高手告诫:印制pcb设计成功的七大技术要决
导读: 高手告诫:不要依赖自动布线器做布线以外的事情;需要时手工调整导线尺寸，以确保设计中承载正确的电流。不管怎样一定要相信飞线，直到所有飞线100%消失，你的pcb设计才算完成。
技巧三:使用自动布线器，但不要完全依赖自动布线器
大多数专业级的pcb CAD工具都有自动布线器。但除非你设计pcb很专业，自动布线器才会一次完成布线;对pcb连线来说自动布线器并不是一次点击就能完成的解决方案。你仍然应该知道如何进行手工布线。
自动布线器是一种高度可配置的工具。为了充分发挥它们的作用，每次任务都要对布线器参数进行仔细、周到的设置，甚至对单块pcb设计中的各个模块都要单独设置，不存在适合任何场合的基本通用默认设置。
当你问一个经验丰富的设计师“最好的自动布线器是什么”时，他们通常的回答是“你两只耳朵间的东西(眼睛)”，这可不是玩笑话，他们是认真的。布线作为一种工艺，与算法一样有艺术性;布线本身就是启发式的，因此非常类似于传统的回溯算法。对于受约束的路径选择应用(比如迷宫和拼图)来说，回溯算法很适合用来寻找答案，但在开放的、不受约束的场合，比如预先布放好了元器件的印制pcb，回溯算法就并不擅长于找到最优解决方案。除非自动布线器的约束条件得到了设计师高度细致的调整，否则自动布线器结果仍需要人工去检查回溯算法结果中的薄弱环节。
导线尺寸是另一个难点。自动布线器不能可靠地确定一条导线上会流过多大的电流，因此它不能帮你确定要用多宽的导线。结果是，大多数自动布线器布出来的导线宽度不符合要求。许多自动布线器可以让你规定参考导线约束条件。在stackexchange.com网站上的一篇论坛帖子中，作者Martin Thompson这样写道，“我做的每块板都用过自动布线器(不好意思，是一种很高端的布线器……)。如果你的约束条件类似是这样的:只在这个层上，这两个信号形成差分对，这些网络必须匹配长度，那么你必须将这些条件告诉自动布线器。”当你想要使用自动布线器时，你要问问你自己:“当我为pcb设置好自动布线器的约束条件，甚至也许在原理图中对每根导线设置了约束条件，有这工夫会完成多少手工布线?”
经验丰富的设计师把很多精力放在最初的元件布局上，几乎整个设计时间的一半都用来优化元件的布局:
布线简化尽量减少飞线的交叉等等;
器件靠近更短的路由意味着更佳的布线;
信号时序考虑。
在Sunstone Circuits公司的用户论坛上，一个帖子这样写道，“对元件布局多加注意。以更加容易布线的方式进行元件布局。元件布局占整个工作量的70%。在开始布第一根线之前要放好所有的元件……使用飞线(这些线指示了还没有完成布线的连接关系)作为布线复杂性的粗略指南。”
老前辈们经常使用混合方法进行布线手工布一些重要的关键线，布好后锁定这些线。然后用自动布线器处理非关键的导线，并帮助管理布线算法中的“逃逸状态”。这种方法有时是受控的手工布线和快速的自动布线之间的一个很好折衷。
技巧四:pcb几何尺寸和电流
大多数从事电子设计的人都知道，就像沿河道走的河流一样，电子可能会遇到咽喉点和瓶颈。这一点在汽车熔丝的设计中得到了直接应用。通过控制导线的厚度和形状(U型弯曲、V型弯曲、S形等)，在过载时经过校准的熔丝会在咽喉点熔断。问题是，pcb设计师在他们的pcb设计中偶然会产生类似的电气咽喉点。举例来说:在可以使用两个快速45s形成角度的地方使用90度弯角;弯曲度大于90度，形成之字形状。在最好的情况下，这些导线会降低信号传播的速度;在最糟糕的情况下，它们就像汽车熔丝一样，会在电阻点熔断。
技巧五:哦，碎片!
碎片是一种制造问题，可以通过正确的pcb设计得到最好的管理(图1)。为了理解碎片问题，首先需要回顾一下化学蚀刻工艺。化学蚀刻工艺的目的是要溶解掉不需要的铜。但如果有特别长、薄、条状的碎片需要腐蚀，这些碎片有时会在完全溶解之前整块脱离。这种条块随后飘浮在化学溶液中，有可能随机落在另一块pcb上。
同样具有风险的情况是当碎片仍然留在pcb上之时。如果碎片足够窄，酸液池可以腐蚀掉下方足够多的铜，使碎片部分剥离。现在碎片到处游走，像旗子一样附在pcb上。最终它会落到你自己的pcb上，引起其它导线的短路。
那么你去哪里寻找潜在的碎片以及如何避免这些碎片呢?在设计pcb版图时，最好避免留下非常窄的铜片区域(图2)。这种区域通常是在导线和焊盘间隙交叉点敷铜时造成的(图3)。将铜片的最小宽度设置为超过制造商允许的最小值，你的设计应该就没有这方面的问题了。针对蚀刻的标准最小宽度是0.006英寸。
技巧六:关注DRC
虽然设置自动布线器通常是专门针对具体设计功能进行的，但设计规则检查(DRC)一般被用来输入制造商的设计约束。虽然这种设置很乏味，但并没有像自动布线器那么糟糕。大多数设计团队最终都会建立一整套设计规则，旨在:标准化裸板构建成本，最大化良率;尽可能一致地进行组装、检查和测试。除了设计好处外，这些设计规则将设计保持在预定义的制造极限之内也有助于在采购部门建立更好的一致性。如果pcb制造的价格是一致的，则采购经常能减少需要维护的专业pcb制造协议数量。
为了帮助解决所有这些问题，许多pcb设计工具都内置有DRC检查器(一些工具称它们为“约束管理器”)，当你在编辑时DRC检查器会交互式地标记出设计规则违例。一旦你针对所选的制造商设置好DRC规则，就要认真严肃地对待出现的错误。DRC工具一般都是比较保守的。它们会有意报告可能的错误，让你来做出决定。筛选几百个“可能的”问题是很乏味的事，但不管怎样都要去做。在这份问题清单中可能深藏着第一次生产注定要失败的原因。除此之外，如果你的设计生成了大量的可能错误，你应该警觉你的走线方式可能需要改进。
Dave Baker是Sunstone Circuits公司的一位pcb设计师，拥有20多年的丰富设计经验，他的建议是这样的。“花点时间理解并正确地设置版图工具提供的约束系统。花点时间审查所有级别的约束。约束工具可能很强大，也很灵活，但也会令人困惑和带来危险。错误的约束很容易导致有缺陷的或无法制造的pcb。约束设置中的错误很可能限制DRC检查或使其无法使用。有可能会发生这样的情形:每次DRC都通过了，但pcb仍然无法制造或不能正常工作。以前我见过这种情形。设计团队都很高兴，因为pcb通过了DRC检查，但首件产品上测试台却冒烟了。跟踪这种故障会将团队带回到CAD工具的约束管理器。约束管理器没有设计意识;它会让你做任何事，而不管事情有多么糟糕。”
比如在Sunstone Circuits公司，几乎每天都会收到很容易制造的pcb设计的报价要求，但也有关键区域的设计容差和间隙太小的时候。这种情况使pcb代工厂(比如Sunstone)不得不告知坏消息:要么我们根本无法制造pcb，因为容差超出了我们的能力范围，要么我们能够制造pcb，但价格要提高，并且良率可能较低。这些客户如果在设计时就考虑到特定制造商的能力就好了。
Baker补充道:“如果你的版图软件允许你搁置DRC违例，那么使用这个功能时一定要小心。因为轻易地搁置DRC，想把它留到后面再处理，结果往往是很轻易地就忘了。记住在将你的设计发送出去制造前一定要检查所有搁置的DRC错误。”
Bob Tise是目前正在Sunstone Circuits公司上班的经验丰富的pcb设计师，他的认为:“你一定要抵抗住完全搁置DRC错误的诱惑，并遵循一开始就设定好的规则。”
技巧七:了解你在使用的代工厂
在讨论过DRC设置之后，这个技巧几乎但并不完全是多余的。除了帮助你正确地建立DRC规则之外，了解你的pcb将发往哪家代工厂也能提供额外的一些预制造帮助。一家好的代工厂会在你下订单前提供一些有益的帮助和建议，包括如何改进你的设计以减少设计反复、减少最终在测试台上调试时遇到的问题，并提高pcb的良率。
卡耐基梅隆大学的一位博士生Hugo在博客中这样评价对制造商的了解:
“每家制造商都有自己的规范，比如最小导线宽度、间距、层数等。在开始设计之前，你应该考虑好你自己的要求，然后找到一家能够满足你要求的制造商。你的要求还包括pcb材料等级。pcb材料等级从FR-1(纸-酚醛树脂混合物)一直到FR-5(玻璃纤维和环氧树脂)。大多数pcb原型制造商使用FR-4，但FR-2也经常用于大批量的消费类应用。材料类型会影响到pcb的强度、耐用性、吸湿性和阻燃性(FR)。”
理解印制pcb的制造工艺，了解你的制造商会采用哪种工艺和方法，可以帮助你做出更好的设计决策。去拜访一下你选中的供应商，亲自了解一下制造过程。在将你的设计提交给制造之前好好利用DFM(可制造性设计)工具吧。
本文小结
如果你在思考这些基本的技巧和技术，说明你已经走在通往快速、可靠、专业质量的pcb道路上了。理解制造工艺;使用DRC和DFM帮助你捕捉疏忽的可能增加代工成本和/或降低良率的设计功能。然后仔细规划元器件的布局，消除昂贵的设计功能。明智地使用CAD工具提供的所有设计工具，包括自动布局和自动布线，但对自动布线器的设置一定有要耐心和周密，这样才能取得良好的自动布线结果。
不要依赖自动布线器做布线以外的事情;需要时手工调整导线尺寸，以确保设计中承载正确的电流。不管怎样一定要相信飞线，直到所有飞线100%消失，你的pcb设计才算完成。
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