PROTEL技術(shù)大全之第二篇
輸入網(wǎng)表時(shí),設(shè)計(jì)規(guī)則已隨網(wǎng)表輸入進(jìn)PowerPCB了。如果修改了設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)者新建了一個(gè)焊盤或過孔,一定要加上Layer 25。
注意:
PCB設(shè)計(jì)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(dòng)文件,名稱為Default.stp,網(wǎng)表輸入進(jìn)來以后,按照設(shè)計(jì)的實(shí)際情況,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(jí)規(guī)則。在所有的規(guī)則都設(shè)置好以后,在PowerLogic中,使用OLE PowerPCB 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(huì)放在工作區(qū)的零點(diǎn),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(dòng)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(huì)排列在板邊的周圍。
3. 把元器件一個(gè)一個(gè)地移動(dòng)、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(dòng)布局
PowerPCB提供了自動(dòng)布局和自動(dòng)的局部簇布局,但對(duì)大多數(shù)的設(shè)計(jì)來說,效果并不理想,不推薦使用。2.3.3 注意事項(xiàng)
a. 布局的首要原則是保證布線的布通率,移動(dòng)器件時(shí)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(yuǎn)離
c. 去耦電容盡量靠近器件的VCC
d. 放置器件時(shí)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(dòng)布線。PowerPCB提供的手工布線功能十分強(qiáng)大,包括自動(dòng)推擠、在線設(shè)計(jì)規(guī)則檢查(DRC),自動(dòng)布線由Specctra的布線引擎進(jìn)行,通常這兩種方法配合使用,常用的步驟是手工—自動(dòng)—手工。
2.4.1 手工布線
1. 自動(dòng)布線前,先用手工布一些重要的網(wǎng)絡(luò),比如高頻時(shí)鐘、主電源等,這些網(wǎng)絡(luò)往往對(duì)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(dòng)布線很難布得有規(guī)則,也要用手工布線。
2. 自動(dòng)布線以后,還要用手工布線對(duì)PCB的走線進(jìn)行調(diào)整。
2.4.2 自動(dòng)布線
手工布線結(jié)束以后,剩下的網(wǎng)絡(luò)就交給自動(dòng)布線器來自布。選擇Tools->SPECCTRA,啟動(dòng)Specctra布線器的接口,設(shè)置好DO文件,按Continue就啟動(dòng)了Specctra布線器自動(dòng)布線,結(jié)束后如果布通率為100%,那么就可以進(jìn)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(xiàng)
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(shí),首先添加Protect all wires命令,保護(hù)手工布的線不被自動(dòng)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(jìn)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(xiàng)前打勾
f. 手動(dòng)布線時(shí)把DRC選項(xiàng)打開,使用動(dòng)態(tài)布線(Dynamic Route)
2.5 檢查
檢查的項(xiàng)目有間距(Clearance)、連接性(Connectivity)、高速規(guī)則(High Speed)和電源層(Plane),這些項(xiàng)目可以選擇Tools->Verify Design進(jìn)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(xiàng)。檢查出錯(cuò)誤,必須修改布局和布線。
注意:
有些錯(cuò)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(shí)會(huì)出錯(cuò);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(jì)規(guī)則,層定義、線寬、間距、焊盤、過孔設(shè)置;還要重點(diǎn)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(shí)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(jì)者要修改布局和布線,合格之后,復(fù)查者和設(shè)計(jì)者分別簽字。
2.7 設(shè)計(jì)輸出
PCB設(shè)計(jì)可以輸出到打印機(jī)或輸出光繪文件。打印機(jī)可以把PCB分層打印,便于設(shè)計(jì)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(jì)的成敗,下面將著重說明輸出光繪文件的注意事項(xiàng)。
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?。⒆韬笇樱ò攲幼韬负偷讓幼韬福?,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(xiàng)選擇Routing,并且每次輸出光繪文件之前,都要對(duì)PCB圖使用Pour Manager的Plane Connect進(jìn)行覆銅;如果設(shè)置為CAM Plane,則選擇Plane,在設(shè)置Layer項(xiàng)的時(shí)候,要把Layer25加上,在Layer25層中選擇Pads和Viasc. 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(shí),將Board Outline選上
e. 設(shè)置絲印層的Layer時(shí),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(shí),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(shí),使用PowerPCB的缺省設(shè)置,不要作任何改動(dòng)
h. 所有光繪文件輸出以后,用CAM350打開并打印,由設(shè)計(jì)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(fèi)用通常占PCB制板費(fèi)用的30%到40%。簡單的說來,PCB上的每一個(gè)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(huì)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(huì)重疊做好幾個(gè)內(nèi)層。第三種稱為通孔,這種孔穿過整個(gè)線路板,可用于實(shí)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(shí)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(jì)的角度來看,一個(gè)過孔主要由兩個(gè)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(jì)時(shí),設(shè)計(jì)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(shí)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(fèi)的時(shí)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(shí),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(dá)到8Mil。
二、過孔的寄生電容
過孔本身存在著對(duì)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/