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发表于 2020-5-20 10:00:06
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本课将学习以下知识点：
（1）Gloss平滑处理。
（2）添加泪滴。
（3）实心填充。
（4）过孔缝合/屏蔽。
（5）分割平面层。
（6）ROOM的作用。
（7）丝印标注。
（8）规则检查DRC（ Design Rules Check ）。
1、Gloss平滑处理
如图1所示的导线排列冗长且产生了锐角，手动修正这些导线费事费力，AD中提供Gloss平滑处理功能可以解决这类问题。
（1）如图2所示为避免选中不需要的板层元件，按L调出板层设置，只显示top layer。
（2）如图3的步骤1、2、3所示，先鼠标框选中待平滑导线（选中部分线段就行），然后按Tab扩展选中到完整导线。
（3）如图4所示，点击Route->Gloss Selected，就实现了对选中导线的平滑处理。
2、添加泪滴
在PCB绘制完成后（在敷铜前），进行添加泪滴操作（Teardrops），可以保护焊盘，避免焊接时焊盘的脱落；平滑阻抗，减少阻抗的急剧跳变。
（1）如图5所示，点击Tool->Teardrops，打开泪滴面板。
（2）在泪滴面板左侧有增加泪滴还是清除泪滴的选项，AD中泪滴实际是弧形导线，虽然手动也可以逐一选中修改，但是还是建议用Teardrops面板统一操作。
（3）在泪滴面板右侧展示了4种添加泪滴的情况，可以按需要进行配置。第一种是针插焊盘与导线连接处；第二种是贴片焊盘与导线连接处；第三种是导线变径处；第四种是导线的T型连接处。
（4）Teardrops面板点击OK即可添加泪滴效果，如图6所示。
3、实心填充
对于大电流走线，例如电源类PCB，常常使用实心填充来取代普通导线。如图7所示为DCDC电源芯片TPS63020的官方说明书推荐PCB布局。下面我们以此为例，来说明实心填充布线的方法。
| 图7 电源芯片TPS63020的PCB布线官方建议 |
（1）如图8所示电路已按布局建议完成了大部分的布线，还有左上方的地线没有布线。
（2）如图9的步骤1、2、3所示，先点击Place->Solid Region激活块铜功能，然后在PCB中按箭头方向画出闭合线段，最后得到所需的块状铜“导线”。
（3）块铜的电气属性默认与重叠的电气点一致，双击块铜可修改电气属性。如果块铜覆盖区域内有多个电气点，那么就会变绿报错。
此外，与敷铜层类似，块铜的边角也可以用45°角代替90°角来避免成为“天线”。图7的推荐PCB布局图对块铜的角就做了平滑处理。
4、过孔缝合
如图10所示的推荐PCB布局中，只画出了单面布局，实际一般PCB还有底面，本例中底面是整面的GND铜皮。中间绿色框部分是电源芯片封装自带的散热过孔，直接与底面的GND铜皮连接，帮助散热。在PCB上还有4个红框所示的via区域，也与底面GND相连，以减小GND回路阻抗，并提高散热能力。
在电源类的电路板中，在上下板层密布大电流路径的过孔是常见设计，纯手动放置这么多过孔是比较枯燥繁琐的操作。AD中的过孔缝合，可以自动在上下块铜之间自动打满过孔，堪称又快又好。
（1）如图11所示，计划在芯片上方漏斗状的块铜位置打满过孔，点击Tools -> Via Stitching / Shielding->Add Stitching to Net。
（2）如图12所示的过孔缝合配置界面中，箭头所示的“Stagger alternate rows”功能，可以切换过孔的排列是整齐排列还是错位排列。以普通贯穿顶层和底层的过孔为例，需要配置过孔直径Diameter（0.6mm）、过孔的孔径Hole Size（0.3mm）、过孔阵列之间的间隔Grid（0.7mm）、过孔的电气属性Net（PGND）。
（3）点击图12左上角的Constrain Area，进入过孔区域绘制。如图13箭头所示，用鼠标绘制闭合线段，切换回配置界面，点击OK。
（4）如图14所示，过孔缝合功能会根据配置选项，在指定区域内自动尽可能多的打上过孔，本例为13个过孔。
5、过孔屏蔽
我们都知道传输高频信号的同轴电缆，是用外层接地金属层包围内部信号，以实现双向屏蔽的效果，如图15所示。而PCB电路板上用地包围敏感信号，也有类似效果。AD提供信号线过孔屏蔽（包地）功能，可以用via地包围信号线，实现保护屏蔽。
（1）如图16虚线所示的是USB的D+和D-信号线，在它们的两侧已经进行了敷铜处理。现在希望把顶层的地铜和底层的地铜之间打上过孔，更好的屏蔽两根信号线。点击Tools -> Via Stitching / Shielding->Add Shielding to Net。
（2）如图17所示，在Add Shield to Net配置界面里，首先也是要配置好过孔的各种大小、间距，然后选择要屏蔽的Net（D+），用来屏蔽的Net（GND）。虽然一般都是用GND进行屏蔽，但是电路中可能会有多种地，数字地、模拟地、功率地等等，所以还是需要具体选择GND的种类。点击确认后，自动得到了18个via屏蔽D+信号。
（3）如图18所示，重复Tools -> Via Stitching / Shielding->Add Shielding to Net。其余参数不变，仅需把要屏蔽的Net改为D-，点击确认后，就得到了15个via屏蔽D-信号。
（4）如图19所示为整体的Via屏蔽效果，除了无法打接地过孔的区域，沿着D+和D-已经打上了屏蔽Via。
6、增加平面层
下面将讲解多层板的绘制方法。中间信号层的使用方法与Top Layer信号层和Bottom Layer信号层并无区别，所以我们在图20所示双面板工程PHY1的基础上，仅增加一个地平面层和一个电源平面层。
（1）如图21所示，点击Design->Layer Stack Manager，打开板层管理器。对于双层板，从上至下依次是top丝印层、top阻焊层、top信号层、绝缘层、bottom信号层、bottom阻焊层、bottom丝印层。每一层都标了材质厚度，例如Dielectric 1绝缘层，使用材质是FR-4，这就是一种最常用的电气绝缘材料--环氧树脂玻璃纤维。
（2）如图22所示，重复点击层管理器左下方的add Layer->Add Internal Plane，增加两个平面层，分别命名为GND和POWER。
（3）如图23所示，具有平面层的电路板，周围会自动生成粗线。图中的绿色代表平面层的铜皮没有延伸至边缘（为了绝缘）。
（4）如图24所示为激活GND和POWER两个平面层的显示效果，淡色的绿色和棕色代表铺铜皮的地方，深色的绿色和棕色线（外框）代表划线切割（没有）铜皮的部分。
（5）如图25所示，切换到平面层后，双击淡色区域即可编辑平面层的电气属性，分别设定为GND和3V3，作为默认未做分割的整体平面层net。
本例中仅有一个GND，所以地平面层无需分割。下面我们来学习如何分割电源平面，总体原则是按同种电源net的分布，分割电源平面。首先可以分割显示窗口，同时显示原理图和PCB图，以观察4种电源net在PCB板上的分布情况。
（1）如图27所示，是3V3电源net在PCB上的焊盘分布。点击原理图部分的3V3电气net，在PCB区域所有3V3的焊盘就会变成白色选中状态。将来我们就是根据这些焊盘的排列来分割电源层。
（2）如图28所示，同样方法可以观察其余三个电源net的焊盘排列。
（3）如图29所示，按相同net焊盘的提示范围，点击place->line，将3V3A的焊盘用闭合线段框起来，最后双击改变该分割平面的电气属性为3V3A。
（4）如图30所示，同理画出电气属性为PWFBOUT和PWFBIN的两个分割平面层。
| 图30 PWFBOUT和PWFBIN的两个分割平面层 |
（5）如图31所示，双击检查每一个电源分割平面层的电气属性是否都已设置正确。本例电源平面层中，经过切割出3个小块后，外加剩下最大的3V3块，一共有4个分割平面层。
（6）检查分割范围，修改分割范围。如图32左所示，经检查发现箭头所示的3V3焊盘被画进3V3A的电源层区域。如图32右所示，通过增加和删除线段，将箭头所示的3V3焊盘回归3V3电源层。
（7）如图33箭头所示，检查出PWFBOUT层也有未囊括的焊盘，同样增减线段“精修”PWFBOUT层。
7、ROOM的作用
长久以来，我们对导入元件后的ROOM框都是一删了之，其实有些情况下ROOM是有用的。在低版本AD中，包含一些有益的范例，在Examples\Reference Designs\Multi-Channel Mixer，是一个 2层板范例，基于一堆运放的混音器，如图34所示。
（1）如图35所示，这个工程PCB导入元件后会包含非常多元件，每个原理图产生的元件有单独的room。归属自己room的元件，一旦脱离room就会变绿报错。
（2）如图36所示，调整各个ROM大小，先按ROOM先分割好版面，然后再排布元件布线会比较规则有序。
8、丝印标注
关于丝印层标注的范例，推荐AD中\Examples\Reference Designs\NanoBoard-NB3000AL工程，如图37所示。
（1）如图38所示为3D视图下的丝印标注细节。
（2）如图39所示为对应的2D视图下的丝印标注细节。
（3）如图40所为不同选项时文字标注的差异显示效果。可以选择正显示还是反显示（阴阳显示），是否有外边，文字内容/字体/高度/加粗/斜边等。其中，TrueType可选字体与计算机系统里的字体种类相同，必须确保加工时板厂有这种字体，或者送交打样文件里提供相应字体。
9、规则检查DRC（ Design Rules Check ）
在完成PCB设计之后，运行设计规则检查DRC（ Design Rules Check ）是非常规范且有用的功能，但是初学者很难做到DRC检查时Rule Violations 0和Warnings 0。
（1）首先，对DCR检查出的短路（含电气间隔不够），少连线等硬伤，当然得逐条修改。
（2）其次，要做到完美通过DRC，rule的设定必须科学合理，不能靠默认rule一条路走到黑。
（3）最后，如果确实没有错误，无需修改PCB，那么就改rule，或者在DRC里设置不去检查该rule。
如图41所示，点击Tools->Design Rule Check打开DCR设置面板。
（1）如图42所示的DCR规则检查窗口中，左侧有rule的大类，右侧有需要检查的规则子项，可以选择需要的项进行检查。
（2）如图43所示，故意删除了一根导线后，运行DCR检查。结果出现出两条Rule Violations，右侧的Messages窗口提示是两根导线没连，双击message，可以定位到PCB错误。
（3）如图44所示，添上导线后，再次运行DCR，实现Rule Violations 0和Warnings 0。能够做到这一步并不简单，需要查看每一条冲突和警告，分析是否与设计本意相符，然后修改规则或者不去检查具体某条规则，才能最终得到双0的DCR结果。
10、本课小结
本课作为AD的完结篇，介绍了PCB设计的一些“高性价比”刀法。
首先，能够入选的“刀法”必须性价比高，能够做到事半功倍，避免“无知”的情况下吃亏上当。例如平滑处理、添加泪滴、实心填充、过孔缝合和过孔屏蔽都是极其简单，但是纯手工实现又特别繁琐的操作。
其次，“刀法”还必须三言两语能够讲解明白。例如蛇形走线/等长走线的知识就没法讲解。因为读者首先要自己明白什么是蛇形走线/等长走线，为什么要采取这种走线，走线的具体参数怎么计算，然后才是怎么用AD去实现它，而这总是能网上搜到解决办法的。
经过14课的学习，PCB的设计也只能算是入了个小门，要知道AD只是帮我们实现想法的工具，“想法”怎么得来，是系统学习的成果。大家可以尝试从学习数字地、模拟地、功率地、滤波/去耦电容、单点接地这几个知识点，开始自己的系统学习电子设计之旅。
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