《电路仿真与PCB设计》课件第10章

10.1设置自动布线规则

10.2手工修改布线

10.3设计规则检查

习题

第10章PCB设计与布线

本章主要介绍了PCB设计中最重要的两个部分：设计规则和自动布线。单片机开发系统电路见图10-1。图10-1单元机开发系统电路10.1.1布线的基本要求及过程

1.布线规则

布线过程中，必须遵循如下规律：

(1)印制导线转折点内角不能小于90°，一般选择135°或圆角；导线与焊盘、过孔的连接处要圆滑，避免出现小尖角。

(2)导线与焊盘、过孔必须以45°或90°相连。10.1设置自动布线规则

(3)在双面、多面印制板中，上下两层信号线的走线方向要相互垂直或斜交叉，尽量避免平行走线；对于数字、模拟混合系统来说，模拟信号走线和数字信号走线应分别位于不同面内，且走线方向垂直，以减少相互间的信号耦合。

(4)在数据总线间，可以加信号地线，来实现彼此的隔离；为了提高抗干扰能力，小信号线和模拟信号线应尽量靠近地线，远离大电流和电源线；数字信号既容易干扰小信号，又容易受大电流信号的干扰，布线时必须认真处理好数据总线的走线，必要时可加电磁屏蔽罩或屏蔽板。

(5)连线应尽可能短，尤其是电子管与场效应管栅极、晶体管基极以及高频回路。

(6)高压或大功率元件尽量与低压小功率元件分开布线，即彼此电源线、地线分开走线，以避免高压大功率元件通过电源线、地线的寄生电阻(或电感)干扰小元件。

(7)数字电路、模拟电路以及大电流电路的电源线、地线必须分开走线，最后再接到系统电源线、地线上，形成单点接地形式。

(8)在高频电路中必须严格限制平行走线的最大长度。

(9)在双面电路板中，由于没有地线层屏蔽，应尽量避免在时钟电路下方走线。例如，时钟电路在元件面连线时，信号线最好不要通过焊锡面的对应位置。解决方法是在自动布线前，在焊锡面内放置一个矩形填充区，然后将填充区接地。

(10)选择合理的连线方式。

2.布线过程

布线过程包括设置自动布线参数、自动布线前的预处理、自动布线、手工修改四个环节。其中自动布线前的预处理是指利用布线规律，用手工或自动布线功能，优先放置有特殊要求的连线，如易受干扰的印制导线、承受大电流的电源线和地线等；在时钟电路下方放置填充区，避免自动布线时，其他信号线经过时钟电路的下方。10.1.2自动布线规则设置

自动布线操作前，必须执行【Design】菜单下的【Rules…】命令，检查并修改有关布线规则，如走线宽度、线与线之间以及连线与焊盘之间的最小距离、平行走线最大长度、走线方向、敷铜与焊盘连接方式等是否满足要求，否则将采用缺省参数布线，但缺省设置难以满足各式各样印制电路板的布线要求。DesignRules(设计规则)设置窗包含“Routing”(布线参数)、“Manufacturing”(制造规则)、“HighSpeed”(高速驱动，主要用于高频电路设计)、“Placement”(放置)、“SignalIntegrity”(信号完整性分析)及“Other”(其他约束)标签，如图10-2所示。图10-2“Routing”(布线参数)设置标签

1.设置布线参数

1)布线与焊盘(包括过孔)之间的最小距离

执行【Design】菜单下的【Rules…】命令，在设计规则窗口内，单击“Routing”(布线参数)标签；在如图10-2所示的窗口内，单击“RuleClasses”(规则类型)列表窗下的“ClearanceConstraint”(安全间距)规则，即可重新设定不同节点导电图形(导线与焊盘及过孔)之间的最小距离，如图10-3所示。图10-3安全间距设置窗

2)选择印制导线转角模式

在如图10-2所示的窗口中，单击“RuleClasses”列表窗下的“RoutingCorners”(布线拐角)，即可重新设定印制导线转角模式，如图10-4所示。图10-4印制导线转角模式从图10-4中可以看出：系统默认的转角模式为45°(外角为45°，内角就是135°)，转角过渡斜线垂直距离为100mil(即2.54mm)，适用范围是整个电路板内的所有导线。

单击图10-4中的【Properties】(特性)按钮，在如图10-5所示的窗口内即可重新设置转角模式及转角过渡斜线的垂直距离。图10-5转角模式设置窗

3)选择布线层及走线方向

在如图10-2所示的窗口内，单击“RuleClasses”列表窗下的“RoutingLayers”(布线层)，即可弹出如图10-6所示的布线层选择窗口。图10-6布线层单击图中的【Properties】按钮，在如图10-7所示的窗口内，选择布线层和层内印制导线的走线方向。

缺省状态下，仅允许在顶层(TopLayer)和底层(BottomLayer)布线，而中间层1～14处于关闭状态(NotUsed)。图10-7布线层及走线方向设置窗

4)过孔类型及尺寸

在图10-2中，单击“RuleClasses”列表窗下的“RoutingViaStyle”(过孔类型)，即可弹出如图10-8所示的过孔当前状态窗口。图10-8过孔状态窗口单击图中的【Properties】按钮，在如图10-9所示的窗口内，即可重新设置过孔类型及尺寸。图10-9过孔设置窗口

5)设置布线宽度

在自动布线前，一般均要指定整体布线宽度及特殊网络的，如电源、地线网络的布线宽度。设置布线宽度的操作过程如下：

设置没有特殊要求的印制导线宽度。在图10-2中，单击“RuleClasses”列表窗下的“WidthConstraint”(布线宽度限制)，即可弹出如图10-10所示的布线宽度状态窗口。单击图中的【Properties】按钮，即可重新选择布线宽度。图10-10布线宽度状态窗口

6)表面封装元件引脚焊盘与转角间距

如果印制板含有表面封装元件SMD，可单击图10-2中的“RuleClasses“列表窗下的“SMDToCornerConstraint”选项，设置表面封装器件引脚焊盘与转角之间的距离。

设置的布线规则越严格，限制条件越多，自动布线时间就越长，布通率就越低。

根据需要还可以进入制造规则、高速驱动、放置和其他标签，设置有关布线参数，下面再简要介绍其中一些较重要的布线规则含义及设置依据。

2.制造规则设置

执行【Design】菜单下的【Rules…】命令，在如图10-2所示的窗口内，单击“Manufacturing”(制造规则)标签，即可对制造规则进行检查和设置。这些规则包括布线夹角、焊盘铜环最小宽度、焊锡膏层扩展、敷铜层与焊盘连接方式、内电源/接地层安全间距、内电源/接地层连接方式、阻焊层扩展等，如图10-11所示。

图10-11制造规则设置窗口10.1.3自动布线

经过以上处理后，就可以使用【AutoRoute】菜单下的有关命令进行自动布线。这些命令包括【All】(对整个电路板自动布线)、【Net】(对一网络进行布线)、【Connection】(对某一连线进行布线)、【Component】(对某一元件进行布线)、【Area】(对某一区域进行布线)。在自动布线过程中，若发现异常，可执行该菜单下的【Stop】命令，则停止布线；通过【Pause】命令暂停布线；通过【Restart】命令重新开始。全局自动布线操作过程如下：

(1)单击主工具栏内的【ShowEntireDocument】(显示整个画面)按钮，以便在全局自动布线过程中能观察到整个布线画面。

(2)执行【AutoRoute】菜单下的【All】命令，启动自动布线进程，即可观察到如图10-12所示的自动布线进程。图10-12自动布线进程10.2.1手工布线的基本操作

1.修改走线的方法

修改走线的基本方法是利用【Tools】菜单下的【Un-Route】命令组，如【Un-Route】/【Net】、【Un-Route】/【Connection】和【Un-Route】/【Component】拆除已有连线，然后再通过手工或【AutoRoute】菜单下的【Net】(对指定节点布线)、【Connection】(对指定飞线布线)、【Component】(对指定元件布线)等命令重新布线。10.2手工修改布线

2.修改拐弯很多的走线举例

下面介绍修改走线的操作过程：

(1)执行【Tools】菜单下的【Un-Route】/【Connection】命令。

(2)将光标移到待拆除的连线上。

(3)单击鼠标左键，光标下的连线即可变为飞线。

(4)单击编辑区下的特定工作层，选择连线所在层。

(5)单击“放置”工具栏内的“导线”工具。

(6)必要时，按下Tab键，在导线属性选项窗内选择导线宽度、锁定状态等选项。

(7)将光标移到与飞线相连的焊盘上，单击左键固定连线起点，移动鼠标用手工方式绘制印制导线。

修改不合理连线后的结果。可见修改后的连线不仅拐弯少，而且连线长度也短了。10.2.2导线的编辑

双击导线，调出导线编辑对话框(如图10-13所示)，根据实际电路需要逐项完成导线的编辑，包括：

●导线类型设定，包括导线所属网络，所在层次及起止位置等内容的设定及修改。

●导线宽度设定，根据实际电路需求及导线所在层次进行设定及修改。图10-13导线编辑对话框

1.启动检查进程

执行【Tools】菜单下的【DesignRuleCheck…】命令，在如图10-13所示的检查选项设置窗内选择检查项目及检查结果报告文件名，再单击【RunDRC】按钮启动检查进程。

PCB编辑器提供了“Report”(产生报告文件)和“On-Line”(在线检测，不产生报告文件，在印制板编辑区直接给出错误标记)两种检测方式，其中“Report”方式功能最完善。“Report”检测方式的检查项目如图10-14所示，其中：10.3设计规则检查

(1)“布线规则检查项”，该项提供了以下选项：

“ClearanceConstraint”(安全间距)检查选项。如果在工作参数设置窗内允许在线检测，则在自动布线和手工调整过程中，导电图形间距不会小于设定的安全间距。

“Max/MinWidthConstraint”(最大/最小线宽限制)检查选项。

“ShortCircuitConstraint”(最短走线)检查选项。

“Un-RoutedNetConstraint”(检查没有布线的网络)。

(2)“高速驱动规则”检查项，该项提供了与高速驱动规则设置有关的检查项目。

(3)“制造规则”检查项，该项提供了最小夹角、最小焊盘等检查项目。

(4)“Dptions”选项。如果希望产生报告文件，则必须选择“创建检查报告”复选项。图10-14设计规则检查项目设置窗

2.报告文件内容

如果选择产生报告文件，则检查结束后，PCB编辑器自动进入文本状态，显示检查结果文件(扩展名为.drc)。

3.分析并修正错误信息

认真分析报告文件中的错误信息，单击“设计文件管理器”窗口内的“Explorer”标签，再单击相应的PCB文件图标，返回PCB编辑器。单击PCB编辑器浏览对象下拉按钮，在浏览对象列表