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如何布線(xiàn)PCB
如何布線(xiàn)PCB
PCB設(shè)計(jì)上的布線(xiàn)和過(guò)孔通常被認(rèn)為是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)。導(dǎo)入板子并在板上布置元件后，開(kāi)始用銅連接元件似乎是一件相對(duì)容易的事情。雖然在簡(jiǎn)單板上的低速 TTL DIP 組件時(shí)代可能確實(shí)如此，但今天的設(shè)計(jì)要求要復(fù)雜得多。PCB 上的走線(xiàn)可能帶有非常具體的設(shè)計(jì)要求，旨在確保布線(xiàn)過(guò)程中的信號(hào)完整性。
盡管走線(xiàn)可能有特定的布線(xiàn)要求，但如今更高級(jí)的 PCB布線(xiàn)功能可以幫助您設(shè)置和遵循走線(xiàn)的設(shè)計(jì)規(guī)則。您將用于電路板的重要布線(xiàn)技術(shù)取決于您使用的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)和所需的布線(xiàn)拓?fù)洹Ｈ绻@是您第一次設(shè)計(jì) PCB 并且您已準(zhǔn)備好布線(xiàn)階段，那么請(qǐng)不要擔(dān)心，我們將向您展示如何布線(xiàn)PCB 并確定您在 PCB 中應(yīng)遵循的布線(xiàn)要求。
開(kāi)始 PCB布線(xiàn)
所有 PCB 都需要有銅來(lái)連接表層或內(nèi)層上的組件，稱(chēng)為走線(xiàn)。什么是“簡(jiǎn)單”設(shè)備取決于幾個(gè)因素，這些因素將決定您在 PCB 中使用的適當(dāng)走線(xiàn)設(shè)計(jì)。您會(huì)在低速和高速信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)中發(fā)現(xiàn)的一些重要設(shè)計(jì)布線(xiàn)要求包括：
走線(xiàn)的載流能力，因?yàn)楦唠娏靼蹇赡苄枰笞呔€(xiàn)甚至多邊形
電路板中使用的走線(xiàn)寬度，這將確保可制造性并會(huì)影響串?dāng)_
任何需要特定寬度的受控阻抗信號(hào)，必須根據(jù) PCB 疊層設(shè)置
路由拓?fù)洌@將決定走線(xiàn)如何分支連接到多個(gè)組件
沿跡線(xiàn)的總損耗，決定了最大允許的跡線(xiàn)長(zhǎng)度
并行總線(xiàn)和差分對(duì)中允許的偏斜；具有源同步時(shí)鐘（SPI 或 I2C）和并行總線(xiàn)的協(xié)議都具有最大偏斜規(guī)范
作為設(shè)計(jì)師，您的工作是在所有這些方面找到平衡點(diǎn)，并確定以上列表中的哪些點(diǎn)對(duì)于不同的網(wǎng)絡(luò)最重要。例如，高速設(shè)計(jì)依賴(lài)于差分對(duì)的受控阻抗，而高電流 DC 設(shè)計(jì)需要具有不一定具有特定阻抗的寬走線(xiàn)。
首先，讓我們看看更基本的電路板的一些布線(xiàn)要求，然后我們將進(jìn)入更高級(jí)的設(shè)計(jì)。
簡(jiǎn)單的 PCB 走線(xiàn)布線(xiàn)
如果您的設(shè)計(jì)沒(méi)有以高速運(yùn)行，它的密度不足以產(chǎn)生串?dāng)_問(wèn)題，并且您的走線(xiàn)需要承載低電流，那么您通常可以自由選擇可以輕松容納您的組件引腳和引線(xiàn)的走線(xiàn)寬度。在這些設(shè)計(jì)中可以使用 5-15 密耳的走線(xiàn)寬度，因?yàn)樗鼈冏銐蛐。梢灾苯硬季€(xiàn)到大多數(shù)組件的焊盤(pán)中。下面顯示了一個(gè)帶有運(yùn)算放大器的基本示例，其中在低速 IC、一些電阻器和電容器之間布線(xiàn)。
像這樣的更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)通常不關(guān)心阻抗、標(biāo)準(zhǔn)路由拓?fù)浠蚋唠娏鳌Ｈ欢苌儆鞋F(xiàn)代設(shè)計(jì)如此簡(jiǎn)單，以至于它們不需要某種程度的走線(xiàn)設(shè)計(jì)或路由規(guī)則的確定。
現(xiàn)代 PCB 的布線(xiàn)規(guī)則
今天的電路板，即使是那些只使用簡(jiǎn)單 MCU 和低功率級(jí)的電路板，也需要一定程度的走線(xiàn)設(shè)計(jì)和布線(xiàn)規(guī)則來(lái)確保信號(hào)完整性。設(shè)計(jì)人員需要確定其連接的走線(xiàn)幾何要求，以確保可靠性和信號(hào)完整性。
確定給定跟蹤中的當(dāng)前需求；PCB 中電源電路中的布線(xiàn)可以承載高電流。
如果電流非常低（小于 1 A），請(qǐng)通過(guò)查看組件數(shù)據(jù)表或信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定是否需要阻抗控制。
如果需要阻抗控制，計(jì)算達(dá)到阻抗目標(biāo)所需的走線(xiàn)寬度。如果需要差分對(duì)，還要計(jì)算所需的走線(xiàn)間距。
如果需要阻抗控制，很可能會(huì)使用單端或差分對(duì)來(lái)實(shí)現(xiàn)路由拓?fù)洹Ｕ?qǐng)務(wù)必檢查您的信令標(biāo)準(zhǔn)以確定您的路由要求，其中包括損耗預(yù)算（確定總長(zhǎng)度）、阻抗要求以及差分對(duì)或并行總線(xiàn)中允許的長(zhǎng)度不匹配等內(nèi)容。
一旦確定了電路板中的任何布線(xiàn)要求，就可以為設(shè)計(jì)中的特定網(wǎng)絡(luò)設(shè)置設(shè)計(jì)規(guī)則。這涉及在您的設(shè)計(jì)規(guī)則中設(shè)置最小或最大走線(xiàn)寬度，并且您的布線(xiàn)工具將在您布線(xiàn)時(shí)使用這些規(guī)范來(lái)設(shè)置走線(xiàn)寬度。
阻抗和路由拓?fù)?span>
當(dāng)您需要在 PCB布局中進(jìn)行阻抗控制時(shí)，您需要使用多種方法之一來(lái)確定阻抗。您可以使用一些公式來(lái)確定設(shè)計(jì)中的阻抗，或者您可以使用更專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用程序來(lái)計(jì)算設(shè)計(jì)中所需的阻抗。單端和差分對(duì)阻抗將具有定義的幾何形狀，以確保滿(mǎn)足阻抗目標(biāo)。
確定阻抗的最快方法是使用包含內(nèi)置計(jì)算器工具的 PCB設(shè)計(jì)軟件。并非所有 PCB設(shè)計(jì)應(yīng)用程序都包含這種類(lèi)型的實(shí)用程序，以及那些確實(shí)會(huì)產(chǎn)生不同精度水平的結(jié)果的應(yīng)用程序。最好的 PCB設(shè)計(jì)應(yīng)用程序?qū)ㄒ粋€(gè)電磁場(chǎng)求解器，它可以自動(dòng)計(jì)算所需的走線(xiàn)幾何形狀。這些工具將獲取 PCB 中的介電常數(shù)和銅粗糙度信息，并使用它來(lái)計(jì)算達(dá)到目標(biāo)阻抗所需的走線(xiàn)寬度和差分對(duì)間距。
走線(xiàn)布線(xiàn)拓?fù)涠x了走線(xiàn)在組件輸入和輸出之間如何走線(xiàn)，以及走線(xiàn)如何從彼此分支以到達(dá)多個(gè)組件。例如，DDR 布線(xiàn)使用飛越拓?fù)洌渲袉蝹€(gè)總線(xiàn)分支以到達(dá)設(shè)計(jì)中的多個(gè)組件。在另一個(gè)示例中，SPI 使用類(lèi)似的總線(xiàn)拓?fù)洌诳偩€(xiàn)上的負(fù)載點(diǎn)處應(yīng)用了端接。其他組件可能使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)鋪?lái)訪問(wèn)多個(gè)組件，這在設(shè)計(jì)需要單個(gè)組件通過(guò)單個(gè) IO 接口與多個(gè)負(fù)載通信時(shí)最常見(jiàn)。確保您了解信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)中所需的路由拓?fù)洌约斑@些走線(xiàn)是否需要阻抗控制。
PCB 中的布線(xiàn)
PCB布局中的走線(xiàn)通過(guò)簡(jiǎn)單地指向和單擊電路板中的位置進(jìn)行布線(xiàn)。在此過(guò)程中，銅線(xiàn)將固定在用戶(hù)單擊鼠標(biāo)的所需位置，最終跨越布局到達(dá)所需位置。PCB 編輯器應(yīng)用程序中的布線(xiàn)工具可以在您在布局中布線(xiàn)時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)角（通常為 45° 角），并且它們可以在您在 PCB 中的組件之間移動(dòng)跡線(xiàn)時(shí)放置過(guò)孔。
在開(kāi)始布線(xiàn)之前，請(qǐng)花一些時(shí)間為不同的布線(xiàn)制定策略，以確保您不會(huì)過(guò)度使用過(guò)孔或需要添加額外的層來(lái)解決電路板問(wèn)題。您的 PCB布線(xiàn)策略將取決于您的 PCB布局；如果在 PCB布局中交叉的網(wǎng)絡(luò)過(guò)多，則在沒(méi)有過(guò)多層轉(zhuǎn)換的情況下布線(xiàn)會(huì)更加困難。有時(shí)，您必須首先從最簡(jiǎn)單的布線(xiàn)開(kāi)始，因?yàn)檫@將幫助您確定哪些布線(xiàn)需要更多的時(shí)間和精力才能在 PCB布局中完全布線(xiàn)。
有些路線(xiàn)可能非常復(fù)雜，例如從這個(gè) BGA 逃逸。這條路線(xiàn)穿過(guò)兩個(gè)過(guò)孔，最終在表面層結(jié)束。
您應(yīng)該考慮的一些重要的 PCB布線(xiàn)指南包括：
嘗試在同一層上保持給定接口或信令協(xié)議的受控阻抗跡線(xiàn)
最大限度地減少高速協(xié)議和 RF 軌跡上的過(guò)孔轉(zhuǎn)換
小心不要在平面上的裂縫上布線(xiàn)并跟蹤 PCB 中的返回路徑；最好的方法是使用統(tǒng)一的地面區(qū)域
盡量保持走線(xiàn)短而直接，不要讓走線(xiàn)超過(guò)需要的長(zhǎng)度
對(duì)于大電流布線(xiàn)，不要害怕使用多邊形來(lái)構(gòu)建更大的導(dǎo)體；這些可用于制造任何形狀的導(dǎo)體
信號(hào)完整性是與 PCB 疊層設(shè)計(jì)和布線(xiàn)密切相關(guān)的一個(gè)領(lǐng)域。相對(duì)于信號(hào)層和布線(xiàn)的平面/GND/PWR 層的布置是信號(hào)完整性的主要決定因素，并且在 GND 的完整部分上布線(xiàn)是確保您的設(shè)計(jì)保持信號(hào)完整性和抗 EMI 的最佳方法（串?dāng)_、外部射頻噪聲、電源噪聲等）。上面顯示的這個(gè)簡(jiǎn)單指南和布線(xiàn)規(guī)則將有助于防止或減少許多信號(hào)完整性問(wèn)題，并有助于確保您的電路板保持功能。
可幫助您遵守基本 PCB布線(xiàn)指南的最先進(jìn)的布線(xiàn)工具是交互式的。換句話(huà)說(shuō)，這些工具是半自動(dòng)化的，允許您為一組信號(hào)定義布線(xiàn)，布線(xiàn)工具將放置走線(xiàn)，使其自動(dòng)遵守您的設(shè)計(jì)規(guī)則。在這種類(lèi)型的布線(xiàn)中，您的網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)組的設(shè)計(jì)規(guī)則會(huì)在您創(chuàng)建 PCB布局時(shí)自動(dòng)檢查。許多免費(fèi)軟件和開(kāi)源設(shè)計(jì)程序迫使您手動(dòng)完成所有工作，但 Altium Designer 等高級(jí) PCB設(shè)計(jì)程序可以幫助您在完成 PCB布局和布線(xiàn)時(shí)保持高效。
Altium Designer 的交互式布線(xiàn)功能提供智能的半自動(dòng) PCB布線(xiàn)，遵循您的設(shè)計(jì)規(guī)則和基本布線(xiàn)要求。