如何布線PCB

2021-09-19

如何布線PCB

PCB設計上的布線和過孔通常被認為是一項簡單的任務。導入板子并在板上布置元件后，開始用銅連接元件似乎是一件相對容易的事情。雖然在簡單板上的低速 TTL DIP 組件時代可能確實如此，但今天的設計要求要復雜得多。PCB 上的走線可能帶有非常具體的設計要求，旨在確保布線過程中的信號完整性。

盡管走線可能有特定的布線要求，但如今更高級的 PCB布線功能可以幫助您設置和遵循走線的設計規則。您將用于電路板的重要布線技術取決于您使用的信號標準和所需的布線拓撲。如果這是您第一次設計 PCB 并且您已準備好布線階段，那么請不要擔心，我們將向您展示如何布線PCB 并確定您在 PCB 中應遵循的布線要求。

開始 PCB布線

所有 PCB 都需要有銅來連接表層或內層上的組件，稱為走線。什么是“簡單”設備取決于幾個因素，這些因素將決定您在 PCB 中使用的適當走線設計。您會在低速和高速信號標準中發現的一些重要設計布線要求包括：

走線的載流能力，因為高電流板可能需要大走線甚至多邊形

電路板中使用的走線寬度，這將確?？芍圃煨圆绊懘當_

任何需要特定寬度的受控阻抗信號，必須根據 PCB 疊層設置

路由拓撲，這將決定走線如何分支連接到多個組件

沿跡線的總損耗，決定了最大允許的跡線長度

并行總線和差分對中允許的偏斜；具有源同步時鐘（SPI 或 I2C）和并行總線的協議都具有最大偏斜規范

作為設計師，您的工作是在所有這些方面找到平衡點，并確定以上列表中的哪些點對于不同的網絡最重要。例如，高速設計依賴于差分對的受控阻抗，而高電流 DC 設計需要具有不一定具有特定阻抗的寬走線。

首先，讓我們看看更基本的電路板的一些布線要求，然后我們將進入更高級的設計。

簡單的 PCB 走線布線

如果您的設計沒有以高速運行，它的密度不足以產生串擾問題，并且您的走線需要承載低電流，那么您通?？梢宰杂蛇x擇可以輕松容納您的組件引腳和引線的走線寬度。在這些設計中可以使用 5-15 密耳的走線寬度，因為它們足夠小，可以直接布線到大多數組件的焊盤中。下面顯示了一個帶有運算放大器的基本示例，其中在低速 IC、一些電阻器和電容器之間布線。

像這樣的更簡單的設計通常不關心阻抗、標準路由拓撲或高電流。然而，很少有現代設計如此簡單，以至于它們不需要某種程度的走線設計或路由規則的確定。

現代 PCB 的布線規則

今天的電路板，即使是那些只使用簡單 MCU 和低功率級的電路板，也需要一定程度的走線設計和布線規則來確保信號完整性。設計人員需要確定其連接的走線幾何要求，以確保可靠性和信號完整性。

確定給定跟蹤中的當前需求；PCB 中電源電路中的布線可以承載高電流。

如果電流非常低（小于 1 A），請通過查看組件數據表或信號標準來確定是否需要阻抗控制。

如果需要阻抗控制，計算達到阻抗目標所需的走線寬度。如果需要差分對，還要計算所需的走線間距。

如果需要阻抗控制，很可能會使用單端或差分對來實現路由拓撲。請務必檢查您的信令標準以確定您的路由要求，其中包括損耗預算（確定總長度）、阻抗要求以及差分對或并行總線中允許的長度不匹配等內容。

一旦確定了電路板中的任何布線要求，就可以為設計中的特定網絡設置設計規則。這涉及在您的設計規則中設置最小或最大走線寬度，并且您的布線工具將在您布線時使用這些規范來設置走線寬度。

阻抗和路由拓撲

當您需要在 PCB布局中進行阻抗控制時，您需要使用多種方法之一來確定阻抗。您可以使用一些公式來確定設計中的阻抗，或者您可以使用更專業的應用程序來計算設計中所需的阻抗。單端和差分對阻抗將具有定義的幾何形狀，以確保滿足阻抗目標。

確定阻抗的最快方法是使用包含內置計算器工具的 PCB設計軟件。并非所有 PCB設計應用程序都包含這種類型的實用程序，以及那些確實會產生不同精度水平的結果的應用程序。最好的 PCB設計應用程序將包括一個電磁場求解器，它可以自動計算所需的走線幾何形狀。這些工具將獲取 PCB 中的介電常數和銅粗糙度信息，并使用它來計算達到目標阻抗所需的走線寬度和差分對間距。

走線布線拓撲定義了走線在組件輸入和輸出之間如何走線，以及走線如何從彼此分支以到達多個組件。例如，DDR 布線使用飛越拓撲，其中單個總線分支以到達設計中的多個組件。在另一個示例中，SPI 使用類似的總線拓撲，但在總線上的負載點處應用了端接。其他組件可能使用點對點拓撲來訪問多個組件，這在設計需要單個組件通過單個 IO 接口與多個負載通信時最常見。確保您了解信號標準中所需的路由拓撲，以及這些走線是否需要阻抗控制。

PCB 中的布線

PCB布局中的走線通過簡單地指向和單擊電路板中的位置進行布線。在此過程中，銅線將固定在用戶單擊鼠標的所需位置，最終跨越布局到達所需位置。PCB 編輯器應用程序中的布線工具可以在您在布局中布線時自動轉角（通常為 45° 角），并且它們可以在您在 PCB 中的組件之間移動跡線時放置過孔。

在開始布線之前，請花一些時間為不同的布線制定策略，以確保您不會過度使用過孔或需要添加額外的層來解決電路板問題。您的 PCB布線策略將取決于您的 PCB布局；如果在 PCB布局中交叉的網絡過多，則在沒有過多層轉換的情況下布線會更加困難。有時，您必須首先從最簡單的布線開始，因為這將幫助您確定哪些布線需要更多的時間和精力才能在 PCB布局中完全布線。

有些路線可能非常復雜，例如從這個 BGA 逃逸。這條路線穿過兩個過孔，最終在表面層結束。

您應該考慮的一些重要的 PCB布線指南包括：

嘗試在同一層上保持給定接口或信令協議的受控阻抗跡線

最大限度地減少高速協議和 RF 軌跡上的過孔轉換

小心不要在平面上的裂縫上布線并跟蹤 PCB 中的返回路徑；最好的方法是使用統一的地面區域

盡量保持走線短而直接，不要讓走線超過需要的長度

對于大電流布線，不要害怕使用多邊形來構建更大的導體；這些可用于制造任何形狀的導體

信號完整性是與 PCB 疊層設計和布線密切相關的一個領域。相對于信號層和布線的平面/GND/PWR 層的布置是信號完整性的主要決定因素，并且在 GND 的完整部分上布線是確保您的設計保持信號完整性和抗 EMI 的最佳方法（串擾、外部射頻噪聲、電源噪聲等）。上面顯示的這個簡單指南和布線規則將有助于防止或減少許多信號完整性問題，并有助于確保您的電路板保持功能。

可幫助您遵守基本 PCB布線指南的最先進的布線工具是交互式的。換句話說，這些工具是半自動化的，允許您為一組信號定義布線，布線工具將放置走線，使其自動遵守您的設計規則。在這種類型的布線中，您的網絡和網絡組的設計規則會在您創建 PCB布局時自動檢查。許多免費軟件和開源設計程序迫使您手動完成所有工作，但 Altium Designer 等高級 PCB設計程序可以幫助您在完成 PCB布局和布線時保持高效。

Altium Designer 的交互式布線功能提供智能的半自動 PCB布線，遵循您的設計規則和基本布線要求。