PCB布局布线

2018-10-09 13:09:53 来源:电路设计技能
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一旦完成了原理图的设计,通过ERC检查无误(没有Error、最好也没有Warning)、生成Netlist,就可以进入到下一步 - PCB Layout了,这个过程应该细分为元器件的Placement(布局)和信号线的Route(布线)两个环节,在实际的设计中Placement(布局)更重要,需要花费更多的时间,基于一系列的需求和规则对每个元器件在电路板上的位置进行认真的摆放,尤其是在大型的项目中,一定要待元器件的布局被相关的人确定以后,再开始信号线的连接,也就是布线的过程。布局和布线的过程基于信号完整性、电源完整性等方面的考虑不在本教程的探讨范围,在这里我们只看看KiCad这个工具如何实现布局和布线整个流程的。
 
我们将PCB Layout的过程也总结为按照顺序执行的10步:
 
按照项目的需求确定PCB板的物理大小、关键器件的位置、板子的层数并定义各层的功能
 
加载原理图生成的Netlist(网表),根据一系列的规则进行元器件的布局,可以通过3D视图查看板子的布局结构是否合理
 
根据PCB加工厂商的制造规范设定PCB的布线规则 - 线宽、线间距、过孔大小、丝印字体及大小等等
 
关键信号线走线 - 电源 、时钟、差分信号、敏感的模拟信号….
 
其它信号线走线
 
铺地/电源
 
DRC检查
 
对照原理图上的连线逐线高亮检查
 
调整丝印
 
生成给PCB加工厂需要的Gerber文件
 
接下来我们来看看KiCad中的布局布线工具Pcbnew是如何执行这些过程的。
 
1. Pcbnew的使用
1. 执行程序 - 从KiCad项目管理处单击Pcb layout editor(PCB布局编辑器)图标启动Pcbnew窗口。 
 
2. 设置页面信息 - 先输入一些原理图信息:单击顶部工具栏上的Page setting(页面设置)图标。设置Page size(纸张大小)为(A4, 8.5×11等)和title(标题)为Tutorial1。
 
 
3. 设置布局布线规则 - 根据PCB制造商提供的要求来设间距、最小线宽等。一般来讲可以将间距和最小线宽度都设置为0.25mm。 单击Setup(设置)→ Design Rules(设计规则)菜单来设置各个参数,这里的单位是mm。
 
 
4. 导入网表文件 - 单击顶部工具栏上的Read netlist(读入网表)图标 。 如果是从Eeschema创建的,则可以在Netlist文件字段中选择网表文件tutorial1.net进行读取。 
 
5. 查看并移动基于网表导入的器件 - 在页面中应该能够看到原理图中定义了封装的所有器件,这些器件都通过称为ratsnest的一组细线连接 - 你可以通过Show/hide board ratsnest(显示/隐藏电路板网络)按钮来查看所有器件之间的连接关系,如果你发现这些细线的连接跟电路原理图中原本设计的有出入,就要回去查看一下是哪一个地方出了问题。
 
6. 调整器件的位置 - 可以用鼠标选中这些器件并进行移动,也可以将鼠标悬停在你要移动的器件上并按[m]来移动它们,然后单击要放置它们的位置将其放好,也可以通过单击选择器件然后拖动它。按[r]可以旋转器件。
 
 
7. 定义PCB板的外沿 - 从顶部工具栏的下拉菜单中选择Edge.Cuts图层。单击右侧工具栏上的Add graphic lines(添加图形线)图标。然后用走线圈定PCB的边缘,要记住在绿色边缘和PCB边缘之间留一个小间隙。
 
 
 
8. 布线 - 一般来讲我们都会在电路板上通过大面积铺设地平面的方式将所有GND进行连接,因此在布线的时候可以先不用考虑GND这个网络上的连线。电路板的外表面有两层 - F.Cu(顶层,我们也称为Top Layer)和B.Cu(底层,我们也称为Bottom Layer),两层板一般选择在B.Cu层铺设大面积的地平面,因为F.Cu层主要用于放置元器件。如果设计中需要用到4层板,可以转到设置→图层设置将铜图层改为4. 你可以在图层表中设置需要的图层并对它们的用途做设定。
 
布线的时候我们先从F.Cu开始,在顶部工具栏的下拉菜单中选择F.Cu,如图:
 
 
单击右侧工具栏上的Route tracks(布线)图标。 单击J1的第1个引脚连线到R2的焊盘,双击鼠标结束连线。 此走线的宽度将默认为0.250mm,你也可以从顶部工具栏的下拉菜单中更改走线的宽度。 默认只有一个走线宽度。
 
 
如果要添加更多走线宽度,可以通过设置→设计规则→全局设计规则选项卡,在此窗口的右下角添加任何其它你需要的宽度,这样在后面布线的时候你可以根据需要随时从下拉菜单中选择走线的宽度。 请参见下面的示例(单位为英寸)。
 
 
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