高速PCB设计布线效率的提升方法

jimmy · 发表于 2015-9-24 14:51

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高速PCB设计布线效率的提升方法

林超文

前言

　　现在市面上流行的EDA工具软件很多，但这些PCB设计软件除了使用的术语和功能键的位置不一样外都大同小异，如何用这些工具更好地实现PCB的设计呢？在开始布线之前对设计进行认真的分析以及对工具软件进行认真的设置将使设计更加符合要求。

下面是一般的设计过程和步骤:

1.确定层数

　　电路板尺寸和布线层数需要在设计初期确定。如果设计要求使用高密度球栅数组（BGA）组件，就必须考虑这些器件布线所需要的最少布线层数。布线层的数量以及层叠（stack-up）方式会直接影响到印制线的布线和阻抗。板的大小有助于确定层叠方式和印制线宽度，实现期望的设计效果。
　　多年来，人们总是认为电路板层数越少成本就越低，但是影响电路板的制造成本还有许多其它因素。近几年来，多层板之间的成本差别已经大大减小。在开始设计时最好采用较多的电路层并使敷铜均匀分布，以避免在设计临近结束时才发现有少量信号不符合已定义的规则以及空间要求，从而被迫添加新层。在设计之前认真的规划将减少布线中很多的麻烦。

2.规则约束设计

　　为完成布线任务，布线工具需要在正确的规则和限制条件下工作。不同的信号线有不同的布线要求，要对所有特殊要求的信号线进行分类，不同的设计分类也不一样。每个信号类都应该有优先级，优先级越高，规则也越严格。规则涉及印制线宽度、过孔的最大数量、平行度、信号线之间的相互影响以及层的限制，这些规则对布线工具的性能有很大影响。认真考虑设计要求是成功布线的重要一步。

3.布局考虑布线通道

为最优化装配过程，可制造性设计（DFM）规则会对组件布局产生限制。如果装配部门允许组件移动，可以对电路适当优化，更便于交互式布线。所定义的规则和约束条件会影响布局设计。
　　在布局时需考虑布线路径（routing channel）和过孔区域。这些路径和区域对设计人员而言是显而易见的，但自动布线工具一次只会考虑一个信号，通过设置布线约束条件以及设定可布信号线的层，可以使布线工具能像设计师所设想的那样完成布线

4.Fanout设计

　　在扇出设计阶段，建议第一时间对模块内的元件引脚进行连接，表面贴装器件的每一个引脚至少应有一个过孔，以便在需要更多的连接时，电路板能够进行内层连接、在线测试（ICT）和电路再处理。
　　为了使布线工具效率最高，一定要尽可能使用最大的过孔尺寸和印制线，间隔设置为50mil较为理想。要采用使布线路径数最大的过孔类型。进行扇出设计时，要考虑到电路在线测试问题。测试夹具可能很昂贵，而且通常是在即将投入全面生产时才会订购，如果这时候才考虑添加节点以实现100%可测试性就太晚了。
　　经过慎重考虑和预测，电路在线测试的设计可在设计初期进行，在生产过程后期实现，根据布线路径和电路在线测试来确定过孔扇出类型，电源和接地也会影响到布线和扇出设计。为降低滤波电容器连接线产生的感抗，过孔应尽可能靠近表面贴装器件的引脚，必要时可采用手动布线，这可能会对原来设想的布线路径产生影响，甚至可能会导致你重新考虑使用哪种过孔，因此必须考虑过孔和引脚感抗间的关系并设定过孔规格的优先级。

5.关键信号预布线

关键信号通常必须通过精心的电路设计才能达到期望的性能，所以必须提前预布。对关键信号的布线需要考虑在布线时控制一些电参数，比如减小分布电感和EMC等，对于其它信号的布线也类似。

布线完成后，再由有关的工程人员来对这些信号布线进行检查，这个过程相对容易得多。检查通过后，将这些线固定，然后开始对其余信号进行自动布线。

6.自动布线的活用

　　灵活运动自动布线功能可以有效提高布线效率和评估层数，也可以采用通用规则来对信号进行自动布线。通过设置限制条件和禁止布线区来限定给定信号所使用的层以及所用到的过孔数量，布线工具就能按照工程师的设计思想来自动布线。
　　PADS Router提供整板完全自动布线功能。完全自动布线的设计思路是预布线分析→关键信号布线→设定布线策略→设定布线顺序

1.预布线分析

执行菜单命令【工具】→【预布线分析】，PCB将会进行预布线动作。预布线分析可以提供自动布线前的可改进布线方式，分析结果（包括问题与解决方式）都会记录在输出窗口中。用户可以根据分析结果来重新制定自动布线策略、优化布局、节省自动布线时间和提高自动布线的成功率。

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image003.gif

2．关键信号布线

执行菜单命令【工具】→【选项】，在弹出的“选项”对话框的“布线/策略”标签页下设置相关参数，如图1所示。

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image003.gif

图1 设置关键信号

3．设定布线策略

执行菜单命令【工具】→【选项】，在弹出的“选项”对话框的“布线/策略”标签页下进行设置，如图2所示。

图2 设置布线策略

关于“模式”：这里设置自动修正布线的形状。

关于“布线”：这里设置执行自动布线，并且用尽各种方法完成布线。