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6、設計規則檢查(DRC)

布線設計完成后，需認真檢查布線設計是否符合設計者所制定的規則，同時也需確認所制定的規則是否符合印制板生產工藝的需求，一般檢查有如下幾個方面：線與線，線與元件焊盤，線與貫通孔，元件焊盤與貫通孔，貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理，是否滿足生產要求。

電源線和地線的寬度是否合適，電源與地線之間是否緊耦合(低的波阻抗)?在PCB中是否還有能讓地線加寬的地方。

對于關鍵的信號線是否采取了最佳措施，如長度最短，加保護線，輸入線及輸出線被明顯地分開。

模擬電路和數字電路部分，是否有各自獨立的地線。

后加在PCB中的圖形(如圖標、注標)是否會造成信號短路。

對一些不理想的線形進行修改。

在PCB上是否加有工藝線?阻焊是否符合生產工藝的要求，阻焊尺寸是否合適，字符標志是否壓在器件焊盤上，以免影響電裝質量。

多層板中的電源地層的外框邊緣是否縮小，如電源地層的銅箔露出板外容易造成短路。概述本文檔的目的在于說明使用PADS的印制板設計軟件PowerPCB進行印制板設計的流程和一些注意事項，為一個工作組的設計人員提供設計規范，方便設計人員之間進行交流和相互檢查。

2、設計流程PCB的設計流程分為網表輸入、規則設置、元器件布局、布線、檢查、復查、輸出六個步驟。

2.1網表輸入網表輸入有兩種方法，一種是使用PowerLogic的OLE PowerPCB Connection功能，選擇Send Netlist，應用OLE功能，可以隨時保持原理圖和PCB圖的一致，盡量減少出錯的可能。另一種方法是直接在PowerPCB中裝載網表，選擇File->Import，將原理圖生成的網表輸入進來。

2.2規則設置如果在原理圖設計階段就已經把PCB的設計規則設置好的話，就不用再進行設置這些規則了，因為輸入網表時，設計規則已隨網表輸入進PowerPCB了。如果修改了設計規則，必須同步原理圖，保證原理圖和PCB的一致。除了設計規則和層定義外，還有一些規則需要設置，比如Pad Stacks，需要修改標準過孔的大小。如果設計者新建了一個焊盤或過孔，一定要加上Layer 25.注意：PCB設計規則、層定義、過孔設置、CAM輸出設置已經作成缺省啟動文件，名稱為Default.stp，網表輸入進來以后，按照設計的實際情況，把電源網絡和地分配給電源層和地層，并設置其它高級規則。在所有的規則都設置好以后，在PowerLogic中，使用OLE PowerPCB Connection的Rules From PCB功能，更新原理圖中的規則設置，保證原理圖和PCB圖的規則一致。

2.3元器件布局網表輸入以后，所有的元器件都會放在工作區的零點，重疊在一起，下一步的工作就是把這些元器件分開，按照一些規則擺放整齊，即元器件布局。PowerPCB提供了兩種方法，手工布局和自動布局。2.3.1手工布局1.工具印制板的結構尺寸畫出板邊(Board Outline)。

2.將元器件分散(Disperse Components)，元器件會排列在板邊的周圍。

3.把元器件一個一個地移動、旋轉，放到板邊以內，按照一定的規則擺放整齊。

2.3.2自動布局PowerPCB提供了自動布局和自動的局部簇布局，但對大多數的設計來說，效果并不理想，不推薦使用。2.3.3注意事項a.布局的首要原則是保證布線的布通率，移動器件時注意飛線的連接，把有連線關系的器件放在一起b.數字器件和模擬器件要分開，盡量遠離c.去耦電容盡量靠近器件的VCC d.放置器件時要考慮以后的焊接，不要太密集e.多使用軟件提供的Array和Union功能，提高布局的效率2.4布線布線的方式也有兩種，手工布線和自動布線。PowerPCB提供的手工布線功能十分強大，包括自動推擠、在線設計規則檢查(DRC)，自動布線由Specctra的布線引擎進行，通常這兩種方法配合使用，常用的步驟是手工—自動—手工。

2.4.1手工布線1.自動布線前，先用手工布一些重要的網絡，比如高頻時鐘、主電源等，這些網絡往往對走線距離、線寬、線間距、屏蔽等有特殊的要求;另外一些特殊封裝，如BGA，自動布線很難布得有規則，也要用手工布線。

2.自動布線以后，還要用手工布線對PCB的走線進行調整。

2.4.2自動布線手工布線結束以后，剩下的網絡就交給自動布線器來自布。選擇Tools->SPECCTRA，啟動Specctra布線器的接口，設置好DO文件，按Continue就啟動了Specctra布線器自動布線，結束后如果布通率為100%，那么就可以進行手工調整布線了;如果不到100%，說明布局或手工布線有問題，需要調整布局或手工布線，直至全部布通為止。

2.4.3注意事項a.電源線和地線盡量加粗b.去耦電容盡量與VCC直接連接c.設置Specctra的DO文件時，首先添加Protect all wires命令，保護手工布的線不被自動布線器重布d.如果有混合電源層，應該將該層定義為Split/mixed Plane，在布線之前將其分割，布完線之后，使用Pour Manager的Plane Connect進行覆銅e.將所有的器件管腳設置為熱焊盤方式，做法是將Filter設為Pins，選中所有的管腳，修改屬性，在Thermal選項前打勾f.手動布線時把DRC選項打開，使用動態布線(Dynamic Route)

2.5檢查檢查的項目有間距(Clearance)、連接性(Connectivity)、高速規則(High Speed)和電源層(Plane)，這些項目可以選擇Tools->Verify Design進行。如果設置了高速規則，必須檢查，否則可以跳過這一項。檢查出錯誤，必須修改布局和布線。

注意：有些錯誤可以忽略，例如有些接插件的Outline的一部分放在了板框外，檢查間距時會出錯;另外每次修改過走線和過孔之后，都要重新覆銅一次。

2.6復查復查根據“PCB檢查表”，內容包括設計規則，層定義、線寬、間距、焊盤、過孔設置;還要重點復查器件布局的合理性，電源、地線網絡的走線，高速時鐘網絡的走線與屏蔽，去耦電容的擺放和連接等。復查不合格，設計者要修改布局和布線，合格之后，復查者和設計者分別簽字。

2.7設計輸出PCB設計可以輸出到打印機或輸出光繪文件。打印機可以把PCB分層打印，便于設計者和復查者檢查;光繪文件交給制板廠家，生產印制板。光繪文件的輸出十分重要，關系到這次設計的成敗，下面將著重說明輸出光繪文件的注意事項。

a.需要輸出的層有布線層(包括頂層、底層、中間布線層)、電源層(包括VCC層和GND層)、絲印層(包括頂層絲印、底層絲印)、阻焊層(包括頂層阻焊和底層阻焊)，另外還要生成鉆孔文件(NC Drill)

b.如果電源層設置為Split/Mixed，那么在Add document.口的document.選擇Routing，并且每次輸出光繪文件之前，都要對PCB圖使用Pour Manager的Plane Connect進行覆銅;如果設置為CAM Plane，則選擇Plane，在設置Layer項的時候，要把Layer25加上，在Layer25層中選擇Pads和Viasc.在設備設置窗口(按Device Setup)，將Aperture的值改為199 d.在設置每層的Layer時，將Board Outline選上e.設置絲印層的Layer時，不要選擇Part Type，選擇頂層(底層)和絲印層的Outline、Text、Line f.設置阻焊層的Layer時，選擇過孔表示過孔上不加阻焊，不選過孔表示家阻焊，視具體情況確定g.生成鉆孔文件時，使用PowerPCB的缺省設置，不要作任何改動h.所有光繪文件輸出以后，用CAM350打開并打印，由設計者和復查者根據“PCB檢查表”檢查過孔(via)是多層PCB的重要組成部分之一，鉆孔的費用通常占PCB制板費用的30%到40%.簡單的說來，PCB上的每一個孔都可以稱之為過孔。從作用上看，過孔可以分成兩類：一是用作各層間的電氣連接;二是用作器件的固定或定位。如果從工藝制程上來說，這些過孔一般又分為三類，即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷線路板的頂層和底層表面，具有一定深度，用于表層線路和下面的內層線路的連接，孔的深度通常不超過一定的比率(孔徑)。埋孔是指位于印刷線路板內層的連接孔，它不會延伸到線路板的表面。上述兩類孔都位于線路板的內層，層壓前利用通孔成型工藝完成，在過孔形成過程中可能還會重疊做好幾個內層。第三種稱為通孔，這種孔穿過整個線路板，可用于實現內部互連或作為元件的安裝定位孔。由于通孔在工藝上更易于實現，成本較低，所以絕大部分印刷電路板均使用它，而不用另外兩種過孔。以下所說的過孔，沒有特殊說明的，均作為通孔考慮。

從設計的角度來看，一個過孔主要由兩個部分組成，一是中間的鉆孔(drill hole)，二是鉆孔周圍的焊盤區，見下圖。這兩部分的尺寸大小決定了過孔的大小。很顯然，在高速，高密度的PCB設計時，設計者總是希望過孔越小越好，這樣板上可以留有更多的布線空間，此外，過孔越小，其自身的寄生電容也越小，更適合用于高速電路。但孔尺寸的減小同時帶來了成本的增加，而且過孔的尺寸不可能無限制的減小，它受到鉆孔(drill)和電鍍(plating)等工藝技術的限制：孔越小，鉆孔需花費的時間越長，也越容易偏離中心位置;且當孔的深度超過鉆孔直徑的6倍時，就無法保證孔壁能均勻鍍銅。比如，現在正常的一塊6層PCB板的厚度(通孔深度)為50Mil左右，所以PCB廠家能提供的鉆孔直徑最小只能達到8Mil.二、過孔的寄生電容過孔本身存在著對地的寄生電容，如果已知過孔在鋪地層上的隔離孔直徑為D2，過孔焊盤的直徑為D1，PCB板的厚度為T，板基材介電常數為ε，則過孔的寄生電容大小近似于：C=1.41εTD1/(D2-D1)

過孔的寄生電容會給電路造成的主要影響是延長了信號的上升時間，降低了電路的速度。舉例來說，對于一塊厚度為50Mil的PCB板，如果使用內徑為10Mil，焊盤直徑為20Mil的過孔，焊盤與地鋪銅區的距離為32Mil，則我們可以通過上面的公式近似算出過孔的寄生電容大致是：C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF，這部分電容引起的上升時間變化量為：T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.517x(55/2)=31.28ps.從這些數值可以看出，盡管單個過孔的寄生電容引起的上升延變緩的效用不是很明顯，但是如果走線中多次使用過孔進行層間的切換，設計者還是要慎重考慮的。

三、過孔的寄生電感同樣，過孔存在寄生電容的同時也存在著寄生電感，在高速數字電路的設計中，過孔的寄生電感帶來的危害往往大于寄生電容的影響。它的寄生串聯電感會削弱旁路電容的貢獻，減弱整個電源系統的濾波效用。我們可以用下面的公式來簡單地計算一個過孔近似的寄生電感：L=5.08h[ln(4h/d)+1]其中L指過孔的電感，h是過孔的長度，d是中心鉆孔的直徑。從式中可以看出，過孔的直徑對電感的影響較小，而對電感影響最大的是過孔的長度。仍然采用上面的例子，可以計算出過孔的電感為：L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH.如果信號的上升時間是1ns，那么其等效阻抗大小為：XL=πL/T10-90=3.19Ω。這樣的阻抗在有高頻電流的通過已經不能夠被忽略，特別要注意，旁路電容在連接電源層和地層的時候需要通過兩個過孔，這樣過孔的寄生電感就會成倍增加。