PCB设计过程中AD使用流程详解(超详细)
1.设计前期部分
规则设定:
Preference-system-file type关联文件(所有关联)
PCB-editor-General-drc(在线drc,短路报错)
-snapto center
-smartsnap(勾选)
Other-rotation(旋转角度)
cursor type(指针大小修改)
Boardinsight display-layer modes(单层显示模式,勾选1和3).
快捷键:shift + s单层显示,F5颜色开关(设置颜色后颜色的切换开关)
Board insight color – solid(网格显示方式不同)
DRC via lotions display – solid(交点显示方式)
Shift+R切换是否强制忽略障碍物
点击save保存,设置可以加载到另外一台电脑上。
快捷键设置:
快捷键的设置方法1:菜单栏空白处右键单击customize-All
自定义需要设置的快捷方式进行双击-alternative,输入自己的快捷键(与其他快捷键不能冲突,否则会报错)
快捷键的设置方法2:ctrl + 鼠标左键,选定快捷方式。根据自己需要对快捷键进行设置。
系统自带字母快捷键:A-Z介绍:
F E V P DT R W H这9个字母快捷键代表菜单栏对应的首字母,其中A不代表Auto Route,而是代表Align对齐设置。
剩下16个字母感兴趣的朋友可以自己试试看,在下面我一一介绍。
Q长度单位切换
L对各层line颜色进行设置和不同层显示
G对栅格间距设置
S选择
X是S快捷键下的一部分
C是Compile相关信息
B是工具栏右键单击效果
N连线方式(选择是否显示)
M是移动选项
U是Tools菜单栏下的Un-Route,,次快捷键下快速删除相应走线或者器件。
Off-sheet多页连接符。
剩余的一些字母快捷键不常用到,可以忽略,感兴趣的朋友可以自己试一下(或许会有意外发现)
当然,其他快捷组合方式有很多,例如J+C查找元器件,D+R是规则设置。
Tools-Legacytools-Multiple traces多根走线
Ctrl+单击原理图,高亮显示。
原理图分析:
File-New-Project,选择自己想要的尺寸,命名,存储路径,OK。
右键Project名,选择Addexisting to project(原理图文件已经做好的情况),或者新建一个原理图文件。添加库文件,创建PCB文件,同样方式,不再赘述。
在这里不讲解原理图的绘制和分析,这些是原理图设计工程师的主要工作,绘制PCB板时也需要对原理图有深刻的了解。
在这里我们默认已经将原理图绘制完毕,紧接着后续的步骤。
为了检查电路原理图位号重复(duplicate)、网络悬浮(Floatingnet label)、单端网络(only one pin)、线路断开等等,点击OK。
工程名下单击右键-projectopinion
随后project-Compile,左侧会出现错误列表,双击进行一一修改。
如果原理图元器件出现问题,Design-makeschematic library,生成原理图库,找到有问题的器件(IC,MCU)等,对错误进行相应的修改,随后右键单击修改原器件的名字,Update,完毕。
对于单端网络,我们要进行一一确认,因为有些网络确实只有一个网络,是单端网络,我们添加一个叉号(如下图),当然这个也可以不加。
PCB封装完整性检查和封装库的建立
添加PCB库,确保电路原理图中所有的元器件封装都在库里,如果没有自己根据器件数据手册绘制封装。
Design-update,执行导入,不想执行导入的器件,可以去掉前面的勾选。(建议第一次勾选所有)单击右键可以只能选择勾选。最后一个ROOM可以不选择。执行executive。
Report可以到处错误报告,方便检查。然后在原理图中查找元器件。J+C输入元器件名,双击,会发现没有封装。
情况1:封装名存在,路劲存在,但是没有封装(若封装确实存在)那就是路径有问题,选择Any,就会显示封装。同种器件,相同封装,Tools-Footprint Management,找到没有封装的元器件,排序,归类,多选后在右上框中双击,选择Any.,Accept,执行更行。
情况2:封装确实没有。那就自己创建封装,找到相应元器件的Datasheet(一般封装在Datasheet最后),确定元器件的尺寸,打开封装库,执行右键,新建,徐改名称,进行制作,再此不详细说明具体如何制作封装(很简单)。另外想说的一点是封装库要比元器件大尺寸大一些,还有说明方向的丝印标志。
Unknownpin,说明没有添加封装,同时又有很多相似的,同理进入Footprint management,对于相同封装的,在右侧多选以后,Add,可以浏览,也可以直接输入封装名称。执行更新,至此封装和原理图完全匹配。
PCB导入及常见的导入问题:
右上角尺寸,长度显示如果觉得碍事,可以shift+H进行隐藏/显示。
导入之后,在规则里板所有规则去掉勾,只留第一个电器性能的检测。如果自动布线建议勾选所有,Apply ,ok。
Ctrl +G设置格点,便于观察(个人习惯)。走线对齐可以设置小一点的格点,器件对齐可以设置大一点的对齐,当然你也可以通过对齐快捷键进行对齐(推荐)。
PCB交互式布局及模块化布局(核心内容):
M(全部和部分)飞线隐藏和打开。
矩形框,可以将选择的器件排布在所在的矩形框中(当然是在器件没有锁定的前提之下)。
交互映射:即选择PCB中的器件,同时会在原理图中高亮对应元器件。
分屏:右键单击空白区域,选择分屏幕。打开方式:在原理图中和PCB中都要打开,tools-cross-select-mode,选择,在此状态下,原则原理图中的某一部分或者模块,就会在PCB部分对应高亮选中,再通过我们的矩形框就可以将模块化的元器件部分放置在理想的区域,便于后期PCB布线制作。
板框大小设计:keep-out layer,place- line根据要求绘制板框大小。按住Ctrl拉线会跟着一起缩小。
长度显示,tab键可以进行具体设置。
设置具体尺寸长度:确定原点,选定双击线,通过坐标设置X,Y值。设置好之后进行如下图操作:
随后就可以在选定区域内绘制PCB。
加定位孔(金属化或者非金属化),根据工程或者项目需要设置不同大小的定位孔。(勾选是金属化)
利用原点和坐标,对定位孔进行移动。复制第一个定位孔,单击原点,再单击其余对应参考点,粘贴定位孔,这样就可以等间距的设定定位孔。
倒角:(假设采用1mm的倒角)根据坐标,将四个边线上下左右缩小1mm,hua圆弧,设置成一样的的圆弧,同理其余三个边,复制圆弧。(注意是在keep-out layer操作的。)重新定义板框。
可以重新设置各层名字,方便查看(双层板为例)。
可以设置层识别标志(也可以不设,看个人)。
开始布局:通过原理图对器件进行模块化(布局是建议不要打开飞线),模块化的将元器件放置在元器件周围。(采用矩形框的方式,之前已经提过,不再赘述)。之后打开飞线,可以直观的看出信号流向。由于电源和地会产生干扰,在此将电源盒地归类。
Net class右键,add class,命名,同类归为一类(自己规定)。随后进行下图操作:
布局一般方式是:先放置接口和接插件,主控放置在中间(晶振在主控附近),大致放置在板框中(不可能一次就位,还会进行多次的调整和微调)。
在此过程中位号丝印很烦人(不知道你有没有同感),单击右键,将其设置的相应小一点。
全选,然后A
设置一个快捷键,例如5,随后按5,这样就会将位号放置在中间或者是你想放置的位置。在所有过程中,使用对齐快捷键,交互式布局方式(很有用)。
按照先大后小的顺序进行放置其他元器件,建议以顺时针或者逆时针顺序进行元器件的放置,完成预不布局。在布局过程中要注意很多细节,当然这需要长期的经验积累,例如数模信号分离,电源、地、信号线宽度,以及SMT工艺需求等等。作者本人也刚刚入门,很多知识还需要去学习、实践、理解,大家学会总结和复习,相信你一定会成为一个大牛。
在拖动元器件的时候,按L键快速转换器件所在层。
大器件放置完毕后放置小器件,局部模块化放置。根据原理图放置,如电源的滤波电容,一定要放置在电源附近,不要放得很远(这样就起不到什么作用),晶振尽可能不要走信号线,π型滤波等等。
在布局的同时要注意美观,拖动多个目标时按shift选中,或者线选物理连接方式,按S选择(之前在快捷键作用中提到过)。
短距离的调整可以使用向下箭头进行微调。MCU或IC滤波电容放置在MCU每个电源附近。
基本布局之后,Design-rule,可以看到很多规则,在此可以设置电器,间距,短路等设置,根据自己板子大小和板厂条件,成本等因素,设置规则。同时,可以设置自己的规则(不详细赘述,不懂可以百度一下,很详细的),注意规则优先级。多层板考虑阻抗线,比较简单的就不必考虑。信号线线宽设置6mil,电源线8-60mil,优先走线15mil,当然过孔等默认大小都可以进行设置。阻焊层(放置绿油覆盖)设置2.5mil。至于怎么计算阻抗值,不在此进行讲解。
铺铜的设置方式:焊盘一般选择十字连接,使用18mil(因人而异),过孔可以使用全连接。
丝印之间的距离2mil,丝印到阻焊的距离2mil。熟悉常用的规则设置,多试试不同的效果,多练习。
布局注意事项:接插件与焊盘不能放太近,注意是否正反面有限高,易发热的元器件进行散热处理,同时不要放置其他发热元件,对温度铭感的元器件和线路。高速板尽量不要打孔走线。
20Mil过1A的电流(很宽的时候直接铺铜),过孔0.5mm过1A的电流(经验值,仅做参考),设计的时候留有余量。
散热处理:topsolder,按下图选择,漏铜,进行散热处理(当然还有在铜皮上添加过孔)。
走线:
长线栅孔处理,提前规划(放置在元器件附近),减少回流路径,栅孔模块化、有方向性的添加。同时,对电源和地等进行局部铺铜处理,CTRL+鼠标左键,即可高亮,若感觉高亮不是很明显,设置对比度即可,通过按键盘的"[" 和"]"来实现对比度的设置。
铺铜时按空格键进行旋转,电源的滤波电容之后再加散热过孔,信号回流路径要短,利用特殊粘贴E+A对铺铜进行复制,粘贴(不合适的地方再调整)。晶振采用内差分走线,由于晶振易受外界干扰,所以对其进行包地处理,并在电源线路上添加过孔,加强回流,这样干扰信号就会回流到地减小对晶振的干扰(如下图)。Place Fill对铜皮进行修正和补充(之前讲过)。
差分线,即两根线等线宽、等间距进行走线。快捷键D+C(也可以如下图操作),单击右键新建差分类(differential pair class),改名,(在IC Datasheet里找到差分线阻抗说明)常规差分线一般控制在100欧姆阻抗(除USB之外),新建类之后在右下角执行PCB(如图),选择差分,单击选中新建的类,Add,根据自己电路原理图,输入相应内容(图例),OK。此时会高亮差分线,如果没有高亮,再选择(如图),此部分图比较多,都是按照顺序一一走的。
差分走线设置的另一种方式(如下图需要差分走线),利用向导,添加自己的后缀会自动出现匹配,选择需要添加的网络类,执行添加。
差分线路设计完成之后,要进行差分走线的规则设定(要计算阻抗,在AD官网有阻抗的视频教程,大家可以看看)打开规则设置D+R,按下图选择,并找到自己创建的差分类,设置自己差分线的间距。第三幅图是我的设置间距,仅做参考。
当然,还有另一种规则设置方式(在规则向导里,如下图),在里面设置自己的规则,此时会在规则里自动生成一个规则(可以打开规则设置里看看)。有可能设置的规则会重复,将重复的规则删除。随后就开始差分走线(如下图选择差分走线命令),不合适的位置进行微调。
栅孔处理完毕后,开始走线,打开飞线,电源和地飞线关闭,最后处理。在走线命令下,按住CTRL键,单击元器件,实现自动走线,最后进行调整。
选中多个焊盘,P+M,同时走线(比较美观,同时提高效率),ctrl+拖动,可以左右移动线路。时时刻刻注意对齐,均匀分布。
最后进行地的连线,在地的旁边打地过孔(回流),ctrl按住地过孔显示高亮,检查是否所有地都有地过孔,地过孔回流路径要短。
在器件连线,局部铺铜完毕之后,进行整体铺铜。Keep_out layer中Tools-Convert- create polygon from selected primitives(如下图),随后双击对属性进行设置,OK。不合适的地方重新进行铺铜,具体方式如下图。
整体铺铜之后,像下图中管脚之间有铺铜(细长的线路会产生天线效应,尖端效应),会影响焊接,我们将其Cutout, Place- polygon pour cutout,进行切割铜皮,放置矩形框,随后不会立刻进行切割铜皮,对所有的cutout放置完成后重新进行铺铜,完成操作
随后在DRC里进行规则检查,在这里只进行开路和短路,其余的在需要的时候进行检测,将其他选项取消勾选。检测之后会出现报告,如果报告没有提示按右下角的System-message,随后在出现的报告单中双击错误报告,进行相应位置的修改,再次检测直到显示没有错误。
随后,调整丝印。按L层将其他层关闭,只剩下丝印层和阻焊层。选定一个丝印,单击右键-find similar object,在string type 中选择same,即将所有的位号选中。在右侧框中设置相应的内容,例如位号大小等一些参数。位号最小字体是5/24 . 5/30. 6/45,这样的比例经验值。
快捷键A-positioncomponent text,对齐位置进行调整。这样就会将所有器件的位号放在同一个位置,随后选定所有器件(find similar object)进行锁定,防止在挪动位号的时候器件移动,然后进行局部的的丝印或者位号的调整,再次过程中建议使用快捷方式,提高效率(重复而大量的工作本应该这样)。建议字母的方向最好只有两个方向和器件的方式方向相同,便于后期的贴片、维修等工种观察。通过3D模式,观察丝印是否被器件压到,可以按住shift键进行翻转,观察。
3D封装网站: www.3dcontentcentral.cn .需要注册登录。在搜索栏里搜索,找到合适自己的封装,step格式。加载对应的模型,update,完毕。
最后如果需要可以放置一些Logo,日期,标示等等到PCB板(可以是白油,即和丝印颜色一致,也可以是铜字),在线路层放置字体复制到阻焊层。
导入logo方式:找到一张比较清晰地logo图片,将图片另存为16位图(当然也可以采用单色位图bitmap),随后运行run script。因为高版本的AD没有加载LOGO的插件,所有这里我们要手动进行添加,如下图路径查找加载。随后加载我们刚才设置的图片,通过Union改变图片大小。
输出生产文件,gerber文件。首先,保存所有的文件,按下图操作,general里一般输出比例为2:4,layer里设置mirror layers为all off,选择需要输出的层,其余的选择默认输出。钻孔输出,选择2:4。
装配图输出,双击需要输出的层(图3),完成。
至此,所有结束,谢谢大家。(字是一个一个敲上去的,可以休息一会儿了)
Welcome back,继续说一些常见的问题:
1. 放置PCB镂空字体?
字体设置,然后按如下图配置。
2. DXF文档倒出?
CAD可识别的文件,当然此时显示可识别的层(也就是想要显示的层)
3. shift+M放大镜的打开和关闭
4. 过孔盖油,推荐BGA设计时盖油处理,对于散热过孔进行开窗。
5. 拼板
Keep-out layer,复制板框,粘贴,相邻放置。工艺边添加(便于过回流焊,焊接),加2-3mm的定位孔。
6. 截断
截断E+K,或者Editor-slicetrack
7. report+Board information显示PCB信息。
最后,重要的信号线包地,如输出输入电源地,时钟信号。操作过程中记得及时保存。
确定PCB的层数,电路板尺寸和布线层数需要在设计初期确定。
布线层的数量以及层叠(STack-up)方式会直接影响到印制线的布线和阻抗。
板的大小有助于确定层叠方式和印制线宽度,实现期望的设计效果。
目前多层板之间的成本差别很小,在开始设计时好采用较多的电路层并使敷铜均匀分布。设计规则和限制要顺利完成布线任务,布线工具需要在正确的规则和限制条件下工作。
要对所有特殊要求的信号线进行分类,每个信号类都应该有优先级,优先级越高,规则也越严格。
比如,对于电源线的布局。在PCB布局中应将电源退耦电路设计在各相关电路附近,而不要放置在电源部分,否则既影响旁路效果,又会在电源线和地线流过脉动电流,造成窜扰。
对于电路内部的电源走向,应采取从末级向前级供电,并将该部分的电源滤波电容安排在末级附近。
以下是altium designer方法总结:
AD实用操作方法;1、放大、缩小:Ctrl+鼠标滚轮或Ctrl+鼠;2、整屏移动:鼠标右键点住不放;3、测量距离:Ctrl+M;4、放大镜:Shift+M;5、打开、关闭放大镜:选菜单项“工具(Tools;6、电路板上放置中文字:选择字体放置——按住“T;7、查看层设置:点击“L”;8、切换公制和英制:点击“Q”;9、电路图分功能设计(自上而下):在整体图中
AD实用操作方法
1、放大、缩小:Ctrl+鼠标滚轮或Ctrl+鼠标右键按住并滑动鼠标。
2、整屏移动:鼠标右键点住不放。
3、测量距离:Ctrl+M。
4、放大镜:Shift+M。
5、打开、关闭放大镜:选菜单项“工具(Tools)”——“优先选项(Preferences)”——“PCB Editor”——“Board Insight Lens”,勾选或取消“可视(visible)”。
6、电路板上放置中文字:选择字体放置——按住“Tab”键——在“Font”中选择“TrueTape” ——在“Text”中输入中文字。
7、查看层设置:点击“L”。
8、切换公制和英制:点击“Q”。
9、电路图分功能设计(自上而下):在整体图中的每个功能块的设置中,点击“Filename”, 选择与测功能图块对应的实际电路图。
10、端口形状:在“Position”中选择“Output”、“Input”、“Bidirectional”、“Unspecified”,
端口的形状会出现相应的变化。
11、整体图和部分功能图切换:在整体图上点击“Ctrl+鼠标双击+相应的模块”,画面会跳
到相应的功能图上。
在输入、输出端口上重复上述操作,会在整体图和功能图上切换。
12、放置过孔快捷键:在画导线的命令下,按住“Shift+Ctrl”键,向下滑动鼠标滚轮,此
时出现过孔,松开“Shift+Ctrl”键,点击鼠标左键,放置过孔。
13、左右移动:Shift+鼠标滚轮。
14、上下移动:鼠标滚轮。
15、器件旋转:选中后点击空格键。
16、镜像:1. 输入法切换至英文状态!!!
2. 选中该器件时,鼠标左键按住不放,鼠标呈十字状,器件为可移动状态。
3. 同时按键盘上的X或Y:X为水平左右翻转;Y为垂直上下翻转。
17、添加元器件库:打开的对话框,点(安装)出现对话框,在对话框最下面的{文件类型}先为all files(**)就可以了,就能把你自建库加进去了。
18、左右两侧文件树打开与关闭:右下角有个"System"按钮,点开后,想要显示哪个菜单就点哪个,除了System还有PCB和Help等等,都是可以用的,打开以后它可能还在左边或是右边的菜单显示,比如libraries在右边,project在左边,这是默认情况下,你也可以将他们拖到你想放置的位置。
19、查找:CTRL+F。
20、显示快捷键界面:界面右下角有“ShortCut”键,点击选择,出现快捷键界面。
21、PCB中网格显示模式设置:Dsign——board options——右下角的grids——双击default
——弹出的对话框中看右侧的display,其中fine显示的是网格内部的填充,有线型、 点型和无显示;coarse显示的是网格线的形式,有有线型、点型和无显示。
如果不需要网格,则把 coarse 选择do not draw.
22、P+Q:覆铜设置。
P+L:放线。
P+T:放导线。
P+P:放焊盘。
P +V:放过孔。
P+S:放字符。
23、工作层切换:Shift+Ctrl+鼠标滚轮,在工作层切换。
24、禁止覆铜:在place菜单下选择Polygon Pour Cutout ,画出相应的形状,然后开始
覆铜,此时覆铜会避开画好的禁止覆铜区域。
注意:封装设置禁止覆铜时,必须切换到以后PCB需要覆铜的工作层。
25、封装库更改后如何更新:在封装库文件里更改封装,切换到封装库的PCB library,点击右键,选择更新。 26、PCB中设置坐标原点:Edit-Origin-Set可以自己设置原点,然后就可以参照原点位置精确放置封装元件了。
27、让元件排成一排的方法:选中要排成一排的元器件,然后Edit-Align,再进一步设置。 28、边界外的元器件放回界面内:用元件标号定位查找元件,空白处M+C,鼠标出现十字,单击界面,然后在弹出对话框中选择相应的标号,即可找到元器件。
29、PCB中两面放置器件:在设计规则里的布线板层里设置成双面板(默认就是双面的) 放置元件时候默认是顶层,选中元件拖动的同时按L键,就翻到底层去了
30、AD显示高亮度:按住“CTRL”键,单击选择要显示高亮的器件或网络,此时显示的是高亮状态。按clear或“CTRL”键+PCB空白处单击,恢复原状。 31、在PCB板上无法移动元器件,鼠标单击就跑多远,无法选中元器件
这个元件的封装肯定是你自己画的,你没有按照规则画。
画封装时,元件焊盘中心要在第四象限(包含X轴正方向和Y周负方向),第一号焊盘一般放在原点,轮廓线可以在其他象限。这个规则跟画原理图元件符号刚好相反。
你画的封装有问题。在PCB上点一个元器件,鼠标会移动到这个元器件封装的原点处,就是位置基准点。你如果画封装时,将基准点设置在元器件中间,那么你点击这个元器件时,鼠标就会停留在中间。。反之如果你将封装的基准点设置在 远离元器件的地方,那么你单击的时候,鼠标肯定会跑多远。
解决:
你可以在封装库中选中这个元器件。然后重新编辑。将基准点移动到元器件的中间就行了。
在PCB库里,选择edit——set reference——center。
32、元器件距离太近,一直报错误。在rules中选择ComponentClearance,在 where the first object matches中点击net,选择 no net。
33、PCB中按下“1”键,整个板子变绿,单击板子空白处全部选中,PCB无法操作,且此时没有“放置菜单”。恢复的方法:PCB状态下按“2”键,PCB恢复正常。
34、PCB面板中选择“nets”后,在列表的网络前打勾,这样选中的网络显示高亮状态,无法修改。
35、飞线设置:进入PCB板层查看,找到default colour,在前面打勾;进入PCB中,把from-to editor改为nets,点击应用,此时显示所有的飞线。 PCB上按“N”弹出显示与隐藏界面,选择相应的设置。
36、规则优先级设置:新建规则,把新规则移到旧规则前面,这样运行时默认的是新规则。选择规则,在左下角的”priorities“按钮上点击,在弹出的对话框中,选择新规则,单击decrease priority即可。
DXP中创建一个新的PCB设计的最简单方法是使用PCB向导,这将让你选择工业标准板轮廓又创建了你自定义的板子尺寸。在向导的任何阶段,你都可以使用
Back
按钮来检查或修改以前页的内容。
要使用PCB向导来创建PCB,完成以下步骤:
1、在
Files
面板的底部的
New
from
Template
单元点击
PCB
Board
Wizard
创建新的PCB。如果这个选项没有显示在屏幕上,点向上的箭头图标关闭上面的一些单元。
2、
PCB
Board
Wizard
打开。你首先看见的是介绍页。点
Next
按钮继续。
3、设置度量单位为英制
(
Imperial
),
注意:1000
mils
=
1
inch
。
4
、
向导的第三页允许你选择你要使用的板轮廓。在本教程中我们使用我们自定义的板子尺寸。从板轮廓列表中选择
Custom
,
点击
Next
。
5
、
在下一页,你进入了自定义板选项。在本教程电路中,一个
2
x
2
inch
的板子将给我大量的空间。选择
Rectangular
并在
Width
和
Height
栏
键入
2000
。取消选择
Title
BLOCk
&
Scale
、
Legend
String
和
Dimension
Lines
以及
Corner
Cutoff
和
Inner
Cutoff
。点击
Next
继续。
6
、在这一页允许你选择板子的层数。我需要两个
signal
layer
,不需要
power
planes
。点击
Next
继续。
7
、在设计中使用的过孔(
via
)样式选择
Thru-hole
vias
only
,点击
Next
。
8
、在下一页允许你设置元件
/
导线的技术(布线)选取项。选择
Thru-hole
components
选项,将相邻焊盘(
pad)
间的导线数设为
One
Track
。
点击
Next
继续。
9、下一页允许你设置一些应用到你的板子上的设计规则。设为默认值。点
Next
按钮继续。
10、最后一页允许你将自定义的板子保存为模板,允许你按你输入的规则来创建新的板子基础。我们不想将我们的教程板子保存为模板,确认该选项未被选择,点击
Finish
关闭向导。
11、PCB向导现在收集了它需要的所有的信息来创建你的新板子。PCB编辑器将显示一个名为
PCB1.PcbDoc
的新的PCB文件。
12、PCB文档显示的是一个默认尺寸的白色图纸和一个空白的板子形状(带栅格的黑色区域)。
1.层数的选择和叠加原则
确定多层 PCB 板的层叠结构需要考虑较多的因素。从布线方面来说,层数越多越利于布线 但是制层数越多越利于布线,但是制层数越多越利于布线 板成本和难度也会随之增加。对于生产厂家来说,层叠结构对称与否 PCB 板制造时需要关注的焦 层叠结构对称与否是 板成本和难度也会随之增加 层叠结构对称与否 点,所以层数的选择需要考虑各方面的需求,以达到最佳的平衡。
对于有经验的设计人员来说,在完成元器件的预布局后,会对 PCB 的布线瓶颈处进行重点分析 结 完成元器件的预布局后的布线瓶颈处进行重点分析 颈处进行重点分析。结 完成元器件的预布局后工具分析电路板的布线密度;再综合有特殊布线要求的信号线如差分线、敏感信号线 有特殊布线要求的信号线如差分线 合其他 EDA 工具分析电路板的布线密度有特殊布线要求的信号线如差分线、敏感信号线等 的数量和种类来确定信号层的层数 然后根据电源的种类、来确定信号层的层数; 根据电源的种类、 隔离和抗干扰的要求来确定内电层的数目。来确定信号层的层数 根据电源的种类 隔离和抗干扰的要求来确定内电层的数目 这样,整个电路板的板层数目就基本确定了。
确定了电路板的层数后,接下来的工作便是合理地排列各层电路的放置顺序。在这一步骤中,需要考虑的因素主要有以下两点:
(1)特殊信号层的分布
(2)电源层和地层的分布
如果电路板的层数越多,特殊信号层、地层和电源层的排列组合的种类也就越多,如何来确定哪种组合方式最优也越困难,但总的原则有以下几条:
地层,利用内电层的大铜膜来为信号层提供屏蔽:
(1)信号层应该与一个内电层相邻(内部电源 地层),利用内电层的大铜膜来为信号层提供屏蔽。
(2)内部电源层和地层之间应该紧密耦合,也就是说,内部电源层和地层之间的介质厚度应该取较)内部电源层和地层之间应该紧密耦合,也就是说, 小的值,以提高电源层和地层之间的电容,增大谐振频率。小的值,以提高电源层和地层之间的电容,增大谐振频率。
(3)电路中的高速信号传输层应该是信号中间层,并且夹在两个内电层之间。这样两个内电层的铜膜可以为高速信号传输提供电磁屏蔽,同时也能有效地将高速信号的辐射限制在两个内电层之间,不对外造成干扰。
(4)避免两个信号层直接相邻。相邻的信号层之间容易引入串扰,从而导致电路功能失效在两信号层之间加入地平面可以有效地避免串扰。
(5)多个接地的内电层可以有效地降低接地阻抗例如,A 信号层和 B 信号层采用各自单独的地平 面,可以有效地降低共模干扰。
(6)兼顾层结构的对称性。
2.常用的层叠结构
下面通过 4 层板的例子来说明如何优选各种层叠结构的排列组合方式:
对于常用的 4 层板来说,有以下几种层叠方式(从顶层到底层):
(1)Siganl_1(Top),GND(Inner_1),POWER(Inner_2),Siganl_2(Bottom)。
(2)Siganl_1(Top),POWER(Inner_1),GND(Inner_2),Siganl_2(Bottom)。
(3)POWER(Top),Siganl_1(Inner_1),GND(Inner_2),Siganl_2(Bottom)。
显然,方案 3 电源层和地层缺乏有效的耦合,不应该被采用。
那么方案 1 和方案 2 应该如何进行选择呢?
一般情况下,设计人员都会选择方案 1 作为 4 层板的结构。原因并非方案 2 不可被采用,而是一般的 PCB 板都只在顶层放置元器件,所以采用方案 1 较为 妥当。但是当在顶层和底层都需要放置元器件,而且内部电源层和地层之间的介质厚度较大,耦合不佳时,就需要考虑哪一层布置的信号线较少。对于方案 1 而言,底层的信号线较少,可以采用大面积 的铜膜来与 POWER 层耦合;反之,如果元器件主要布置在底层,则应该选用方案 2 来制板。
在完成 4 层板的层叠结构分析后, 下面通过一个 6 层板组合方式的例子来说明 6 层板层叠结构的排列 组合方式和优选方法:
(1)Siganl_1(Top),GND(Inner_1),Siganl_2(Inner_2),Siganl_3(Inner_3),POWER(In)。 方案 1 采用了 4 层信号层和 2 层内部电源/接地层,具有较多的信号层,有利于元器件之间的布线工作,但是该方案的缺陷也较为明显,表现为以下两方面:
① 电源层和地线层分隔较远,没有充分耦合
② 信号层 Siganl_2(Inner_2)和 Siganl_3(Inner_3)直接相邻,信号隔离性不好,容易发生串扰
(2)Siganl_1(Top),Siganl_2(Inner_1),POWER(Inner_2),GND(Inner_3),Siganl_3(In)。
方案 2 相对于方案 1, 电源层和地线层有了充分的耦合, 比方案 1 有一定的优势, 但是Siganl_1 (Top) 和 Siganl_2(Inner_1)以及 Siganl_3(Inner_4)和 Siganl_4(Bottom)信号层直接相邻,信号隔 离不好,容易发生串扰的问题并没有得到解决。
),GND(Inner_1), ),Siganl_2(Inner_2), ),POWER(Inner_3),),GND(3)Siganl_1(Top), ) ( ), ( ), ( ), ( ), (Inner_)。)。
相对于方案 1 和方案 2,方案 3 减少了一个信号层,多了一个内电层,虽然可供布线的层面减少了,但是该方案解决了方案 1 和方案 2 共有的缺陷:
① 电源层和地线层紧密耦合
② 每个信号层都与内电层直接相邻,与其他信号层均有有效的隔离,不易发生串扰
③ Siganl_2(Inner_2)和两个内电层 GND(Inner_1)和 POWER(Inner_3)相邻,可以用来传 ( ) ( ) ( )相邻,两个内电层可以有效地屏蔽外界对 Siganl_2 Inner_2) 输高速信号。 高速信号。 两个内电层可以有效地屏蔽外界对( ) 层的干扰和 Siganl_2 Inner_2) ( ) 对外界的干扰。
综合各个方面,方案 3 显然是最优化的一种,同时,方案 3 也是 6 层板常用的层叠结构。
通过对以上两个例子的分析,相信读者已经对层叠结构有了一定的认识,但是在有些时候,某一个方案并不能满足所有的要求,这就需要考虑各项设计原则的优先级问题。遗憾的是由于电路板的板层设 计和实际电路的特点密切相关,不同电路的抗干扰性能和设计侧重点各有所不同,所以事实上这些原则并没有确定的优先级可供参考。但可以确定的是,设计原则 2(内部电源层和地层之间应该紧密耦 设计原则 (内部电源层和地层之间应该紧密耦如果电路中需要传输高速信号, 合)在设计时需要首先得到满足,另外如果电路中需要传输高速信号,那么设计原则 3(电路中的高在设计时需要首先得到满足, 如果电路中需要传输高速信号 ( 速信号传输层应该是信号中间层,并且夹在两个内电层之间)就必须得到满足速信号传输层应该是信号中间层,并且夹在两个内电层之间)就必须得到满足。
如下是利用99se设计的多层电路板视频教程。
在自动布线之前,预先用交互式对要求比较高的线进行布线,输入端与输出端的边线不应相邻平行,避免产生反射干扰。在必要时,可加地线进行隔离,且两相邻层的布线要互相垂直,因为平行比较容易产生寄生耦合。自动布线的布通率依赖于良好的布局,可预先设定布线规则,如走线弯曲次数、导通孔数目、步进数目等。一般是先进行探索式布线,快速的连通短线,再通过迷宫式布线,把要布的连线进行全局布线路径优化,它可以根据需要断开已布的线并试着重新再布线,从而改进总体的布线效果。
对于布局而言,一个原则是数字和模拟尽可能的分开,令一个原则是低速的不要和高速的接近。最基本的原则就是把数字接地和模拟接地分开,数字接地由于都是开关器件,电流在开关的一瞬间都很大,不动的时候又很小,所以数字接地不可以和模拟接地混在一起。
一、电源与地线之间布线注意事项
(1)要在电源、地线之间加上去耦电容。一定要电源经过了去耦电容之后再连接到芯片的管脚,下图中列举了几种错误的连接法和一个正确的连接法,大家对着参照下,是不是有犯这样的错误呢?去耦电容一般来说有两个作用,一个是提供芯片瞬间的大电流,二是去除电源噪声,一方面是让电源的噪声尽量少的影响芯片,另一方面是芯片产生的噪声不要影响到电源。
(2)尽量加宽电源及地线,最好是地线比电源线宽,其关系为:地线>电源线>信号线。
(3)可以使用大面积的铜层作地线,在印制板上把没被使用的地方都与地相连,作地线使用,或是做成多层板,电源,地线各占用一层。
二、数字电路与模拟电路混合时的处理
现在,许多的PCB不再是单一功能的电路了,而是由数字电路和模拟电路混合构成,因此在布线时就需要考虑到它们之间互相干扰的问题,特别是地线上的噪音干扰。
由于数字电路频率高,模拟电路敏感度强,对信号线来说,高频的信号线要尽可能的远离敏感的模拟电路器件,但是对于整个PCB来说,PCB的地线对外界的结点只能有一个,所以必须要在PCB内部处理号数字电路及模拟电路共地的问题,而在电路板内部,数字电路的地和模拟电路的地实际上是分开的,只是在PCB与外界连接的接口处(如插头等)。数字电路的地与模拟电路地有一点短接,请注意,只有一个连接点,也有在PCB上不共地的,这由系统设计来决定。
三、对于线拐角的处理
通常线的拐角处会有粗细变化,但是在线径粗细发生变化的时候,会发生一些反射的现象。拐角方式对于线的粗细变化情况,直角是最差的,45度角好一些,圆角是最好的。但是圆角对PCB设计来讲处理比较麻烦,所以一般是看信号的敏感程度来定,一般的信号用45度角就可以了,只有那些非常敏感的线才需要用圆角。
四、布好线后要进行设计规则检查
无论做什么,在完成后都要检查,就像我们考试的时候如果有时间剩余都要对我们的作答情况进行检查,这是我们拿到高分的重要途径,同样我们画PCB板也一样。这样我们才能更有把握我们画出来的电路板是合格产品。我们一般检查有如下几个方面:
(1)线与线,线与元件焊盘,线与贯通孔,元件焊盘与贯通孔,贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理,是否满足生产要求。
(2)电源线和地线的宽度是否合适,电源与地线之间是否紧耦合(低的波阻抗),在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。
(3)对于关键的信号线是否采取了最佳措施,如长度最短,加保护线,输入线及输出线被明显地分开。
(4)模拟电路和数字电路部分,是否有各自独立的地线。
(5)后加在PCB中的图形(如图示、注标)是否会造成信号短路。
(6)对一些不理想的线形进行修改。
(7)在PCB上是否加有工艺线,阻焊是否符合生产工艺的要求,阻焊尺寸是否合适,字符标志是否压在器件焊盘上,以免影响电装质量。
(8)多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小,如电源地层的铜箔露出板外容易造成短路。
总之,以上的技巧和方法要领都是经验之谈,非常值得我们在画PCB板的时候学习借鉴,在画PCB图过程中除了熟练运用制图工具软件,还要有扎实的理论知识和丰富的实战经验,这些可以帮你快速有效地完成你的PCB图。但是还有一点非常重要,那就是一定要细心,无论是布线还是整体布局每一步都要很细心认真地对待,因为你的一个很小的差错可能会导致你最终的产品成为废品,然后还找不到哪里出错了,所以我们在画图的过程宁愿多花点时间细心核对细节部分也不愿意出问题了再返回来检查,那样可能会花更多的时间。简而言之,画PCB的过程注意细节部分。
很快的,pcb layout一般来说零基础一周时间就可以完全学会,剩下的只是熟练程度而已。
想学PCB设计不难,软件方面不过就是个工具,有电脑基础的话,两周就能学会PCB软件的使用。关键是要懂电子电路,我建议可以在网上购买一些视频教程,自己利用业余时间边学边操作,凡亿的视频挺好的,挑选一套适合自己的。
自学PCB技巧:
一.前期准备
包括准备元件库和原理图。在进行PCB设计之前,首先要准备好原理图SCH元件库和PCB元件封装库。 PCB元件封装库最好是工程师根据所选器件的标准尺寸资料建立。原则上先建立PC的元件封装库,再建立原理图SCH元件库。
PCB元件封装库要求较高,它直接影响PCB的安装;原理图SCH元件库要求相对宽松,但要注意定义好管脚属性和与PCB元件封装库的对应关系。
二.PCB结构设计
根据已经确定的电路板尺寸和各项机械定位,在PCB设计环境下绘制PCB板框,并按定位要求放置所需的接插件、按键/开关、螺丝孔、装配孔等等。 充分考虑和确定布线区域和非布线区域(如螺丝孔周围多大范围属于非布线区域)。