PCB设计布局工程师指南

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;布置完成工作的指导方针。

跟踪布线应根据PCB设计布局指导方针为该板

印刷电路板的布局比它如何出现要复杂得多。一个成功的PCB布局将有它的电路物理安排的最佳电子性能的板，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、跟踪路由和电源交付网络(PDN)的设计。此外，布局设计师必须确保他们的工作是完整的文件，最终产品是准备纳入其设计的主要电子系统。

这有很多工作要做，尤其是对那些新的PCB布局过程．为了帮助完成这个工作流程，最好有一套完整的电路板布局指南供参考。行业和公司标准将规定设计的细节，但布局指南是重要的，以帮助工程师导航板开发过程从开始到结束。这里有一些基本的PCB设计布局指南，可以用来开发自己的一套电路板开发指南。

在设计开始前

在布局过程开始之前，为了确保设计的成功，需要注意几个任务，首先是将使用的PCB足迹库。

库

当建立图书馆对于PCB布局，重要的是使用工业标准，如IPC或包装尺寸和尺寸的制造商规范。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，射频设计中的脚印可能需要比标准数字设计更小的衬垫尺寸。以下是构建您自己的PCB组件足迹的一些其他指南:

• 确保您所构建的任何库部件都有可接受的土地模式大小，其间距与该部件的标准一致。
• PCB足迹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符。
• 一个很好的经验法则是，确保您的制造商可以在将它们提交到最终设计之前制造出您正在设计的部件。

另一种选择是使用来自外部CAD库供应商的PCB占用。零件制造商通常为你的设计系统预先构建了他们自己的零件，一些工具有浏览器可以方便地下载这些零件。

板轮廓和层堆叠

你会想要提前工作与机械设计师得到一个良好的轮廓形状在你开始布局板。虽然设计的形状因素可以在以后改变，但任何改变都可能迫使大量重新设计电路以适应新的形状。此外，大多数CAD工具将接受从机械设计系统的数据导入，使您的工作更容易。然而，即使有导入的数据，您仍然需要确保板轮廓是正确的，并包含所有必要的CAD元素，如您的设计要求的保持区域。

板层分层盘旋飞行也应该在布局开始前完成。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进度和预算。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。在这个阶段选择板材材料也是很重要的，这样可以根据材料的物理特性进行适当的痕迹宽度等设计计算。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

经常可以看到设计师们使用默认设置他们的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、阴影和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设计元素，设置网格，并指定位置和路由首选项。这些设置的目的是让你在工作中更有效率，你可以通过提前花时间完善你的设置来节省时间。

设置CAD系统的显示参数是PCB布局的重要的第一步

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组件的足迹放置在电路板上。在电路板上放置元件有三个主要要求必须满足: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。模拟电路和电源组件也需要放置，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，以适应总线路由或热分离。

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，彼此过于接近的组件可能无法自动组装，或在自动焊接过程中可能有困难。较高的芯片元件先于较小的元件进行波峰焊接会产生阴影效应，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先于另一个焊盘熔化，将另一端拉起并脱离焊盘。

可访问性

电路板经常要经过手工测试和返工，这就需要接触到需要加工的零件。如果其他较大的部件盖过了这些部件，可能会使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界面也会减慢电路板的制造速度。

一个非常重要的指导方针是，放置应该从开发一个基本的楼层平面图在板上的部分。这可以让你制定策略划分不同的电路区域在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

PCB设计布线指南

对于电路板设计人员来说，布局电路板以尽可能地创造最佳的信号和电源完整性是至关重要的。组件应该布置在适合于短而直接的跟踪路由的最佳位置。同时，板子必须布置好，这样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。第一个PCB设计布局指南是设置设计规则和约束条件跟踪路由。

设计规则和限制

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隔，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通孔，以及允许哪些板层用于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。

信号和电源完整性

为了获得最大的性能和信号的完整性， PCB布局设计人员需要遵循特定的要求，不同的线路布线轨迹。这就是设计规则和约束将发挥作用的地方——允许设计师将物理路由参数输入到CAD系统中进行路由。尽管准确的数值会根据董事会的需要而改变，但设计师通常会设置规则以确保遵循以下准则:

• 短而直的高速传输线布线。
• 用于控制阻抗布线的迹宽、间距和允许的板层。
• 为匹配的长度路由指定的跟踪长度和长度公差。
• 差分对迹宽和间距要求。
• 敏感信号如时钟和控制线的宽度和间距。
• 不同网的Via类型。
• 模拟电路的迹宽和间距。
• 用于大电流电源电路的迹宽和铜重量。

另一个要记住的重要准则是，在混合信号设计中布线迹线时，避免数字电路与模拟迹线交叉区域，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的接地平面。这提供了对EMI的最佳保护，并确保清晰的信号路径，这将提高整体信号完整性。避免布线痕迹穿越任何地面空白区域，由于独特的板轮廓或特征，地面平面被打破。如果没有一个连续且相邻的地平面来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需要的噪声。这里有一些电源和地面平面的指导原则需要记住:

• 在高速路由的单板层堆叠中，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，并提供一个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和小心管理热缓冲垫。缓解垫辐条必须足够宽，以满足高电流，同时消除这些连接的机会，作为一个散热器。
• 在规划电源连接时，应仔细划分电源平面，以确保电源充分输送到整个电路板的所有连接部件。

避免在混合信号设计中把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转向最终布局的清理丝网印刷层和添加测试点。参考标志、零件号和其他公司信息通过丝印工艺用墨水在电路板上标记。设计师通常在他们的CAD系统中使用“丝网”层来设计这些标记。

为了确保丝印层标记是可读的，设计师遵循以下指导方针:

• 线宽不应小于6密耳。
• 字体大小不应小于50密尔。
• 根据企业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。
• 移动和旋转引用指示符，使它们易于阅读。
• 包括极性和针一个标记在需要的地方。

测试点对于将大规模生产用于自动化装配验证的电路板是必不可少的。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，一个通孔，还是一个附加的表面安装测试点垫。测试点与其他板物(如组件或衬垫)之间至少有50密耳的间隙，与板缘之间至少有100密耳的距离。然而，这些值很可能因供应商而异，因此请务必首先检查制造商的测试点要求是什么。

PCB制造文件指南

最后一个PCB设计布局指南是为制造和组装创建制造文件，并将这些文件发送给您的供应商。输出文件通常是由设计师或CAD部门开发的脚本自动生成的。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格式与PCB制造商直接通信的功能。这些独特的功能允许您自动传输制造和组装文件的制造数据库，而不需要单独创建和发送每个文件。

关于制造数据的更多信息，你的供应商将寻找，看看这个电子书从节奏。

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