【电赛新兵训练营 】电子工程训练基础知识讲座_第17课时_绘制PCB基本操作2

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查看: 675回复: 76 发表于 2020-5-20 10:00:10   只看该作者
本课开始我们终于要学习PCB布线的具体操作方法了,先讲解以下基础性内容:

(1)修改导线线径。
(2)切换走线样式。
(2)动态布线。
(3)多走线布线。
(4)调整走线。
(5)差分走线。
(6)手动布线与自动布线。
(7)覆铜层。

1、改变线宽
如图1所示,在制订好线宽规则以后,快捷键Ctrl+W或点击Route Wire图标就可以开始用鼠标布线。

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图1 Route Wire手动布线图标

(1)如图2,此时会默认按net所属类class定义的规则rule中的Preferred Width设定线宽来走线。根据上节课的设置,GND net的默认线宽也为0.254mm(最大线宽加大到了0.508mm)。

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图2 默认0.254mm线宽的导线

(3)如图3,如果希望以更窄或更宽的导线进行连接,可以按tab键暂停连线,自动调出导线属性设置界面,比如修改线径为0.508mm(必须符合线径预设规则)。

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图3 把线宽从默认0.254mm修改为0.508mm

(4)如图4所示为加粗的GND连线。在前一课中,我们将Power类和GND net的线宽规则设定为最小0.254mm,默认0.254mm,最大0.508mm。如果愿意,我们可以直接把规则设为最小0.254mm,默认0.508mm,最大0.508mm,这样无需修改线宽,GND焊盘上直接绘制的就是0.508mm的导线了。

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图4 加粗的电源类走线

2、切换走线样式
在AD中绘制导线时,走线样式有45°走线、直角走线、45°圆弧走线、弧形走线、斜线几种。在鼠标布线的过程中,按Shift+空格切换各种走线样式。
(1)如图5为默认的45°走线,导线横平竖直,以45°角拐弯。45°角拐弯比直角拐弯带来的线径(阻抗)变化要小,可以满足大多数应用的要求。

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图5 45°走线

(3)如图6所示是直角走线,导线完全横平竖直,在拐角处线径(阻抗)变化最剧烈,带来,是高频性能最差的走线方式。极端情况下,例如个别线只有这么走才能穿过窄缝隙的情况下,才勉强犯忌一用。

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图6 直角走线

(3)如图7所示为45°圆弧走线,导线遵守横平竖直,并以45°圆弧拐弯。45°圆弧拐弯线径无突变,适合高速电路走线。

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图7 45°圆弧走线

(4)如图8所示是弧形走线,导线可以任意角度圆弧加三种角度直线(45°、水平、垂直)走线。这种方式线径也无突变,且线长可以较短(比45°圆弧走线短),适用高速的电路。但是这种走线方式由于不遵守横平竖直,“横行霸道”可能会妨碍其他导线的走线。

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图8 弧形走线

(5)如图9所示是斜线走线,鼠标可控制导线任意角度折线。直线连接两个焊盘时,可以线径无突变,且走线最短,但这种走线方式很罕见。主要原因也是“横行霸道”可能会妨碍其他导线的走线,而且当无法直线到达,需折线时会线径突变。

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图9 斜线走线

3、动态布线
AD17才引入的动态布线功能可以极大的方便多引脚总线类型的布线。如图10所示,点击Panel->ActiveRoute打开动态布线面板。动态布线功能的基本操作流程是先选中预拉线,然后对布线路径进行引导Route Guide,最后进行布线(快捷键Shift+A)。

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图10 动态布线面板

(1)如图11所示,按住Alt,鼠标按住左键自右下向左上,划出绿色矩形框,可选取多根白色预拉线。一定记住是“自右下向左上”划出绿色框!!!

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图11 选择多根预拉线的方法

(2)如图12所示,选中的白色预拉线会变高亮。本例中,将允许动态布线的板层改为只允许Top layer(Bottom Layer前面的√去掉)。

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图12 修改允许动态布线的板层

(3)如图13点击Route Guide按钮,开始画红粗线所示的引导线,粗线的宽度示意了“总线”所占的大致宽度。动态布线将会沿引导线的大致路径自动排列。

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图13 绘制动态布线的引导线

(4)如图14所示为自动绘制的动态布线效果。

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图14 动态布线的效果

4、多走线布线
多走线布线功能实际是动态布线功能发明前的“经适版本”。当障碍物较少时,可以选中多个起止位置接近的焊盘,来同时布线(鼠标操作布一根导线,其他导线自动跟随)。之所以说是“经适版本”,原因是多走线布线实现条件要苛刻,障碍物过多,焊盘位置差距多大,都会导致布线失败。
(1)如图15所示,Shift+鼠标左键点选多个起止位置接近的4个焊盘(选中后会变白色)。

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图15 选中多个起止位置接近的待布线焊盘

(2)如图16所示,点击Route->Interactive Multi-Routing,开启多走线布线。

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图16 开启多走线布线

(3)如图17所示,绘制其中一条导线,其余焊盘的导线会自动“跟随”。

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图17 绘制多走线布线

(4)如图18所示,完成其中一根布线后,其余导线会自动连在对应焊盘。

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图18 多走线布线效果

5、调整走线
手工绘制导线时,经常需要调整走线,当导线遇到其他障碍物(导线)时,有推挤/跨越/普通几种策略,Shift+R切换策略。
(1)对比图18和图19,调整高亮走线时,可以将其他导线推挤开。这也是最方便常用的调整走线策略。

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图19 走线调整的推挤效果

(2)对比图18和图20,调整高亮走线时,犹如“困兽”被其他导线完全限制住了,这就是普通走线调整策略 。

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图20 走线调整的“困兽”效果

(3)对比图18和图21,调整高亮走线时,会完全忽视别的导线存在,先跨越了再说。当松开鼠标后,导线发生交联,3根导线都会变绿报错。这时,就需要手动再调整另2根导线了。

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图21 走线调整的跨越效果

6、差分走线
AD支持差分信号同时走线。在原理图中,需将差分信号对的网络标签Net Label设置为TX_N和TX_P(必须为XXX_N和XXX_P格式)。
(1)参考图22,在原理图中Place->Directives->Differential Pair放置差分对指示符。
(2)在PCB界面,Design->Import Change from xxx.PrjPCB,先更新电气改动。

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图22 放置差分对指示符

(3)如图23所示,在PCB界面,点击Route->interactive Differential pair Routing

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图23 激活差分走线功能

(4)如图24所示,正常绘制一根差分导线,另一根差分导线将自动绘制。注意,本例中未设置差分线的Rule,等长规则中Tolerance容忍值是默认的25.4mm,所以看起来并不等长。

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图24 差分走线效果

正常情况下,高速差分布线应设置单独的类class和规则rule,对等长允许的误差Tolerance、最大不耦合长度Max Uncouple Length、差分线径Width(最小/合适/最大)、差分对间距Gap(最小/合适/最大)这些参数都需要进行合适配置。
7、手动布线与自动布线
AD各版本一直支持自动布线,但是自动布线的效果离差强人意都有相当距离。
(1)如图25所示为全手动布线效果。

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图25 全手动布线的效果

(2)如图26所示,点击Route->Auto Route->All->Route All,按预设规则全自动布线的效果。对于低速信号的PCB,线径、线距规则设置适当,自动布线实现电气功能是没有问题的,颜值就不要奢求了。

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图26 完全自动布线效果

(3)如图27所示,一种变通的办法是,先将一部分重要信号手工布线,然后再自动布线。

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图27 部分手工布线

(2)如图28,点击Route->Auto Route->All->Route All,注意选中lock All Pre-routes,这样预先手工布线就可以锁定保留。

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图28 手工布线和自动布线结合的效果

8、覆铜层
覆铜(PolygonPour)是PCB设计中的 一项重要操作,通常覆地铜 。如图29,点击Palce->Polygon Pour打开敷铜功能。

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图29 打开敷铜功能

(1)敷铜需按各个板层单独进行配置。如图30所示,按箭头所示,绘制top layer层的敷铜。

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图30 绘制top layer层的敷铜

(2)如图31,修改敷铜的电气属性,从No Net改为GND,注意观察敷铜的变化。

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图31 修改敷铜的电气属性为GND

(3)如图32所示,切换板层为Bottom Layer,同样方法绘制敷铜层。同理,修改底层敷铜的电气属性为GND。

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图32 绘制Bottom Layer的敷铜

(4)如图33所示为最终完成的顶层和底层地铜敷铜效果。敷铜层的范围形状需要根据电路板实际情况来决定,有些元件周围无需或者不能敷铜,同一个板层也可以有多个不同电气属性的敷铜区域。此外,追求完美时,敷铜边角也可像导线那样避免90°直角,而使用45°角。

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图33 顶面和底面敷铜效果

关于敷铜还有三个主要的配置选项:
(1)如图34所示是网状覆铜的效果。理论上块状覆铜适合低频大电流电路(有一个坏处是发热可能导致铜皮起泡),网状敷铜适合高频抗干扰电路,但是此时的网格也是需要设计计算的。因此,不明所以的时候就用块状敷铜吧。

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图34 网状敷铜的外观效果对比

(2)如图35左所示的“Pour Over Same Net Polygons Only”效果是覆铜只连接net点,不覆盖导线。右图的 “Pour Over All same Net Objects”效果是覆铜覆盖掉所有相同net/wire,这可以减小地线电阻,多数情况我们这种效果。

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图35 敷铜是否覆盖掉全部电气点的效果对比

(3)如图36所示,覆铜与焊盘的连接方式分三种。直接连接方式虽然增大了导电面积,但是通常我们还是会选择十字连接效果。因为一旦是直接连接,焊盘就完全与铜皮成为整体,将会非常难焊接(散热太快,焊接温度上不去)。

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图36 敷铜与焊盘的连接方式选择

(4)如图37所示,改变敷铜参数以后,需要选中敷铜块,点击右键菜单,使用Polygon Action->Repour Selected来重塑敷铜。

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图37 重塑敷铜操作

多数情况下,敷铜效果都是利大于弊,本例只是大体上讲解了敷铜的使用方法,实际敷铜对信号会产生哪些具体的影响,还需要通过别的课程进一步学习。

9、本课小结
在修炼了大量内功之后,本课相当于讲授了布线的一些入门“刀法”,本课需要掌握以下知识点:
(1)快捷键方式修改导线线径、导线样式。
(2)会使用动态布线和动态布线的引导线。
(3)会使用多走线布线。
(4)知晓移动/修改导线的不同策略。
(5)能够配置差分走线。
(6)理解全手工布线、半手工布线、全自动布线的区别和使用范围。
(7)掌握覆铜基本操作以及进阶操作。



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好详细,谢谢老师

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好好学习,天天向上。

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很详细,谢谢老师

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感谢老师的分享 老师辛苦了

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逐渐变难。

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谢谢老师分享的布线经验。

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谢谢老师!老师辛苦了!
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