第十五章 PCB布局及布线

PCB布局及布线第十五章目录概述布局应遵守的原则自动布局手工布局调整文字目录布线的基本规则设置约束规则手工布线及自动布线本章小结概述在PCB设计中，布局布线是一个重要的环节。布局的好坏将直接影响布线的效果，因此，合理的布局是PCB设计成功的第一步。在PCB布局中，布局的方式分两种，一种是交互式布局，一种是自动布局。一般是在自动布局的基础上用交互式布局进行调整。在布局时，还可根据布线的情况对门电路进行再分配，将两个门电路进行交换，使其成为便于布线的最佳布局。布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而做的。在整个PCB设计中，布线的设计过程要求最高、技巧最细、工作量最大。PCB布线分为单面布线、双面布线以及多层布线。PCB布线可使用系统提供的自动布线和手动布线两种方式。虽然系统给设计者提供了一个操作方便、布通率很高的自动布线功能，但在实际设计中，仍然会有不合理的地方，这时就需要设计者手动调整PCB上的布线，以获得最佳的设计效果。布局应遵守的原则在实际设计中布局的好坏直接关系到布线的质量，因此合理的布局是PCB设计成功的至关重要的一步。在实际设计中，布局必须遵守以下原则。按电路模块进行布局。合理设置各个功能电路的位置，以每一个功能电路的核心元器件为中心，围绕它们来布局。尽可能缩短高频元器件之间的连接线，设法减少它们的分布参数和相互之间的电磁干扰。热敏元器件应该远离发热元器件，高热元器件要均衡分布。电感之间的距离和位置要得当，以免发生互感。定位孔、标准孔等非安装孔周围1.27mm内不得贴装元器件，螺钉等安装孔周围3.5mm（对于M2.5）、4mm（对于M3）内不得贴装元器件。

布局应遵守的原则在实际设计中布局的好坏直接关系到布线的质量，因此合理的布局是PCB设计成功的至关重要的一步。在实际设计中，布局必须遵守以下原则。卧装电阻、电感（插件）、电解电容等元器件的下方避免布过孔。元器件的外侧距板边的距离一般应大于5mm。贴装元器件焊盘的外侧与相邻插装元器件的外侧距离应大于2mm，PCB的最佳形状为矩形，长宽比为3:2或4:3。金属壳体元器件和金属件（屏蔽盒等）不能与其他元器件相碰，不能紧贴印制线、焊盘，其间距应大于2mm。电源插座要尽量布置在印制电路板的四周，电源插座与其相连的汇流条接线端应布置在同侧。尽量使贴片元器件单边对齐，字符方向一致，封装方向一致。有极性的元器件在同一电路板上的极性标志方向尽量保持一致。元器件疏密应该得当，布局均匀合理。自动布局对导入网络表之后的ARES界面进行层的设置和相关系统设置后，进行如下具体操作。（1）在自动布局之前先画一个板框。

（2）选择“Tools”→“AutoPlacer”菜单项，打开“AutoPlace”对话窗口，如图15-3所示。（3）在“AutoPlacer”对话窗口的元器件列表中选中所有元器件，单击“OK”按钮，元器件会逐个摆放到板框中。图15-3“AutoPlace”对话窗口手工布局单击ARES界面左侧工具箱中的“Componentplacementandediting”，在元件列表中会列出所有未摆放的元件。在列表中选中元件，在板框中单击鼠标左键，摆放选中的元件。自动布局后手工调整或手工布局时用到的一些操作：右键选中元器件，拖动到预期位置。鼠标光标放在任意引脚上时，ARES界面底部的状态栏将显示此引脚的属性；按下“EditObjects”按钮后，直接单击元件，编辑其属性，在PCB板的当前层垂直或按角度旋转；对元器件进行水平或垂直翻转；对元件进行复制、移动、旋转和删除操作显示走线和向量符号手工布局单击ARES界面左侧工具箱中的“Componentplacementandediting”，在元件列表中会列出所有未摆放的元件。在列表中选中元件，在板框中单击鼠标左键，摆放选中的元件。根据布局的原则对自动布局后的PCB进行手工调整布局后，步骤如下：摆放主要的中心器件，摆放晶振电路和复位电路部分，摆放4个LED灯，摆放拨码开关和其上拉电阻，摆放电源电路，摆放其他元器件，在放置好以后，综合考虑整体布局美观性，对布局做微调。手工布局在步骤5摆放电源电路中需注意：电源电路一般要放在板子的左边且靠近边缘，这样做的目的一方面是为了便于安装接线，另一方面是为了减少电磁干扰。电源两边的电容是为了滤波，为有好的滤波效果，一般电容是输入放一边，输出放一边。放置电容时，要根据走线指示的方向调整器件方向以保证走线最短、交叉最少。调整文字如果元器件的标注不合适，虽然大多不会影响电路的正确性，但是对于一个有经验的电路设计人员来说，电路板面板的美观也是很重要的。因此，用户有必要按如下步骤对元器件标注加以调整。右击选中元器件，在元器件ID号上单击鼠标左键，弹出“EditComponent”对话窗口，可修改器件ID号、属性、元器件的封装类型、所属层面、旋转角度，如图15-13所示。通常可以像移动元件一样移动元器件ID号，当需要旋转时，调出“EditComponent”对话窗口，修改“Rotation”值即可。图15-13“Edit

Component”对话窗口布线的基本规则印制电路板（PCB）设计的好坏对PCB抗干扰能力影响很大。因此，在进行PCB设计时，必须遵守PCB设计的基本原则，并应符合抗干扰设计的要求，使得电路获得最佳的性能。印制导线的布设应尽可能得短，在高频回路中更应如此；同一元器件的各条地址线或数据线应尽可能保持一样长；印制导线的拐弯应呈圆角，因为直角或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能；当双面布线时，两面的导线应互相垂直、斜交或弯曲走线，避免相互平行，以减小寄生耦合；作为电路的输入和输出用的印制导线应尽量避免相邻平行，最好在这些导线之间加地线。PCB导线的宽度应满足电气性能要求而又便于生产，印制导线的间距：相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量宽。PCB中不允许有交叉电路，印制导线的屏蔽与接地。设置约束规则在PROTEUSARES界面的菜单栏中选择“Technology”→“DesignRuleManager”，弹出“DesignRuleManager”对话窗口。点击对话窗口中的“NetClasses”，可弹出如图15-17所示的对话框窗口，按照图15-17所示设置POWER层约束规则。点击“NetClass”旁边的下拉菜单，还可以设置SIGNAL层约束规则。图15-17“NetClasses”对话窗口手工布线及自动布线布线就是在电路板上放置导线和过孔，并将元器件连接起来。前面讲述了设计规则的设置，当设置了布线的规则后，就可以进行布线操作了。ProteusARES提供了交互手动布线和自动布线两种方式，这两种布线方式不是孤立使用的，通常可以结合在一起使用，以提高布线效率，并使PCB具有更好的电气特性，也更加美观。手工布线的操作如下：（1）执行“View”→“EditLayersColours/Visibility”或者单击工具栏中，弹出“DisplayedLayers”对话窗口，如图15-19所示。勾选“Ratsnest”，显示走线；勾选“Vectors”，显示向量符号。图15-19“DisplayedLayers”对话窗口手工布线及自动布线

手工布线的操作如下：（2）在ARES窗口左侧工具栏中单击按钮，到列表框中选择合适的导线类型；在ARES界面左下角的层面列表中选择布线层“TopCopper”然后单击一个焊盘，作为布线的起点，沿着走线的提示开始布线，与该焊盘连接的走线以高亮显示，到达目标引脚后左键单击完成布线，在另一个焊盘上单击左键，完成布线。（3）需要删除导线时，在ARES窗口左侧工具栏中单击按钮，然后选中需要删除的导线，按“Delete”键删除。或使用右键快捷菜单，选择“DeleteRoute(s)”删除导线。（4）单击已布好的线，该Trace线以高亮显示；（5）当同一层中出现交叉线时，需要添加过孔。（6）按照同样的方法将所有的线一一布完。手工布线及自动布线手工布线的操作（2）中应注意的点如下：电路的布线最好按照信号的流向采用全直线，需要转折时可用45°折线或圆弧曲线来完成，这样可以减少高频信号对外的发射和相互间的耦合。高频信号线与低频信号线要尽可能分开，必要时采取屏蔽措施，防止相互间干扰。同一层面上应该避免平行走线，否则会引入分布参数，对电路产生影响。在数字电路中，对于差分信号线，应成对地走线，尽量使它们平行、靠近一些，并且长短相差不大。高频信号线的布线应尽可能短。手工布线及自动布线自动布线：ProteusARES基于网格的布线既灵活又快速，并能使用任何导线密度或孔径宽度，布线参数设置好后，就可以利用ProteusARES提供的布线器进行自动布线了，执行自动布线的方法如下。在菜单栏中选择“Tools”→“AutoRouter”，弹出“ShapeBasedAutoRouter”对话窗口，按照图15-28所示进行设置。单击对话窗口中的“BeginRouting”选项卡，完成自动布线，在布线的过程中，状态栏实时显示当前的操作，按下“Esc”键即可随时停止布线。图15-28“ShapeBasedAutoRouter”对话窗口手工布线及自动布线自动布线：若自动布线出现错误，出现如图15-30所示的提示框，则单击“OK”,下面查看CRC和DRC错误，如图15-31所示。CRC检查：在菜单栏中选择“Tool>ConnectivityChecker”，主要侧重于电学错误的连通性检查，如是否有多余的、遗漏的连接等情况；DRC检查：在菜单栏中选择“Tool>DesignRuleChecker”，检查违反规则的物理错误；图15-30布线错误提示框图15-31“CRC”和“DRC”提示手工布线及自动布线自动布线：下面介绍常见的几种自动布线中的错误：（1）走线离焊盘太近；这种错误可以修改的前提是走线的宽度小于焊盘与走线的间距，这样的话两焊盘间允许一走线过去，只是自动布线的局限性使走线通过的路径不对。（2）走线之间的夹角成锐角或直角；这种直角走线在PCB设计中虽然不报错，但是是不允许的，这是由自动布线的局限性造成的。这种错误可以通过修改走线路径来修改。注意事项：在PCB布线时为避免上下层走线相互干扰，一般要求顶层和底层走线处于垂直关系比较好。手工布线及自动布线交互式布线：（1）设置自动布线交互仿真模式：单击自动布线按钮，弹出自动布线对话框，单击选中交互式布线模式，然后单击“BeginRouting”按钮，在这里可以根据用户需要设定布线规则。（2）交互模式布线：交互第一步：在交互布线模式命令框中输入布线命令route2，回车，自动布线情况如图15-44所示。图中走线尚存，布线没有完成，且走线数量比较多，说明布通率还不够。图15-44交互模式布线第一步的布线情况手工布线及自动布线交互式布线：（2）交互模式布线：交互第二步：在交互模式命令框中输入布线命令clean2，回车，自动布线情况如图15-45所示。从图中可以看出走线还有，布线还没有完成，但图中的走线数量已经不多了。交互第三步：在交互模式命令框中输入布线命令route2，回车，自动布线情况如图15-46所示。从图中可以看出没有走线了。图15-45交互式布线第二步的布线情况手工布线及自动布线交互式布线：（2）交互模式布线：交互第四步：在交互模式命令框中输入布线命令recornerdiagonal，回车，自动布线情况如图15-47所示。该步骤可以将走线斜化。图15-46交互模式布线第三步后PCB布通图15-47交互模式布线第四步后布线斜化手工布线及自动布线手动布线与自动布线相结合一般设计过程中，将手动布线与自动布线相结合，中心大元器件一般通过手动连线，然后执行自动布线，下面具体介绍此过程。