使用正确的设计工具避免PCB布局错误
关键的外卖
在设计准备过程中避免PCB布局错误。
避免PCB布局错误的组件放置。
避免PCB布局错误在跟踪路由。
一个紧密放置和路由的电路板，不能承担任何PCB布局错误
印刷电路板布局是一项复杂而具有挑战性的任务，不要让任何人告诉你其他。电路必须按照严格的规则进行结构，以达到最佳性能，而与此同时，为了可制造性，必须遵守另一套设计规则。即使是小而“简单”的布局也会带来独特的设计挑战，PCB布局工程师必须配备最新的工具来完成工作。
印刷电路板设计CAD工具是软件工程的奇迹。它们加载了许多不同的特性和功能，使布局设计师能够完成工作。这些范围从实用程序到最初设置布局的设计到高级跟踪路由引擎完成示意图中所有的网络连接。为了更好地利用这些工具，设计人员必须了解PCB布局的所有细微差别，特别是那些如果做得不正确就会导致问题的细微差别。以下是一些常见的PCB布局错误，设计人员应该注意。
准备你的设计:你准备好PCB布局了吗?
当一个新的设计准备好进行布局时，很自然地想要跳入其中并开始放置组件和路由跟踪。这样做的问题是，在开始布局之前，通常需要做大量的准备工作。许多设计师陷入了这样的思维陷阱:“我以后再处理”，结果发现他们现在有更大的问题需要纠正，而这些问题本可以通过更好的准备来避免。下面是一些常见的问题，如果提前处理，可以为你省去很多麻烦。
过时的或不正确的组件:原理图的组件出现问题是很正常的组件。如果他们从旧的设计中复制了电路，库不是最新的，或者使用了一个实际上已经过时的最喜欢的部分，最终的结果将是相同的。组件可能无法用于制造，导致必须重新设计以更新部件。清洗BOM以查找类似的错误或使用库服务中的部件可以解决此问题。
错误的设计同步:有时即使原理图数据库不完全，设计工作也会开始与布局同步。这有很多令人信服的原因，节省时间是最重要的，但它通常不会产生很好的效果。后来不得不纠正同步问题可能会导致部分已完成的电路被破坏。这里的教训是，在你花太多时间在布局上之前，要花时间把它做好。
板层堆叠配置:设计师已经知道开始布局一个板之前层分层盘旋飞行已完成。再说一次，这样做通常是为了节省时间，但这些良好的意图可能会适得其反。在布局开始后在CAD系统中移动图层可能会花费时间，并可能会引入设计错误。然而，更大的问题是将完成的路由从一层移动到另一层是否会影响电路板的整体信号完整性。你可能会发现自己不得不重新设计电路的一些主要部分来纠正这些问题。
设计参数:在布局开始前没有完全设置PCB设计CAD系统不一定会引入设计错误，但它可能会降低您的速度。颜色，网格和许多其他参数是为了创造一个提高工作效率的工作环境，如果你在开始工作前没有配置好这些，只会伤害到你自己。许多这些设置可以在模板或自述文件中传输，这在开始新的设计时非常有用。
在PCB设计CAD系统中设置颜色参数的菜单
在这一点上，电路板已经准备好开始布局。接下来，我们将看看在组件放置过程中可能发生的一些常见错误。
放置组件时PCB布局错误
让我们面对它，虽然它可能是复杂的，PCB布局也很有趣。在屏幕上操纵组件以及它们之间的网络连接是你能解决的最好也是最具挑战性的谜题之一。然而，与放置之前的板的设置一样，这里有一些潜在的问题，如果你不小心防止它们，可能会导致你的设计出现很多问题。让我们首先从涉及您将在电路板上放置的物理足迹的潜在问题开始。
不正确的占用空间:我们已经讨论了在设计中使用正确组件的重要性，但是如果这些组件没有使用正确的占用空间，您仍然会遇到问题。尽管从技术上讲，这应该在设计同步过程中捕捉到，但设计师仍然应该确保他们正在使用正确的脚印。无论使用PQFP而不是BGA，还是电容器的极性颠倒，如果第一次没有捕捉到这样的占用空间错误，都需要重新设计。
不要忽视平面图:为了确保良好的信号和电源完整性，PCB电路设计必须仔细分区以获得最大性能。对于每一毫米空间都很重要的高密度设计尤其如此。如果设计师不能做到这一点，他们可能需要进行昂贵的重新设计，以提高电路板的性能。使用原理图来放置组件的逻辑组或在电路板上指定放置房间可以非常有助于防止分区错误。
DFM是必不可少的:在设计中，确保电路板的可制造性与信号和电源完整性同样重要。PCB设计人员在布局中遵守可制造性设计(DFM)规则是至关重要的。这些包括组件周围的最小间隙用于自动化装配设备和测试设备，以及供技术人员调试和返工的机房。使用CAD工具中的设计规则和约束是消除DFM错误的绝对必要条件。
记住要设计PDN:虽然布局电路板以获得良好的信号完整性是必不可少的，但关注电力输送网络(PDN)也同样重要。当涉及到布置电源组件时，设计师很容易放松他们的勤奋，从而在设计中引入噪声和其他干扰。一定要遵循好PDN设计指南并使用CAD系统的电源完整性工具来检查错误。
好不容易，电路板终于准备好布线了，但不要放松警惕。如果你不小心，错误仍然有可能进入设计。
一些常见的跟踪路由错误
使用设计约束(如这里所示)可以为路由设置正确的规则
在印刷电路板布局上布线是一项非常有益的任务。随着每个路由跟踪的完成，其相应的网络连接指南将被消除——使您更接近完成工作。设计错误也很容易出现，破坏你想要实现的目标，所以设计师必须保持警惕。这里有一些值得注意的例子。
逃避布线:表面贴装设备需要从它们的衬垫布线到通孔，以便在板的其他层上互连。这被称为逸出路由，或通过扇出路由，对于大多数SMT设备来说是相当简单的。然而，具有细间距的高引脚数器件呈现出更多的挑战，设计人员必须注意不要用它们的内部层阻塞路由通道逃避通过。通常，芯片制造商会在其产品数据表中发布推荐的路由解决方案，这可以帮助您避免路由拥塞。
约束管理:随着当今电路板设计中所有不同的要求，布局设计师必须充分利用他们的设计约束管理系统。这些实用程序允许使用必要的跟踪宽度和间距来配置网络或网络组，并为组件分配清除规则。他们甚至可以更进一步，通过类型和电气定时参数设置高速设计拓扑等。在上图中，您可以看到设计约束管理系统中可用的一些设置，以防止路由规则违反。
没有足够的路由空间:当对路由模式密集的电路板进行路由时，提前规划需要路由的位置是很重要的。这将确保有足够的空间容纳常见的高密度模式双数据速率(DDR)路由。如果没有这样的计划，你可能会发现自己更换和重新布线了电路板的大部分。许多CAD工具，如Cadence的Allegro PCB Editor，都提供了路由模式，可以帮助完成这样的楼层规划任务。
缺乏参考平面:随着电路板设计中信号速度的增加，pcb的布局必须具有足够的参考平面参考平面。如果没有这些飞机，高速输电线路和其他敏感网络可能就没有一个清晰的信号返回路径。返回的信号反而会在电路板上徘徊，干扰其他信号，并产生噪声和EMI，这将破坏设计的信号完整性。这类错误可能是灾难性的，因为电路板需要重新设计以控制噪声。
正如我们在开始时所说的，PCB布局可能是一项复杂的任务，特别是所有这些潜在的错误都潜伏在阴影中。值得庆幸的是，这些问题中的许多都可以通过使用PCB设计CAD工具的功能来缓解。
解决方案就在工具中
在Cadence的Allegro PCB编辑器中，PCB设计人员可以使用许多不同的路由选项
我们一直在强调PCB设计工具的不同方面，这些工具可以帮助解决许多这些问题，但在这里，我们将重点介绍其中两个:
约束管理:正如我们前面所介绍的，在PCB设计中设置的设计规则和约束可以防止设计师产生意想不到的错误。约束管理系统将允许您控制从组件间隙到过孔丝印的一切。例如，您可以创建更改跟踪宽度的特定区域。当路由出高密度组件(如细间距bga)时，这是非常有益的。
先进的路由工具:PCB设计系统，如Cadence的Allegro PCB编辑器，为您提供了许多不同的选择路由工具。正如你在上图中看到的，有很多不同的选择。您可以在同一个设计系统中实现转义路由、路由单个网、自动交互路由和批量路由。这不仅可以帮助您避免路由错误，而且还可以提高您的工作效率。
Allegro还有许多其他功能，可以帮助您避免PCB布局错误，包括库实用程序，模拟器和分析工具，以及完整的原理图包。要阅读更多关于PCB布局的知识，可以看看Cadence在这篇文章中发表的内容电子书。
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