祥讲PCB设计的六个流程

设计流程 PCB 的设计流程分为网表输入、规则设置、元器件布局、布线、检查、复查、输出六个步骤.

2.1 网表输入 网表输入有两种方法，一种是使用 PowerLogic 的 OLE PowerPCB Connection 功能，选择 Send Netlist，应用 OLE，可以随时保 持原理图和 PCB 图的一致， 尽量减少出错的可能。 另一种方法是直接在 PowerPCB 中装载网表，选择 File->Import，将原理图生成的网表输入进来。

2.2 规则设置 如果在原理图设计阶段就已经把 PCB 的设计规则设置好的 话，就不用再进行设置这些规则了，因为输入网表时，设计规则已随网表输入进 PowerPCB 了。如果修改了设计规则，必须同步原理图，保证原理图和 PCB 的一致。除了设计规则和层定义外，还有一些规则需要设置，比如 Pad Stacks，需 要修改标准过孔的大小。 如果设计者新建了一个焊盘或过孔， 一定要加上 Layer 25。

• 注意： PCB 设计规则、层定义、过孔设置、CAM 输出设置已经作成缺省启 动文件，名称为 Default.stp，网表输入进来以后，按照设计的实际情况，把电源网络和地分配给电源层和地层，并设置其它高级规则。在所有的规则都设置好 以后，在 PowerLogic 中，使用 OLE PowerPCB Connection 的 Rules From PCB 功能，更新原理图中的规则设置，保证原理图和 PCB 图的规则一致。
  

2.3 元器件布局 网表输入以后，所有的元器件都会放在工作区的零点，重叠在一起，下一步的工作就是把这些元器件分开，按照一些规则摆放整齐，即元 器件布局。PowerPCB 提供了两种方法，手工布局和自动布局。

2.3.1 手工布局

• 1. 工具印制板的结构尺寸画出板边（Board Outline）。
• 2. 将元器件分散（Disperse Components），元器件会排列在板边的周围。
• 3. 把元器件一个一个地移动、旋转，放到板边以内，按照一定的规则摆放整齐。
  

2.3.2 自动布局PowerPCB 提供了自动布局和自动的局部簇布局，但对大多 数的设计来说，效果并不理想，不推荐使用。

2.3.3 注意事项

• a. 布局的首要原则是保证布线的布通率，移动器件时注意飞线的连接，把有连线关系的器件放在一起
• b. 数字器件和模拟器件要分开，尽量远离
• c. 去耦电容尽量靠近器件的 VCC
• d. 放置器件时要考虑以后的焊接，不要太密集
• e. 多使用软件提供的 Array 和 Union 功能，提高布局的效率
  

2.4 布线 布线的方式也有两种，手工布线和自动布线。 PowerPCB 提供的手工布线功能十分强大，包括自动推挤、在线设计规则检查（DRC），自动布线由 Specctra 的布线引擎进行，通常 这两种方法配合使用，常用的步骤是手工—自动—手工。

2.4.1 手工布线

1. 自动布线前，先用手工布一些重要的网络，比如高频时钟、主电源等，这些网络往往对走线距离、线宽、线间距、屏蔽等有特殊 的要求；另外一些特殊封装，如 BGA，自动布线很难布得有规则，也要用手工布线。

2. 自动布线以后，还要用手工布线对 PCB 的走线进行调整。

2.4.2 自动布线 手工布线结束以后，剩下的 网络就交给自动布线器来自布。选择 Tools->SPECCTRA，启动 Specctra 布 线器的接口，设置好 DO 文件，按 Continue 就启动了 Specctra 布线器自动布线，结束后如果布通率为 100%，那么就可以进行手工调整布线了；如果不到 100%，说明布局或手工布线有问题，需要 调整布局或手工布线，直至全部布通为止。

2.4.3 注意事项

• a. 电源线和地线尽量加粗
• b. 去耦电容尽量与 VCC 直接连接
• c. 设置Specctra 的 DO 文件时，首先添加 Protectall wires 命令，保护 手工布的线不被自动布线器重布
• d. 如果有混合电源层，应该将该层定义为 Split/mixed Plane，在布线之 前将其分割，布完线之后，使用 PourManager 的 Plane Connect 进行覆铜
• e. 将所有的器件管脚设置为热焊盘方式，做法是将 Filter 设为 Pins，选 中所有的管脚，修改属性，在 Thermal 选项前打勾
• f. 手动布线时把 DRC 选项打开，使用动态布线（Dynamic Route）
  

2.5 检查 检查的项目有间距（Clearance）、连接性（Connectivity）、高 速规则（High Speed）和电源层（Plane），这些项目可以选择 Tools->Verify Design 进行。如果设置了高速规则，必须检查，否则可以跳过这一项。检查出错误，必须修改布 局和布线。

• 注意： 有些错误可以忽略，例如有些接 插件的 Outline 的一部分放在了板框外，检查间距时会出错；另外每次修改过走线和过孔之后，都要重新覆铜一次。
  

2.6 复查 复查根据“PCB 检查表”，内容包括设计规则，层定义、线宽、 间距、焊盘、过孔设置；还要重点复查器件布局的合理 性，电源、地线网络的走线，高速时钟网络的走线与屏蔽，去耦电容的摆放和连接等。复查不合格，设计者要修改布局和布线，合 格之后，复查者和设计 者分别签字。

2.7 设计输出PCB 设计可以输出到打印机或输出光绘文件。打印机可以把 PCB 分层打印，便于设计者和复查者检查；光绘文件交给制板厂家， 生产印制板。 光绘文件的输出十分重要， 关系到这次设计的成败， 下面将着重说明输出光绘文件的注意 事项。

• a. 需要输出的层有布线层（包括顶层、底层、中间布线层）、电源层（包括 VCC 层和 GND 层）、丝印层（包括顶层丝印、底层丝印）、阻焊层（包括顶层阻焊和底层阻焊），另外还要生成钻孔文件（NC Drill）
• b. 如果电源层设置为 Split/Mixed，那么在 Add Document 窗口的 Document 项选择 Routing，并且每次输出光绘文件之前， 都要对 PCB 图使用 Pour Manager 的 Plane Connect 进行覆铜； 如果设置为 CAM Plane，则选择 Plane， 在设置 Layer 项的时候， 要把 Layer25 加上，在 Layer25 层中选择 Pads 和 Viasc. 在设备设置窗口 （按 Device Setup），将 Aperture 的值改为 199
• d. 在设置每层的 Layer 时，将 Board Outline 选上
• e. 设置丝印层的 Layer 时，不要选择 Part Type，选择顶层（底层）和丝 印层的 Outline、Text、Line
• f. 设置阻焊层的 Layer 时，选择过孔表示过孔上不加阻焊，不选过孔表示 家阻焊，视具体情况确定
• g. 生成钻孔文件时，使用 PowerPCB 的缺省设置，不要作任何改动
• h. 所有光绘文件输出以后，用 CAM350 打开并打印，由设计者和复查者根据 “PCB 检查表”检查过孔（via）是多层 PCB 的重要组 成部分之一，钻孔的费用通常占 PCB 制板费用的 30%到 40%。
  

简单的说来，PCB 上的每一个孔都可以称之为过孔。

从作用上看，过孔可以 分成两类：一是用作各层间的电气连接； 二是用作器件的固定或定位。

如果从工艺制程上来说，这些过孔一般又分为 三类，即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。

盲孔位于 印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路 的连接，孔的深度通常不超过一定的比率(孔径)。

埋孔是指位于印刷线路板内 层的连接孔， 它不会延伸到线路板的表面。 上述两类孔都位于线路板的内层， 层压前利用通孔成型工艺完成，在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。

第三种称为通孔，这种孔穿过整个线路板，可用于实现内部互连或作为元件的安 装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现，成本较低，所以绝大部分印刷电路板均使用它，而不用另外两 种过孔。以下所说的过孔，没有特殊说明的，均作为 通孔考虑。 从设计的角度来看，一个过孔主要由两个部分组成，一是中间的钻孔 （drill hole）,二是钻孔周围的焊盘区，见下图。这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小。

很显然，在高速高密度的 PCB 设计时，设 计者总是希望过孔越小越好，这样板上可以留有更多的布线空间，此外，过孔越小，其自身的寄生电容也越小，更适合用于高速电路。 但孔尺寸的减小同时带来了成本的增加， 而且过孔的尺寸不可能无限制的减 小，它受到钻孔(drill)和电镀 plating）等工艺技术的限制：孔越小，钻孔需 花费的时间越长， 也越容易偏离中心位置； 且当孔的深度超过钻孔直径的 6 倍时， 就无法保证孔壁能均匀镀铜。比如，现在正常的一块 6 层 PCB 板的厚度（通孔深 度）为 50Mil 左右，所以 PCB 厂家能提供的钻孔直径最小只能达到 8Mil。

二、过孔的寄生电容

过孔本身存在着对地的寄生电容，如果已知过孔在铺地层上的隔离孔直径为D2,过孔焊盘的直径为 D1,PCB 板的厚度为 T,板基材介电常数为 ε,则 过孔的寄生电容大小近似于： C=1.41εTD1/(D2-D1) 过孔的寄生电容会给电路 造成的主要影响是延长了信号的上升 时间，降低了电路的速度。举例来说，对于一块厚度为 50Mil 的 PCB 板，如果使用内径为 10Mil，焊盘直径为 20Mil 的过 孔，焊盘与地铺 铜区的距离为 32Mil,则我们可以通过上面的公式近似算出过孔 的寄生电容大致是：

C=1.41×4.4×0.050×0.020/(0.032-0.020)=0.517pF，

这 部分电容引起的上升时间变化量为：

T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2×0.517x(55/2)=31.28ps。

从这些数值可以看出，尽管 单个过孔的寄生 电容引起的上升延变缓的效用不是很明显，但是如果走线中多 次使用过孔进行层间的切换，设计者还是要慎重考虑的。

三、过孔的寄生电感

同样，过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感，

在高速数字电路的设计中，过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，减弱整个电源系统的滤波效用。我们可以用下面的公式来简单地计算一个过孔近似的寄生电感

： L=5.08h[ln(4h/d)+1]其中 L 指过孔的电感，h 是过孔的长度，d是中心钻孔的直径。

从式中可以 看出，过孔的直径对电感的影响较小，而对电 感影响最大的是过孔的长度。仍然采用上面的例子，可以计算出过孔的电感为：

L= 5.08×0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH。

如果信号的上升时间是 1ns， 那么其等效阻抗大小为：XL=πL/T10-90=3.19Ω。这样 的阻抗在有高频电流的 通过已经不能够被略，特别要注意，旁路电容在连接电源层和地层的时候需要通过两个过孔，这样过孔的寄生电感就会成倍增加。

四、高速 PCB 中的过孔设计

通过上面对过孔寄生特性的分析，我们可以看 到，在高速 PCB 设计中，看似简单的过孔往往也会给电路

• 1、从成本和信号质量两方面考虑，选择合理尺寸的过孔大小。比如对 6-10 层的内 存模块 PCB 设计来说，选用 10/20Mil（钻孔/焊盘）的过孔较好，对于 一些高密度的小尺寸的板子，也可以尝试使用 8/18Mil 的过孔。 目前技术条件下， 很难使用更小尺寸的过孔了。对电源或地线的过孔则可以考虑使用较大尺寸，以减小阻抗。
• 2、上面讨论的两个公式可以得出，使用较薄的 PCB 板有利于减小过孔的两 种寄 生参数。
• 3、PCB 板上的信号走线尽量不换层，也就是说尽量不要使用不必要的过孔。
• 4、电源和地的管脚要就近打过孔，过孔和管脚之间的引线越短越好，因为它们会 导致电感的增加。同时电源和地的引线要尽可能粗以减少阻抗。
• 5、在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔，以便为信号提供最近的回路。甚至可以在 PCB 板上大量放置一些多余的接地过孔。当然， 在设计时还需要灵活多变。 前面讨论的过孔模型是每层均有焊盘的情况，也有的时候，我们可以将某些层的焊盘减小甚至去掉。 特别是在过孔密度非常 大的情况下，可能会导致在铺铜层形成一个隔断回路的断槽，解决这样的问题除了移动过孔的位置，我们还可以考虑将过孔在该铺铜层的焊盘尺寸减小
  

学习一下。

感谢小编无私分享

比较详细，多谢分享！

十分好啊，小编！