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PCB设计规范1概述本文档的目的在于说明使用PADS的印制板设计软件PowerPCB进行印制板设计的流程和一些注意事项，为一个工作组的设计人员提供设计规范，方便设计人员之间进行交流和相互检查。2设计流程FPGADSPEDARTOSPCB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OLEPowerPCBConnection功能，选择SendNetlist,应用OLE功能，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PadStacks,需要修改标准过孔的大校如果设计者新建了一个焊盘或过孔，一定要加上Layer25。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OLEPowerPCBConnection的RulesfromPCB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(BoardOutline)。2.将元器件分散(DisperseComponents),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VCCd.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Protectallwires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/mixedPlane,在布线之前将其分割，布完线之后，使用PourManager的PlaneConnect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(DynamicRoute)2.5检查检查的项目有间距(Clearance).连接性(Connectivity).高速规则(HighSpeed)和电源层(Plane),这些项目可以选择Tools-VerifyDesign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(包括顶层丝英底层丝印).阻焊层(包括顶层阻焊和底层阻焊),另外还要生成钻孔文件(NCDrill)b.如果电源层设置为Split/Mixed,那么在AddDocument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PourManager的PlaneConnect进行覆铜；如果设置为CAMPlane,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DeviceSetup),将Aperture的值改为199d.在设置每层的Layer时，将BoardOutline选上e.设置丝印层的Layer时，不要选择PartType,选择顶层(底层)和丝印层的Outline.Text.Linef.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PCB布线线宽和承载电流在PCB布线的时候，一个很重要的问题是需要保证布线线宽取值恰当，以使能够满足电流需求。摘录电子电路抗干扰实用技术(国防工业出版社,毛楠孙瑛96.1第一版)：“由于敷铜板铜箔厚度有限,在需要流过较大电流的条状铜箔中,应考虑铜箔的载流量问题.仍以典型的0.03mm厚度的为例,如果将铜箔作为宽为W(mm),长度为L(mm)的条状导线,其电阻为0.0005*L/W欧姆.另外,铜箔的载流量还与印刷电路板上安装的元件种类,数量以及散热条件有关.在考虑到安全的情况下,一般可按经验公式0.15*W(A)来计算铜箔的载流量”计算方法如下:先计算Track的截面积,大部分PCB的铜箔厚度为35um(不确定的话可以问PCB厂家)它乘上线宽就是截面积,注意换算成平方毫米.有一个电流密度经验值,为15~25安培/平方毫米.把它乘上截面积就得到通流容量。I=KT0.44A0.75(K为修正系数,一般覆铜线在内层时取0.024,在外层时取0.048。T为最大温升,单位为摄氏度(铜的熔点是1060℃)，A为覆铜截面积,单位为平方MIL(不是毫米mm,注意是squaremil.)，I为容许的最大电流,单位为安培(amp)。一般10mil=0.010inch=0.254可为1A,250MIL=6.35mm,为8.3A。PCB载流能力的计算一直缺乏权威的技术方法,公式,经验丰富CAD工程师依靠个人经验能作出较准确的判断.但是对于CAD新手,不可谓遇上一道难题。PCB的载流能力取决与以下因素:线宽,线厚(铜箔厚度),容许温升.大家都知道,PCB走线越宽,载流能力越大。假设在同等条件下,10MIL的走线能承受1A,那么50MIL的走线能承受多大电流？是5A吗？答案自然是否定的。请看以下来自国际权威机构提供的数据：线宽的单位是:Inch(inch英寸=25.4millimetres毫米)；1oz.铜=35微米厚,2oz.=70微米厚。1OZ=0.035mm1mil.=10-3inch。首先介绍电容的作用作为无源元件之一的电容，其作用不外乎以下几种：1、应用于电源电路，实现旁路、去藕、滤波和储能方面电容的作用，下面分类详述之：1）滤波滤波是电容的作用中很重要的一部分。几乎所有的电源电路中都会用到。从理论上（即假设电容为纯电容）说，电容越大，阻抗越小，通过的频率也越高。但实际上超过1uF的电容大多为电解电容，有很大的电感成份，所以频率高后反而阻抗会增大。有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容，这时大电容通低频，小电容通高频。电容的作用就是通高阻低，通高频阻低频。电容越大低频越容易通过，电容越大高频越容易通过。具体用在滤波中,大电容(1000uF)滤低频，小电容(20pF)滤高频。曾有网友将滤波电容比作“水塘”。由于电容的两端电压不会突变，由此可知，信号频率越高则衰减越大，可很形象的说电容像个水塘，不会因几滴水的加入或蒸发而引起水量的变化。它把电压的变动转化为电流的变化，频率越高，峰值电流就越大，从而缓冲了电压。滤波就是充电，放电的过程。2）旁路旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件，它能使稳压器的输出均匀化，降低负载需求。就像小型可充电电池一样，旁路电容能够被充电，并向器件进行放电。为尽量减少阻抗，旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。地弹是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。3）去藕去藕，又称解藕。从电路来说，总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大，驱动电路要把电容充电、放电，才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时候，电流比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电感，电阻（特别是芯片管脚上的电感，会产生反弹），这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作。这就是耦合。去藕电容就是起到一个电池的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦合干扰。将旁路电容和去藕电容结合起来将更容易理解。旁路电容实际也是去藕合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般是0.1u，0.01u等，而去耦合电容一般比较大，是10uF或者更大，依据电路中分布参数，以及驱动电流的变化大小来确定。旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象，而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象，防止干扰信号返回电源。这应该是他们的本质区别。4）储能储能型电容器通过整流器收集电荷，并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。电压额定值为40～450VDC、电容值在220～150000uF之间的铝电解电容器（如EPCOS公司的B43504或B43505）是较为常用的。根据不同的电源要求，器件有时会采用串联、并联或其组合的形式，对于功率级超过10KW的电源，通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。2、应用于信号电路，主要完成耦合、振荡/同步及时间常数的作用：1）耦合举个例子来讲，晶体管放大器发射极有一个自给偏压电阻，它同时又使信号产生压降反馈到输入端形成了输入输出信号耦合，这个电阻就是产生了耦合的元件，如果在这个电阻两端并联一个电容，由于适当容量的电容器对交流信号较小的阻抗,这样就减小了电阻产