体(如组件或垫片)之间的距离至少为50mil，与电路板边缘的距离至少为100mil。然而，这些值可能会因供应商而异，所以一定要先检查制造商的测试点需求是什么。

PCB制造文件指南

最后一个PCB设计布局指南是创建制造和组装的制造文件，并将这些文件发送给您的供应商。输出文件通常由设计人员或CAD部门开发的脚本自动生成。大多数PCB设计CAD工具，如Cadence的Allegro PCB Editor，都有内置的创建工具可供使用。许多工具还具有通过IPC-2581格式直接与PCB制造商通信的功能。这些独特的功能允许您自动传输制造和装配文件的制造数据库，而不需要单独创建和发送每个文件。

有关您的供应商将寻找的制造数据的更多信息，请看看这个电子书从节奏。

如果您想了解更多Cadence如何为您提供解决方案，和我们的专家团队谈谈吧．