PCB LAYOUT技術大全

1.原理圖常見錯誤：
（1）ERC報告管腳沒有接入信號：
a. 創建封裝時給管腳定義了I/O屬性；
b.創建元件或放置元件時修改了不一致的grid屬性，管腳與線沒有連上；
c. 創建元件時pin方向反向，必須非pin name端連線。
（2）元件跑到圖紙界外：沒有在元件庫圖表紙中心創建元件。
（3）創建的工程文件網絡表只能部分調入pcb：生成netlist時沒有選擇為global。
（4）當使用自己創建的多部分組成的元件時，千萬不要使用annotate.

2.PCB中常見錯誤：
（1）網絡載入時報告NODE沒有找到：
a. 原理圖中的元件使用了pcb庫中沒有的封裝；
b. 原理圖中的元件使用了pcb庫中名稱不一致的封裝；
c. 原理圖中的元件使用了pcb庫中pin number不一致的封裝。如三極管：sch中pin number 為e,b,c, 而pcb中為1，2，3。

（2）打印時總是不能打印到一頁紙上：
a. 創建pcb庫時沒有在原點；
b. 多次移動和旋轉了元件，pcb板界外有隱藏的字符。選擇顯示所有隱藏的字符， 縮小pcb, 然后移動字符到邊界內。

（3）DRC報告網絡被分成幾個部分：
表示這個網絡沒有連通，看報告文件，使用選擇CONNECTED COPPER查找。
另外提醒朋友盡量使用WIN2000, 減少藍屏的機會；多幾次導出文件，做成新的DDB文件，減少文件尺寸和PROTEL僵死的機會。如果作較復雜得設計，盡量不要使用自動布線。

??? 在PCB設計中，布線是完成產品設計的重要步驟，可以說前面的準備工作都是為它而做的， 在整個PCB中，以布線的設計過程限定最高，技巧最細、工作量最大。PCB布線有單面布線、 雙面布線及多層布線。布線的方式也有兩種：自動布線及交互式布線，在自動布線之前， 可以用交互式預先對要求比較嚴格的線進行布線，輸入端與輸出端的邊線應避免相鄰平行， 以免產生反射干擾。必要時應加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產生寄生耦合。

??? 自動布線的布通率，依賴于良好的布局，布線規則可以預先設定， 包括走線的彎曲次數、導通孔的數目、步進的數目等。一般先進行探索式布經線，快速地把短線連通， 然后進行迷宮式布線，先把要布的連線進行全局的布線路徑優化，它可以根據需要斷開已布的線。 并試著重新再布線，以改進總體效果。

??? 對目前高密度的PCB設計已感覺到貫通孔不太適應了， 它浪費了許多寶貴的布線通道，為解決這一矛盾，出現了盲孔和埋孔技術，它不僅完成了導通孔的作用， 還省出許多布線通道使布線過程完成得更加方便，更加流暢，更為完善，PCB 板的設計過程是一個復雜而又簡單的過程，要想很好地掌握它，還需廣大電子工程設計人員去自已體會， 才能得到其中的真諦。

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2、設計流程
PCB的設計流程分為網表輸入、規則設置、元器件布局、布線、檢查、復查、輸出六個步驟.

2.1 網表輸入
??? 網表輸入有兩種方法，一種是使用PowerLogic的OLE PowerPCB Connection功能，選擇Send Netlist，應用OLE功能，可以隨時保持原理圖和PCB圖的一致，盡量減少出錯的可能。另一種方法是直接在PowerPCB中裝載網表，選擇File->Import，將原理圖生成的網表輸入進來。

2.2 規則設置
??? 如果在原理圖設計階段就已經把PCB的設計規則設置好的話，就不用再進行設置.
??? 這些規則了，因為輸入網表時，設計規則已隨網表輸入進PowerPCB了。如果修改了設計規則，必須同步原理圖，保證原理圖和PCB的一致。除了設計規則和層定義外，還有一些規則需要設置，比如Pad Stacks，需要修改標準過孔的大小。如果設計者新建了一個焊盤或過孔，一定要加上Layer 25。

注意：
???? PCB設計規則、層定義、過孔設置、CAM輸出設置已經作成缺省啟動文件，名稱為Default.stp，網表輸入進來以后，按照設計的實際情況，把電源網絡和地分配給電源層和地層，并設置其它高級規則。在所有的規則都設置好以后，在PowerLogic中，使用OLE PowerPCB Connection的Rules From PCB功能，更新原理圖中的規則設置，保證原理圖和PCB圖的規則一致。

2.3 元器件布局
網表輸入以后，所有的元器件都會放在工作區的零點，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，手工布局和自動布局。

2.3.1 手工布局
1. 工具印制板的結構尺寸畫出板邊（Board Outline）。
2. 將元器件分散（Disperse Components），元器件會排列在板邊的周圍。
3. 把元器件一個一個地移動、旋轉，放到板邊以內，按照一定的規則擺放整齊。

2.3.2 自動布局
PowerPCB提供了自動布局和自動的局部簇布局，但對大多數的設計來說，效果并不理想，不推薦使用。

2.3.3 注意事項
a. 布局的首要原則是保證布線的布通率，移動器件時注意飛線的連接，把有連線關系的器件放在一起
b. 數字器件和模擬器件要分開，盡量遠離
c. 去耦電容盡量靠近器件的VCC
d. 放置器件時要考慮以后的焊接，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，手工布線和自動布線。PowerPCB提供的手工布線功能十分強大，包括自動推擠、在線設計規則檢查（DRC），自動布線由Specctra的布線引擎進行，通常這兩種方法配合使用，常用的步驟是手工—自動—手工。

2.4.1 手工布線
1. 自動布線前，先用手工布一些重要的網絡，比如高頻時鐘、主電源等，這些網絡往往對走線距離、線寬、線間距、屏蔽等有特殊的要求；另外一些特殊封裝，如BGA，自動布線很難布得有規則，也要用手工布線。
2. 自動布線以后，還要用手工布線對PCB的走線進行調整。

2.4.2 自動布線
??? 手工布線結束以后，剩下的網絡就交給自動布線器來自布。選擇Tools->SPECCTRA，啟動Specctra布線器的接口，設置好DO文件，按Continue就啟動了Specctra布線器自動布線，結束后如果布通率為100%，那么就可以進行手工調整布線了；如果不到100%，說明布局或手工布線有問題，需要調整布局或手工布線，直至全部布通為止。

2.4.3 注意事項
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. 設置Specctra的DO文件時，首先添加Protect all wires命令，保護手工布的線不被自動布線器重布
d. 如果有混合電源層，應該將該層定義為Split/mixed Plane，在布線之前將其分割，布完線之后，使用Pour Manager的Plane Connect進行覆銅
e. 將所有的器件管腳設置為熱焊盤方式，做法是將Filter設為Pins，選中所有的管腳，修改屬性，在Thermal選項前打勾
f. 手動布線時把DRC選項打開，使用動態布線（Dynamic Route）

2.5 檢查
??? 檢查的項目有間距（Clearance）、連接性（Connectivity）、高速規則（High Speed）和電源層（Plane），這些項目可以選擇Tools->Verify Design進行。如果設置了高速規則，必須檢查，否則可以跳過這一項。檢查出錯誤，必須修改布局和布線。

注意：
??? 有些錯誤可以忽略，例如有些接插件的Outline的一部分放在了板框外，檢查間距時會出錯；另外每次修改過走線和過孔之后，都要重新覆銅一次。

2.6 復查
??? 復查根據“PCB檢查表”，內容包括設計規則，層定義、線寬、間距、焊盤、過孔設置；還要重點復查器件布局的合理性，電源、地線網絡的走線，高速時鐘網絡的走線與屏蔽，去耦電容的擺放和連接等。復查不合格，設計者要修改布局和布線，合格之后，復查者和設計者分別簽字。

2.7 設計輸出
??? PCB設計可以輸出到打印機或輸出光繪文件。打印機可以把PCB分層打印，便于設計者和復查者檢查；光繪文件交給制板廠家，生產印制板。光繪文件的輸出十分重要，關系到這次設計的成敗，下面將著重說明輸出光繪文件的注意事項。

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?。?、阻焊層（包括頂層阻焊和底層阻焊），另外還要生成鉆孔文件（NC Drill）

b. 如果電源層設置為Split/Mixed，那么在Add Document窗口的Document項選擇Routing，并且每次輸出光繪文件之前，都要對PCB圖使用Pour Manager的Plane Connect進行覆銅；如果設置為CAM Plane，則選擇Plane，在設置Layer項的時候，要把Layer25加上，在Layer25層中選擇Pads和Viasc. 在設備設置窗口（按Device Setup），將Aperture的值改為199

d. 在設置每層的Layer時，將Board Outline選上
e. 設置絲印層的Layer時，不要選擇Part Type，選擇頂層（底層）和絲印層的Outline、Text、Line
f. 設置阻焊層的Layer時，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，使用PowerPCB的缺省設置，不要作任何改動。
h. 所有光繪文件輸出以后，用CAM350打開并打印，由設計者和復查者根據“PCB檢查表”檢查。

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????????????????????????????????????????????? 過孔

??? 過孔（via）是多層PCB的重要組成部分之一，鉆孔的費用通常占PCB制板費用的30%到40%。簡單的說來，PCB上的每一個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層的連接孔，它不會延伸到線路板的表面。上述兩類孔都位于線路板的內層，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重疊做好幾個內層。第三種稱為通孔，這種孔穿過整個線路板，可用于實現內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現，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。

??? 從設計的角度來看，一個過孔主要由兩個部分組成，一是中間的鉆孔（drill hole）,二是鉆孔周圍的焊盤區，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設計時，設計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）等工藝技術的限制：孔越小，鉆孔需花費的時間越長，也越容易偏離中心位置；且當孔的深度超過鉆孔直徑的6倍時，就無法保證孔壁能均勻鍍銅。比如，現在正常的一塊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到8Mil。

二、過孔的寄生電容
??? 過孔本身存在著對地的寄生電容，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,板基材介電常數為ε,則過孔的寄生電容大小近似于：

C=1.41εTD1/(D2-D1)

??? 過孔的寄生電容會給電路造成的主要影響是延長了信號的上升時間，降低了電路的速度。舉例來說，對于一塊厚度為50Mil的PCB板，如果使用內徑為10Mil，焊盤直徑為20Mil的過孔，焊盤與地鋪銅區的距離為32Mil,則我們可以通過上面的公式近似算出過孔的寄生電容大致是：C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF，這部分電容引起的上升時間變化量為：T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.517x(55/2)=31.28ps 。從這些數值可以看出，盡管單個過孔的寄生電容引起的上升延變緩的效用不是很明顯，但是如果走線中多次使用過孔進行層間的切換，設計者還是要慎重考慮的。

三、過孔的寄生電感
??? 同樣，過孔存在寄生電容的同時也存在著寄生電感，在高速數字電路的設計中，過孔的寄生電感帶來的危害往往大于寄生電容的影響。它的寄生串聯電感會削弱旁路電容的貢獻，減弱整個電源系統的濾波效用。我們可以用下面的公式來簡單地計算一個過孔近似的寄生電感：

??? L=5.08h[ln(4h/d)+1]其中L指過孔的電感，h是過孔的長度，d是中心鉆孔的直徑。從式中可以看出，過孔的直徑對電感的影響較小，而對電感影響最大的是過孔的長度。仍然采用上面的例子，可以計算出過孔的電感為：L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH 。如果信號的上升時間是1ns，那么其等效阻抗大小為：XL=πL/T10-90=3.19Ω。這樣的阻抗在有高頻電流的通過已經不能夠被忽略，特別要注意，旁路電容在連接電源層和地層的時候需要通過兩個過孔，這樣過孔的寄生電感就會成倍增加。

四、高速PCB中的過孔設計

通過上面對過孔寄生特性的分析，我們可以看到，在高速PCB設計中，看似簡單的過
孔往往也會給電路的設計帶來很大的負面效應。為了減小過孔的寄生效應帶來的不利影響，在設計中可以盡量做到：

1、從成本和信號質量兩方面考慮，選擇合理尺寸的過孔大小。比如對6-10層的內
存模塊PCB設計來說，選用10/20Mil（鉆孔/焊盤）的過孔較好，對于一些高密度的小尺寸的板子，也可以嘗試使用8/18Mil的過孔。目前技術條件下，很難使用更小尺寸的過孔了。對于電源或地線的過孔則可以考慮使用較大尺寸，以減小阻抗。

2、上面討論的兩個公式可以得出，使用較薄的PCB板有利于減小過孔的兩種寄
生參數。
3、PCB板上的信號走線盡量不換層，也就是說盡量不要使用不必要的過孔。
4、電源和地的管腳要就近打過孔，過孔和管腳之間的引線越短越好，因為它們會導致電感的增加。同時電源和地的引線要盡可能粗，以減少阻抗。

5、在信號換層的過孔附近放置一些接地的過孔，以便為信號提供最近的回路。甚至可以在PCB板上大量放置一些多余的接地過孔。當然，在設計時還需要靈活多變。前面討論的過孔模型是每層均有焊盤的情況，也有的時候，我們可以將某些層的焊盤減小甚至去掉。特別是在過孔密度非常大的情況下，可能會導致在鋪銅層形成一個隔斷回路的斷槽，解決這樣的問題除了移動過孔的位置，我們還可以考慮將過孔在該鋪銅層的焊盤尺寸減小。