第2章 PCB设计基本知识

1第2章PCB设计基本知识PCB是英文PrintedCircuieBoard印制电路板的简称。通常把在绝缘材料上，按预定设计，制成印制线路、印制元件或两者组合而成的导电图形称为印制电路。而在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形，称为印制线路。把印制电路或印制线路的成品板称为印制线路板，亦称为印制板或印制电路板。PCB提供集成电路等各种电子元器件固定装配的平台，实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接。鉴于PCB设计的好坏对抗干扰能力影响很大，因此，PCB的设计除必须遵守一般原则之外，还应符合抗干扰设计与电磁兼容性的要求。2.1PCB设计流程电路板的设计从设计绘制原理图开始，然后形成网络表，导入电路板设计环境，进行PCB设计。主要分为数据输入、规则设置、布局、布线、检查、输出六大步骤。2.1.1数据输入设计完成电路原理图后，可以通过以下两种方法把电路图的数据加载到电路板。1．在电路图环境转移数据在电路图设计环境下，执行菜单命令【Design】|【UpdatePCBDocumentPCB1.PcbDoc】，如图2-1所示，即可将电路数据加载到电路板。图2-1原理图环境下转移数据2．在电路板环境转移数据在电路板编辑环境下，若要把电路图中的数据加载到电路板，执行菜单命令【Design】|【ImportChangesFromCh1.PrjPcb】，如图2-2所示，即可将电路数据加载到电路板。2图2-2电路板环境下转移数据使用上述两种方法中的任何一种，都会打开相同的对话框，如图2-3所示。图2-3数据加载对话框【ValidateChanges】按钮的功能是验证数据更新的正确性，也就是数据能否顺利加载到电路板。单击该按钮后，程序将依次验证每个加载的操作，如果没有问题，则在Check栏里打勾（绿色），否则是叉（红色）。【ExecuteChanges】按钮的功能是是执行数据更新的操作，单击此按钮后，程序将依次执行每个加载的操作，加载成功在Done栏里打勾（绿色），否则打叉（红色）。2.1.2规则设置在电路板设计上，通过对规则的设置来约束电路板上的布线或者布局，确保电路板的设计与制造能够顺利进行。AltiumDesigner提供的设计规则非常齐全，用户可以很方便的对设计规则进行设置。执行菜单命令【Design】│【Rules】，打开设计规则与约束对话框，如图2-4所示。3图2-4规则设置规则设置分为10类：【Electrical】（电气类）、【Routing】（布线类）、【SMT】、【Mask】（掩膜）、【plane】（平面）、【Testpoint】（测试点）、【Manufacturing】（制造）、【HighSpeed】（高速）、【Placement】（布置）、【SignalIntegrity】（信号完整性）。1．电气规则电气类包括：【Clearance】（间隔）、【Short-Circuit】（短路）、【Un-RoutedNet】（未布线网络）和【Un-ConnectedPin】（未连接引脚）四部分。（1）【Clearance】【Clearance】（间隔）是设定电气图件的安全间距。在图2-4所示的对话框，单击【Electrical】│【Clearance】选项，打开安全间隔对话框，如图2-5所示。4图2-5间隔设置（2）【Short-Circuit】【Short-Circuit】（短路）是设定允许短路的线路。单击【Electrical】│【Short-Circuit】选项，打开短路设置对话框，如图2-6所示。图2-6短路设置（3）【Un-RoutedNet】【Un-RoutedNet】（未布线网络）是找出未完成布线的网络。单击【Electrical】5│【Un-RoutedNet】选项，打开未布线网络对话框，如图2-7所示。图2-7未布线设置（4）【Un-ConnectedPin】【Un-ConnectedPin】（未连接引脚）是找出未连接的引脚。单击【Electrical】│【Un-ConnectedNet】选项，如图2-8所示。图2-8未连接引脚设置62．布线规则【Routing】（布线类）设计规则包括：【Width】（宽度）、【RoutingTopology】（布线拓扑）、【RoutingPriority】（布线优先级）、【RoutingLayers】（布线层）、【RoutingCorner】（布线拐角）、【RoutingViaStyle】（布线的过孔样式）、【FanoutControl】（扇出控制）七项内容。如图2-9所示。图2-9布线类设置(1)【Width】【Width】(宽度)设定布线时的宽度。单击【Routing】│【Width】选项，打开不写宽度对话框，如图2-10所示。图2-10宽度设置(2)【RoutingTopology】【RoutingTopology】（布线拓扑）设定布线时的布线模式。单击【Routing】│【RoutingTopology】选项，打开布线模式对话框，如图2-11所示。7图2-11布线拓扑设置(3)【RoutingPriority】【RoutingPriority】（布线优先级）是设定布线时的优先等级，0是最低，100为最高。单击【Routing】│【RoutingPriority】选项，打开布线优先等级对话框，如图2-12所示。图2-12布线优先级设置(4)【RoutingLayers】【RoutingLayers】（布线层）设定布线层，也就是在什么层上布线。单击【Routing】│【RoutingLayers】选项，打开布线层对话框，如图2-13所示。8图2-13布线层设置(5)【RoutingCorners】【RoutingCorners】（布线拐角）设定布线样式，也就是在自动布线时将采用的转角样式。单击【Routing】│【RoutingCorner】选项，打开布线样式对话框，如图2-14所示。图2-14布线拐角设置(6)【RoutingViaStyle】【RoutingViaStyle】（布线的过孔样式）设定布线时的过孔样式。单击【Routing】│【RoutingViaStyle】选项，打开过孔样式对话框，如图2-15所示。9图2-15布线过孔设置(7)【FanoutControl】【FanoutControl】（扇出控制）针对SMD组件的引脚连接方式的控制，也就是扇出式的引接。单击【Routing】│【FanoutControl】选项，打开扇出控制对话框，如图2-16所示。图2-16扇出控制设置3．SMT规则【SMT】表面粘贴设计规则包括：【SMDToCorner】（SMD到弯角）、【SMDToPlane】（SMD到平面）、【SMDToNeck-Down】（SMD到瓶颈）。（1）【SMDToCorner】10【SMDToCorner】（SMD到弯角）设定从SMD焊盘引接出来，经过多远的距离后，该引接线才可以转弯。单击【SMT】│【SMDToCorner】选项，打开SMD到弯角的对话框，如图2-17所示。图2-17SMD到拐角设置（2）【SMDToPlane】【SMDToPlane】（SMD到平面）设定从SMD焊盘连接到焊盘的距离不得大于此距离。单击【SMT】│【SMDToPlane】，打开SMD到平面对话框，如图2-18所示。图2-18（3)【SMDToNeck-Down】【SMDToNeck-Down】（SMD到瓶颈）设定连接SMD焊盘的布线宽度与焊盘宽度之比。单击【SMT】│【SMDToNeck-Down】，打开SMD到瓶颈对话框，如图2-19所示。11图2-19SMD到瓶颈设置4．掩膜规则掩膜（Mask）包括：【SolderMaskExpansion】（助焊膜扩张量）、【PasteMaskExpansion】（阻焊膜扩张量）。（1）【SolderMaskExpansion】【SolderMaskExpansion】（助焊膜扩张量）设定防焊层的延伸量，也就是绿漆与焊盘的间距。单击【Mask】│【SolderMaskExpansion】，打开助焊膜扩张量对话框，如图2-20所示。图2-21助焊膜扩张量设置（2）【PasteMaskExpansion】【PasteMaskExpansion】（阻焊膜扩张量）设定锡膏层的延伸量，也就是锡膏内缩于SMD焊盘的间距。单击【Mask】│【PasteMaskExpansion】，打开阻焊12膜扩张量对话框，如图2-22所示。图2-22阻焊膜扩张量设置5．平面规则【plane】（平面）包括：【PowerPlaneConnectStyle】（电源层连接模式）、【PowerPlaneClearance】（电源层间隙）和【PolygonConnectStyle】（多边形覆铜连接样式）。(1)【PowerPlaneConnectStyle】【PowerPlaneConnectStyle】（电源层连接模式）设定电源层与焊盘的连接样式，单击【Plane】│【PowerPlaneConnectStyle】，打开电源层连接模式对话框，如图2-23所示。图2-23电源层连接设置(2)【PowerPlaneClearance】【PowerPlaneClearance】（电源层间隙）设定电源层与焊盘的安全间距。单击【Plane】│【PowerPlaneClearance】，打开电源层安全间距对话框，如图2-2413所示。图2-24电源层间隙设置(3)【PolygonConnectStyle】【PolygonConnectStyle】（多边形覆铜连接样式）设定铺路与焊盘的连接样式。单击【Plane】│【PolygonConnectStyle】，打开覆铜连接样式对话框，如图2-25所示。图2-25多边形覆铜连接设置6．测试点规则【Testpoint】（测试点）包括：【TestpointStyle】(测试点样式)和【TestpointUsage】（测试点用法）两项。(1)【TestpointStyle】【TestpointStyle】(测试点样式)设定电路板上的测试点大小和测试点的钻孔14直径。单击【Testpoint】│【TestpointStyle】，打开测试点样式对话框，如图2-26所示。图2-26测试点设置(2)【TestpointUsage】【TestpointUsage】（测试点用法）设定测试点的用法。单击【Testpoint】│【TestpointStyle】，打开测试点用法对话框，如图2-27所示。图2-27测试点用法设置7.制造规则【Manufacturing】（制造）包括：【MinimumAnnularRing】（最小环孔）、【AcuteAngle】（锐角）、【HoleSize】（孔径）以及【LayerPairs】（层配对）四项。15（1）【MinimumAnnularRing】【MinimumAnnularRing】（最小环孔）设定在电路板上焊盘的最小环宽限制。单击【Manufacturing】│【MinimumAnnularRing】，打开最小环孔对话框，如图2-28所示。图2-28最小环孔设置（2）【AcuteAngle】【AcuteAngle】（锐角）设定布线转弯的最小角度约束。单击【Manufacturing】│【AcuteAngle】，打开锐角对话框，如图2-29所示。图2-29锐角设置（3）【HoleSize】16【HoleSize】（孔径）设定钻孔尺寸的大小。单击【Manufacturing】│【HoleSize】，打开钻孔直径设置对话框，如图2-30所示。（4）【LayerPairs】【LayerPairs】（层配对）设定层对约束，层对的设定将影响到多层板的制造。单击【Manufacturing】│【LayerPairs】，打开层配对对话框，如图2-31所示。图2-30孔径设置图2-31层配对设置8．高速规则【HighSpeed】（高速）包括：【ParallelSegment】（平行线段）、【Length