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PCB布局的一些关键设计规则

  • 发表时间:2021-06-10 15:35:57
  • 来源:本站
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关键要点

  • PCB设计中的设计规则和在线检查。

  • 为组件放置和跟踪路由设置规则和约束。

  • 使用设计规则进行 3D 检查。

PCB布局的一些关键设计规则

像这样的密集 PCB 布线需要一套完整的设计规则和约束来保持其井井有条

对孩子们来说,似乎最难学的人生一课是“规则不是用来夺走你的乐趣,而是用来防止你受到伤害。” 而且,即使孩子们说他们理解了这一课,下次他们因为你在街上玩耍而对他们大喊大叫而翻白眼时,会表明他们真的没有。然而,这个建议不仅仅适用于儿童——它也适用于电路板布局设计师的实际应用。

PCB 设计 CAD 工具内置了设计规则和约束管理系统,正如我们告诉孩子们的那样,这些规则是为了防止我们受到伤害。由于组件太靠近电路板边缘或由于未使用适当的走线间隙而导致电路板噪音太大而导致电路板制造失败是非常令人沮丧的。设计规则到位,以确保我们布置的电路板将避免这些问题并按预期运行。在本文中,我们将研究 PCB 布局的一些关键设计规则,以帮助您避免这些潜在问题。



PCB设计中设计规则和在线检查的重要性

设计和构建功能良好的印刷电路板的难题有许多不同的部分。这些包括如何将部件放置在电路板上,如何在部件之间布线,以及所有部件如何通过电气方式协同工作以使电路板工作。设计规则是为了确保所有这些部分正确地组合在一起以完成拼图。可以通过运行规则检查命令在设计的任何部分检查设计规则,该命令会将发现的任何问题报告给设计人员。自动在线检查系统也使用这些规则,这将立即通知设计者他们试图移动或编辑的内容是规则不允许的。

为确保PCB 制造商和组装可以构建电路板,可以设置的规则的一部分是可制造性设计或 DFM 规则。其中包括用于 PCB 制造、组装和测试(DFF、DFA 和 DFT)设计的独特规则。它们包括组件之间的距离、可以放置测试点的位置以及其他特定于制造的规则。这些设计规则还允许布局团队设置标准或默认的走线宽度, 和间距值。这些规则可能看起来非常基本,但它们对于成功布置电路板绝对必不可少。在线检查系统在电路板布线时使用这些值来防止设计人员意外连接不属于一起的走线,如下图所示。

设计规则系统的另一部分是可以作为规则添加到设计中的电气约束。这些控制跟踪路由的物理属性,以确保电信号在正确的时间到达目的地,并且不会受到串扰或其他信号完整性问题的污染。以下是一些可以设置的约束:

  • 测量的走线长度

  • 匹配走线长度

  • 跟踪路由拓扑

  • 差分对走线路由

  • 用于受控阻抗布线的层规则、独特间距和特定宽度

  • 用于更宽宽度和间隙的电源网规则

  • 高速信号路径

  • 跟踪计时或调整 

接下来,让我们看看 PCB 布局的一些关键设计规则,从这些规则应该如何在原理图中开始。

手动路由跟踪时,跟踪被拒绝并标记为错误

在线 DRC 使 PCB 布局团队免于犯各种不同的布线错误

一组有组织的设计规则和约束始于原理图

原理图应与每张纸上的电路逻辑设计流程一起捕获。这不仅对于 PCB 布局团队在电路板上布局电路时更容易遵循,而且在创建原理图网络类和设计规则时,其组织也将有所帮助。大多数设计系统都为用户提供了一种从原理图中创建设计规则的方法,如果您可以使用它,您应该充分利用它。例如,诸如存储器总线或阻抗控制线之类的网络可以在网络类中组合在一起。尽管您可以将网络规则应用于单个网络,但将一组规则应用于整个组要容易得多。从那里您可以为布局创建特定的走线宽度和间距规则,或指定某些走线属性,例如您想要遵循的拓扑或长度。

您还应该确保所有这些信息都准备好从原理图传递到布局这意味着检查所有部件是否都已更新,规则是否到位,并将原理图与 PCB 布局同步。这将有助于布局团队使用原理图进行交叉探测以及网络和引脚的选择。示意图还应包含有关特定规则和布局要求的注释和信息。有了这些数据,设计就可以为 PCB 布局团队添加的其余物理规则和约束做好准备。

使用 Cadence Allegro PCB Editor 的 Constraint Manager 设置元件间距

使用设计规则和约束来管理组件封装之间的间距

充分利用 CAD 系统的 PCB 布局设计规则

每个 PCB 设计 CAD 系统都有自己的方法来设置设计规则和约束。出于我们的目的,我们将使用 Cadence 的 Allegro PCB 编辑器中的约束管理器作为示例。

约束管理器是一个电子表格样式的应用程序,可在原理图和 PCB 编辑器中使用。在上图中,约束管理器用于设置 PCB 装配间隙。这些值将决定每个组件与电路板上的其他组件或物体的接近程度。这对于元件放置至关重要,以确保您的最终电路板设计完全可制造。在图片中,您还可以看到可以设置的附加装配约束以及用于设置 PCB 制造和测试设计规则的菜单选项。在这里,您将能够指定阻焊带、焊膏覆盖率、丝印覆盖率和测试点间距的规则。

在下图中,您可以看到使用相同的约束管理器来设置跟踪路由的设计规则。在这种情况下,通孔被分配给单个网络,通过展开菜单,您将能够看到更多设置,例如走线宽度和间距。这些相同的设置也可用于网络类、图层或区域。还可以添加更多约束,例如走线颈缩宽度、相同的网络间距和差分对间距。此外,约束管理器可用于设置电气约束,包括以下内容:

  • 信号完整性规则

  • 时间限制

  • 阻抗

  • 传播延迟

  • 返回路径

如您所见,设计规则中可以设置大量数据,以帮助确保您的电路板设计正确并且可以顺利制造。然而,除此之外,您还可以使用更多关键的 PCB 布局设计规则,我们将在接下来介绍这些规则。

在 Cadence Allegro PCB Editor 的 Constraint Manager 中设置 via assignments

在 Allegro 约束管理器中显示不同通孔分配的物理网络约束

将设计规则和约束提升到新的水平

通过使用 3D 步骤模型,布局团队现在可以了解 PCB 设计,而这在过去只能通过机械设计系统实现。借助 CAD 工具的 3D 功能,PCB 设计人员可以更全面、更全面地了解他们的工作,从而能够发现意外的组件冲突和碰撞。这些工具还使 PCB 设计人员能够导入机械设计文件,以根据整个系统设计的其他元素(包括其他 PCB、电缆和系统外壳)检查他们的电路板。这些系统还能够通过对 3D 模型运行设计规则检查来搜索碰撞,如下图所示。

使用 Allegro 中的 3D 查看器检查 PCB 布局中的设计规则

Cadence 的 Allegro PCB 编辑器的 3D 画布中的对象碰撞报告

PCB 布局的设计规则可以让您突破技术极限,但不能越过它,从而开辟一个全新的世界。这使您可以自由地考虑设计中的所有可能场景,而不必担心您的努力是否违反了设计规则。要了解有关电路板设计现在如何与机械设计融合的更多信息,请联系我们