在PCB设计中,布线是从原理图走向实际产品的关键步骤,其质量直接决定了后续PCB打样的成败与性能。无论是简单的单面布线、常见的双面布线,还是复杂的PCB多层板打样,都离不开精湛的布线技巧。目前,主流的布线方式分为自动布线和交互式布线两种。
在自动布线前,可以用交互式对要求高的布线,输入端与输出端的边线应避免平行,免得产生反射干扰。必要时,应加地线隔离,两个相邻层的布线要互相垂直,若平行走线,极易产生寄生耦合,这对提升电路板打样的最终良率至关重要。
自动布线的布通率依赖良好的布局,可以预先设定布线规则,包括走线的弯曲次数、导通孔的数目等。这些规则的设定,不仅是设计的需要,更是为了确保线路板打样时能够符合工厂的制程能力。
一般先进行探索式布经线,快速地把短线连通,再进行迷宫式布线。把要布的连线进行全局的布线路径优化,可以根据需要断开已布的线,然后再试着重新布线,改进总体效果。
针对高密度的PCB设计,贯通孔已显得力不从心,因为它会占用许多宝贵的布线通道。为解决这一矛盾,盲孔、埋孔和盘中孔技术应运而生。些先进的过孔技术,尤其在进行PCB6层板打样及更高层数的设计时,不仅完成了层间导通的任务,更极大地节省了布线空间,让布线过程更方便、流畅和完善。
以嘉立创为例,对6-32层板一律免费采用盘中孔(树脂塞孔+电镀盖帽)。盘中孔即焊盘中打孔,生产时在孔内塞上树脂,烤干树脂磨平,然后进行电镀面铜。其好处在于不仅能大大提高PCB设计工程师的效率,让设计时间从7天缩短到2天左右,而且能大大提高PCB的良率,以及提升高速板的性能。
一、电源、地线的处理
即使整个PCB中的布线做得很好,但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰,会导致产品性能下降,甚至会影响到产品的成功率。
因此,针对电源、地线的布线要认真对待,将电源、地线产生的噪声干扰降到最低限度,保证产品质量。
对于电子工程师来说,或多或少都了解地线与电源线之间噪声产生的原因。简单说一下抑制噪声:
1.在电源、地线之间加上去耦电容
2.尽量加宽电源、地线宽度,最好是地线比电源线宽,其关系是地线>电源线>信号线。一般,信号线宽为0.2-0.3mm,最精细线宽达0.05-0.07mm,电源线为1.2-2.5mm。针对数字电路的PCB,可以用宽的地导线组成一个回路,即构成一个地网来使用。
3.用大面积铜层作地线,在PCB上把没被用上的地方都与地相连接作为地线。或者,设计成多层板,电源、地线各占用一层。
二、数字电路与模拟电路的共地处理
如果PCB是由数字电路和模拟电路混合构成,那么布线时,要考虑它们之间互相干扰的问题,尤其是地线上的噪声干扰。
数字电路的频率高,模拟电路的敏感度强。对信号线来说,高频的信号线应尽可能远离敏感的模拟电路器件。对地线来说,整个PCB对外界只有一个结点,所以必须在PCB内部处理数、模共地的问题。而在PCB内,数字地和模拟地实际是分开的,它们之间互不相连,只是在PCB与外界连接的接口处,数字地与模拟地有一点短接。注意,只有一个连接点。
当然,也有在PCB上不共地的,这由系统设计来决定。 三、信号线布在电(地)层上
在多层PCB布线时,由于在信号线层,没有布完的线已经剩下不多,再多加层数不仅带来浪费,也会增加生产的工作量,且成本相应增加。
解决这个问题的方法是可以考虑在电(地)层上布线。首先,考虑使用电源层,其次才是地层。因为最好是保留底层的完整性。 四、大面积导体中连接腿的处理
在大面积接地(电)中,常用元器件的腿与其连接,对连接腿的处理需要综合考虑。从电气性能角度出发,元件腿的焊盘与铜面满接为好,但对元件的焊接装配存在一些不良隐患,比如焊接需大功率加热器、容易造成虚焊。因此,为兼顾电气性能与工艺,可做成十字花焊盘,即热隔离,俗称热焊盘。如此,在焊接时,大大减少由于截面过分散热而产生虚焊点的可能性。多层板的接电(地)层腿的处理相同。 五、布线中网络系统的作用
在许多CAD系统中,布线是根据网络系统决定的。网格过密,通路虽然有所增加,但步进太小,图场的数据量过大。这必然对设备的存储空间有更高要求,同时也对像计算机这类的电子产品的运算速度带来极大影响。
而有些通路是无效的,比如被元件腿的焊盘占用的或被安装孔、定位孔占用的等。
网格过疏,通路太少对布通率的影响极大。所以,要有一个疏密合理的网格系统来支持布线。
标准元器件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm),所以网格系统的基础一般定为0.1英寸(2.54mm)或小于0.1英寸的整倍数,如0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。 六、设计规则检查(DRC)
布线设计完成后,需认真检查布线设计是否符合设计者制定的规则,同时确认制定的规则是否符合PCB生产工艺的需求,一般检查以下几个方面:
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.电源线与地线的宽度是否合适、电源与地线之间是否紧耦合、PCB中是否还有让地线加宽的地方
3.针对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分开
4.模拟电路和数字电路是否有各自独立的地线
5.后加在PCB中的图形(如图标、注标)是否会造成信号短路
6.对一些不理想的线形修改
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
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。
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