protel99教程第8章

第8章电路板布线目录8.1电路板布线基础知识8.2设置布线设计规则8.3预布线8.4自动布线8.5自动布线的手工调整8.6覆铜8.7设计规则检验（DRC）8.8电路板布线总结目录8.9巩固练习小结在完成了电路板上元器件的布局之后，设计者就可以开始对电路板进行布线了。本章主要介绍一种交互式的布线方法，包括电路板布线设计规则的设置、自动布线参数的设置、自动布线、手工调整以及覆铜和DRC设计校验等知识。8.1电路板布线基础知识电路板布线：指的是采用具有电气特性的导线将具有相同网络连接的元器件焊盘、过孔等导电图件连接到一起的过程。当电路板制作完成之后，这些导线就变成了实际电路板上沉积的铜箔，使相连的焊盘、过孔等在电气上连通到一起。1．概念辨析自动布线：指的是PCB编辑器内的自动布线器系统，根据设置的布线设计规则和选择的自动布线策略，并依照一定的拓扑算法，按照事先生成的网络自动在各个元器件之间进行连线的过程。2．电路板布线方法电路板布线方法同元器件布线一样，也包括以下三种常用的布线方法：（1）自动布线；（2）手动布线；（3）自动布线和手动布线相结合的交互式布线方法。3．电路板交互式布线的基本流程电路板交互式布线方法的基本流程如图8-1所示。图8-1电路板交互式布线基本流程设置布线设计规则重要网络预布线自动布线手工调整自动布线结果电路板覆铜DRC设计校验8.2设置布线设计规则一般来讲，电路的工作性能不同，对电路板上的各种布线的设计要求也不同。例如，电源线和接地线因为通过的电流较大，布线要求较宽；逻辑电路只是传输信号，因此布线就可以相对细一些；为了提高电路板的抗干扰能力，导线在拐角处应采用钝角或圆角过渡等。所以在正式进行布线之前，应当根据电路设计的要求，进行电路板布线设计规则的设置。这些规则的设置，不仅是自动布线的依据，也会给手动布线带来极大的方便。布线设计规则设置得是否合理，将直接影响到自动布线的质量和成功率，读者应当引起足够的重视。图8-2布线设计规则设置对话框常用的布线设计规则主要包括以下几项。【ClearanceConstraint】（安全间距限制设计规则）。【Short-CircuitConstraint】（短路限制设计规则）。【WidthConstraint】（布线宽度设计规则）。8.2.1设置安全间距限制设计规则安全间距限制设计规则属于电气规则的范畴。图8-3设置安全间距限制设计规则对话框8.2.2设置短路限制设计规则短路限制设计规则属于电气规则的范畴，一般情况下，电路板上不允许有不同的网络短路连接。图8-4其他设计规则设置对话框图8-5短路限制设计规则设置对话框8.2.3设置布线宽度限制设计规则布线宽度限制设计规则用来限制布线过程中导线的宽度。在一个电路板上，根据电气特性的要求，设计者可以设定多个布线宽度限制设计规则。比如，通常将电源线的布线宽度设置为1.5mm，地线的布线宽度设置为2mm，而普通信号的布线宽度设置为0.5mm就可以了。图8-6设置布线宽度设计规则主对话框图8-7设置布线宽度设计规则图8-8设置好的多项布线宽度设计规则8.3预布线在交互式布线中，电路板布线设计规则设置完成后就应当对重要的网络进行预布线。预布线主要包括两个步骤：（1）对重要的网络进行预布线；（2）锁定预布线。在进行布线的过程中，有时候可能需要事先布置一些走线（如电源线和地线），以满足一些特殊要求，并有利于改善随后的自动布线结果。如果不对这些预布线进行保护，那么在自动布线的时候，这些已布线会重新被调整，从而失去预布线的意义。图8-9预布线的结果图8-10编辑导线属性对话框图8-11全局编辑属性设置对话框8.4自动布线对电路板进行自动布线，除了需要设置电路板布线设计规则外，还需要设置自动布线器参数。8.4.1自动布线器参数设置图8-12自动布线器参数设置对话框8.4.2自动布线设置完自动布线参数后，就可以开始自动布线了。Protel99SE中自动布线的方式灵活多样，根据设计者布线的需要，既可以对整块电路板进行全局布线，也可以对指定的区域、网络、元器件甚至是连接进行布线，因此设计者可以充分利用系统提供的多种自动布线方式，根据设计过程中的实际需要灵活选择最佳的布线方式。1．全局布线如果没有特殊的要求，可以直接对整个电路板进行布线，即所谓的全局布线。在自动布线过程结束后，系统将会打开自动布线结果的状态信息，如图8-14所示。图8-13全局自动布线后的结果图8-14自动布线的状态信息2．指定网络布线Protel99SE可以对指定的网络进行自动布线。图8-15选中所要自动布线的网络（VCC）图8-16指定网络（VCC）布线结果3．指定两连接点之间布线布线时可以指定两连接点，使程序只对这两个点之间的连线进行自动布线。图8-17选中所要自动布线的连接图8-18指定两点间连接的布线结果4．指定元器件布线布线时可以选定某个元器件进行布线，使程序只对与该元器件相连的网络进行自动布线，具体操作步骤如下。图8-19指定元器件布线结果5．指定区域布线布线时还可以对指定的特定区域进行自动布线。图8-20指定区域布线的结果6．其他相关命令【AutoRoute】菜单中与自动布线有关的其他命令如下。【Reset】：复位自动布线。【Stop】：终止自动布线。【Pause】：暂停自动布线。【Restart】：重新开始自动布线，该命令与【Pause】命令配合使用。8.5自动布线的手工调整自动布线过程是在某种给定的算法下，按照网络表连接，实现各网络间的电气连接的过程。因此，自动布线的功能主要是实现电气网络间的连接，而很少考虑到特殊的电气、物理和散热等要求。电路板的布线一般要遵循以下原则。（1）引脚间的连线尽量短。由于算法的原因，自动布线最大的缺点就是布线时的拐角太多，许多连线往往是舍近求远，拐了一个大弯再转回来，这一类布线是手工调整的主要对象。（2）连线尽量不要从IC片的引脚间穿过。连线从引脚之间穿过，焊接元器件时容易造成短路，这部分导线能修整的尽量手工修整。（3）连线简洁，同一连线不要重复连接，以免影响布线美观。图8-21手工调整自动布线示例8.5.1手工调整布线结果下面将根据上述布线的原则对电路板布线的结果进行手工调整。手工调整时，为了方便元器件之间的布线，有时还要调整元器件的布局。在手工调整元器件的自动布线之前，应当仔细检查电路板上的布线结果，找出需要手工调整的布线。图8-22删除需要手工调整的导线图8-23调整焊盘网络标号后的结果图8-24手工调整后的结果8.5.2利用拆线功能调整布线结果在上面的手工调整过程中，用Delete键删除待修改的导线十分不方便，特别是在网络连线较多的情况下，逐段删除导线的工作量是非常大的。为此，Protel99SE提供了强大的拆线功能，使手工调整布线变得十分方便。图8-25拆线功能菜单命令8.6覆铜在自动布线结果中，地线网络的连接往往不是十分理想，需要进行手工调整，但不如采用覆铜的方法便捷和有效。对各布线层中放置的地线网络进行覆铜，不但可以增强PCB板抗干扰的能力，使电路板更加美观，而且可以增大地线网络过电流的能力。对地线网络进行覆铜的具体操作步骤如下。（1）利用拆线功能删除所有地线网络的布线。（2）设置多边形填充的连接方式。图8-26设置多边形填充连接方式设计规则主对话框图8-27多边形填充与网络连接方式对话框图8-28辐射连接的几种方式（3）设置多边形填充与导线、焊盘和过孔的安全间距（选项卡下的【ClearanceConstraint】（安全间距限制设计规则）），如果PCB电路板允许的的话，建议采用≥0.5mm的安全间距。（4）单击放置工具栏中的按钮，打开【PolygonPlane】（多边形填充选项）设置对话框，如图8-29所示。图8-29设置多边形填充选项对话框（5）单击按钮，光标变成十字形状，然后根据画导线的方法，在需要放置覆铜的区域外画一个封闭的多边形，单击鼠标右键，退出命令状态。覆完铜的PCB电路板如图8-31所示。图8-30设置好的多边形填充属性设置对话框图8-31覆铜后的PCB电路板8.7设计规则检验（DRC）在电路板布线完成后，为了确保PCB电路板完全符合设计规则的要求，所有的网络均已正确连接，还应当对电路板做DRC设计规则检验。这一步对初学者来说尤为重要，即使是有着丰富经验的设计人员，也可以借助DRC设计规则检验保证电路板设计万无一失。因此建议在完成PCB的布线后，千万不要遗漏这一步。设计规则检验常用的检验项目如下。【ClearanceConstraints】（安全间距限制设计规则）。【Max/MinWidthConstraints】（最大/最小布线宽度限制设计规则）：【ShortCircuitConstraints】（短路限制设计规则）。【Un-RoutedNetConstraints】（未布线网络限制设计规则）。图8-32设计规则检验对话框8.8电路板布线总结综上所述，在电路板布线的过程中，应当注意以下几点。（1）输入输出端的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线，以免发生反馈耦合。（2）导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值来共同决定。当铜箔厚度为50µm、宽度为1～1.5mm时，可通过2A的电流，而温升不会高于3℃。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选0.02～0.3mm导线宽度。当然，只要允许，还是尽可能用宽线。电源线和地线的走线宽度不小于1mm。（3）导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。一般情况下，对普通的信号传输导线可设置为0.3～0.5mm，而对于电源和地线则需要适当加宽。如果电路板上存在高压，则其安全间距一般应不小于2mm。（4）电路板布线要注意以下问题：电源线和地线尽可能靠近；要为模拟电路专门提供一条地线；为减少线间串扰，必要时可增加导线之间的安全距离；导线宽度不要突变，导线不要突然拐角。（5）电源线设计的原则：根据电路板上电源线通过电流的大小，应尽量加粗电源线宽度，并减少环路电阻。（6）地线设计的原则如下。①数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而粗，高频元件周围尽量用栅格状大面积地线铜箔。②接地线应尽量加粗。若接地线用很细的线条，则由于地线的公共阻抗引入的干扰将会很大，接地电位随电流的变化而变化，使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗，使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能，接地线应在2～3mm以上。③接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制板，其接地线布成闭环路大多能提高抗噪声能力。8.9巩固练习本章介绍“指示灯显示电路”的电路板布线，较为详细地介绍了一种交互式的布线方法。因此，本节不再介绍布线的方法，而是介绍两种电路板设计过程十分有用的技巧，即利用全局编辑功能隐藏电路板上所有元器件的参数和修改元器件序号的大小。下面先介绍隐藏元器件参数的操作。图8-33编辑元器件参数属性对话框图8-34设置好的全局编辑功能属性对话框图8-35隐藏元器件参数后的结果接下来介绍如何修改元器件序号大小的操作。图8-36配置全局编辑功能属性图8-37修改元器件序号的大小图8-38修改元器件序号大小的结果小结本章在元器件布局的基础上，对电路板进行了布线，主要介绍了一种交互式的布线方法，包括以下内容。（1）交互式布线的基本流程：介绍了电路板交互式布线的基本流程。（2）电路板布线设计规则的设置：介绍了电路板布线过程中几项常用的布线设计规则的设置。（3）预布线：预布线是交互式布线过程中非常重要的步骤。（4）自动布线：Protel99SE提供的自动布线功能十分强大，提供的布线方法也非常多，在实践中用户可以多种自动布线策略相结合，使自动布线的效果达到最佳。（5）电路板的手工调整：虽然Protel99SE提供的自动布线功能十分强大，但是在自动布线完成后，还是存在一些缺点，这就需要用户仔细查找，并进行手工调整，以使布线效果最佳。（6）