PCB 布局经验法则

2021-06-22

PCB 布局经验法则

PCB 布局的第一条经验法则——从一个完整的计划开始

规划您的组件放置以获得最佳布线

将经验法则转化为设计规则和约束

放置在印刷电路板上的组件，如在 3D PCB 设计系统中所见

仅仅因为“经验法则”通常基于经验而不是精确的事实，并不能否定其价值。我们每天都依赖许多经验法则，包括适用于印刷电路板设计的经验法则。

虽然 PCB 布局的许多方面都受程序、标准和工作流程的约束，但仍有很多内容仅属于部落知识。除非这些知识被收集、记录并整合到设计数据库中，否则它只会存在于从一位设计师传递给下一位设计师的信息中。让我们来看看一些更常见的 PCB 布局经验法则，看看它们如何应用于我们当前布局的电路板。

第一个 PCB 布局经验法则：从计划开始

您可能永远不会在公司程序或 PCB 设计教程中发现的东西是在开始之前制定计划的重要性。众所周知，许多布局设计师会直接投入到新设计中，而没有首先考虑他们所做工作的所有后果。这可能会导致布线失败并最终更改布局以正确完成设计。为避免出现此类问题，请在开始放置零件之前先考虑一下您要完成的任务。以下是一些需要考虑的想法：

数据：预先收集尽可能多的信息。您需要使用的越多，重新设计部分的可能性就越小。

库：在开始放置组件之前，请确保您的PCB 库已准备就绪。必须重新布局电路以适应修改或校正的部件，从而浪费了大量设计时间。

原理图：确保原理图相对完整、更新并准备就绪。如果布局合理，组件和网络清楚地标记和定义，这也非常有帮助。

参数：首先使用首选设置设置您的设计环境，以便您以后不必返回并调整文本或其他细节。

工作流程：在开始之前，请确保团队中的每个人都了解他们的职责。将任务分配给团队成员，组织工作流程，并在需要时安排额外的帮助。

有了适当的计划，您就可以开始您的布局，而不会因分心而浪费时间和精力。接下来，我们将看看在电路板上放置组件的一些经验法则。

PCB 布局应从详细计划开始，以避免在完成设计时出现问题

干净的 PCB 布局从布局开始

要记住的一个经验法则是组件的放置会驱动电路板的布线，而不是相反。PCB 设计人员通常本能地知道这个规则，但它仍然是一个重要的点。虽然总是需要调整零件以帮助布线，但设计师仍然必须了解良好的零件放置对设计的整体成功有多么重要。以下是一些有助于解决此问题的其他放置规则。

平面规划

电路板通常具有不同类型的电路，可以指定为数字、模拟和电源。这些可以进一步细分为子组，如果这些组混合在一起，可能会导致巨大的信号和电源完整性问题。您可以做的最好的事情是在开始将组件放置在电路板上之前进行平面图或对设计中的电路组进行分区。这将帮助您避免串扰、EMI、噪声和其他完整性问题，这些问题可能会破坏原本美观的设计。一种方法是将设计设置为在原理图和布局之间进行交叉选择，这样您就可以在布局中选择要在原理图中分组的部件组。

元件放置

准备好电路板的平面图后，您现在有一个很好的攻击计划，可以使用您的布局。现在是时候通过使用一些额外的 PCB 布局经验法则将组件放置在电路板上来执行该计划了：

保持电路的模拟和数字区域彼此分开。即使您已经在平面图中这样做了，在实际放置零件时也要小心。放置是一个不断变化的迭代过程，您可以轻松地将零件滑出其首选位置。

保持嘈杂的电源组件与其提供的数字电路之间的隔离。

将较大的内存和处理器组件放在设计中心，以帮助在整个电路板上均匀散热。

根据原理图中指定的信号路径放置高速组件。应尽可能在这些引脚之间放置一个串联在源和负载之间的电阻器。

模拟和电源电路应将其组件放置为最佳布线。该电路中使用的走线通常需要比其他走线短、直且宽，以帮助降低电感、电阻和噪声。

还需要放置 PCB 部件，以便最好地将它们组装到电路板上。可制造性设计 (DFM) 规则通常被视为经验法则，但它们对设计的成功至关重要。在开始 PCB 布局之前，应与制造商确认这些规则，以确保可以按设计构建电路板。

布线的放置注意事项

尽管我们之前说过布局驱动布线，但布线对部件的放置方式也有影响。出于这个原因，组件的放置也需要考虑到布线。以下是一些路由经验法则：

给自己足够的空间来路由大数据存储器总线。记住也要允许逃逸路由。

放置部件，使敏感的数字信号不会通过模拟电路或模拟信号通过数字电路。

确保为敏感信号（例如差分对）留出足够的空间，这些信号需要与其他布线留出额外的间距。

不要让您的组件放置迫使您跨参考接地平面中的空隙或裂口布线。这将破坏信号返回路径并在板上产生噪声。

好消息是，许多这些布局和布线经验法则可以在您的 CAD 系统中设置为官方设计规则和约束。我们接下来会检查它。

为差分对设置 PCB 设计规则和约束

将经验丰富的 PCB 布局规则转化为设计规则和约束

虽然有时可以在没有大量自动化的情况下完成更简单的设计，但当今大多数 PCB 布局有太多要求，无法手动跟踪所有这些。幸运的是，我们之前讨论的元件放置和布线的经验法则通常可以在您的 CAD 系统中设置为设计规则和约束。

该约束管理，如上所示，为设计师提供了一个简单的输入工具，使他们的经验法则合法化。从默认值开始，电子表格样式的应用程序允许您设置一个将在整个过程中传播的值，或者根据需要手动复制和粘贴条目。可在原理图和布局中访问的管理器还允许创建可以添加网络或组件组的类。可以将迹线宽度和空间以及其他约束添加到单个网络或网络类。还可以设置高速设计规则，以及各种制造和组装规则，以监控部件放置、丝网印刷、阻焊层和焊膏掩膜。这些规则会在您设计时由在线检查系统持续检查，或者可以根据需要进行批量检查。

借助约束管理器等功能，PCB 布局设计人员可以依赖他们的系统，而不是记住多个经验法则。不过，关键是要完全配置这些功能并使这些功能适合您。

我们已经看到了像约束管理器这样的工具如何帮助设计者，但是只有当管理器设置了必要的规则和约束时，这种帮助才可用。值得庆幸的是，PCB 设计工具也可以为您提供帮助，因为这些工具中的大多数都提供了一种导入和导出其设计规则的机制。工具中还有许多其他功能可以自动化，例如设置用于布局的不同设计参数。

在上图中，您可以看到 Allegro 如何使用其原理图来交叉选择组件。在左侧的原理图中选择了一个零件，然后它会自动以红色突出显示右侧的布局对应部分。通过设置您的系统来执行此操作，您可以在原理图中快速找到并选择您需要的部件，它们将在布局中自动交叉选择。 

可以设置这些以及许多其他参数，以帮助您将 PCB 布局的经验法则整合到您的 PCB CAD 环境中，从而帮助您避免代价高昂的错误和错误。