《电子线路CAD实用教程》第9章PCB设计规则与信号分析.ppt

电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社电子线路电子线路CADCAD实用教程实用教程应用型本科信息大类专业应用型本科信息大类专业应用型本科信息大类专业应用型本科信息大类专业“十二五十二五十二五十二五”规划教材规划教材规划教材规划教材教材配套课件24 四月 2023邓邓邓邓 奕奕奕奕 主编主编主编主编本 章 内 容l9.1设计规则概述设计规则概述l9.2电气规则电气规则l9.3布线规则布线规则l9.4SMD封装规则封装规则l9.5阻焊规则阻焊规则l9.6平面层规则平面层规则l9.7测试点规则测试点规则l9.8与制造相关的规则与制造相关的规则l9.9高速线路规则高速线路规则l9.10布线规则布线规则l9.11信号完整性规则信号完整性规则l9.12PCB设计规则检查设计规则检查第第9 9章章 PCBPCB设计规则与信号分析设计规则与信号分析本 章 重 点l电气规则；电气规则；l布线规则环境参数的设置布线规则环境参数的设置lSMT封装规则封装规则l阻焊规则阻焊规则l平面层规则平面层规则l测试点规则测试点规则l与制造相关的规则与制造相关的规则l高速电路规则高速电路规则l布局规则布局规则l信号完整性规则信号完整性规则lPCB设计规则设计规则第第9 9章章 PCBPCB设计规则与信号分析设计规则与信号分析电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社引引 入入本本章章主主要要介介绍绍PCB的的设设计计规规则则，包包括括电电气气规规则则，布布线线，布布局局规规则则，高高速速电电路路设设计计规规则则，信信号号完完整整性性规规则则等等，只只有有熟熟练练掌掌握握了了这这些些设设计计规规则则，才才能能设设计计出高性能的电路板。出高性能的电路板。在在这这里里，我我们们主主要要重重点点介介绍绍几几种种常常见见规规则则的的设设置置并并熟熟练练掌掌握握，对对其其它它的的一一些些规规则则有有一一定定的的了了解解和和认识。认识。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.1 9.1 设计规则概述设计规则概述设设计计规规则则（DesignRule）是是设设计计电电路路板板的的基基本本规规则则，不不管管是是手手动动布布线线还还是是自自动动布布线线，在在布布线线之之前前都都需需要要对对电电路路板板的的布布线线设设计计规规则则进进行行设设置置。布布线线规规则则的的设设置置是是否否合合理理将将直直接接影影响响到到布布线线的的成成功功率率，所所以以在在自自动动布布线线前前，首首先先需需要要设设置置布布线线规规则则，布布线线规规则则的的设设置置一一般般取取决于用户实际的电路设计经验。决于用户实际的电路设计经验。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.2 9.2 电气规则电气规则Protel99SE中中的的电电气气规规则则，包包括括Clearance（安安全全间间距距规规则则）、Short-circuit（短短路路规规则则）、Un-Route net（未未 布布 线线 网网 络络 规规 则则）、Un-connectedPins（未连线引脚规则），下面分别进行介绍。（未连线引脚规则），下面分别进行介绍。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.2 9.2 电气规则电气规则1、间距规则、间距规则安安全全间间距距规规则则用用于于限限制制图图件件间间距距的的最最小小值值，使使图图件件之之间间不不会会因因为为过过近近而而产产生生相相互互干干扰扰。所所谓谓安安全全间间距距，也也就就是是具具有有导导电电性性质质的的图图件件之之间间的的最最小小间间距距，通通常常包包括括导导线线与与导导线线（TracktoTrack）、导导线线与与过过孔孔（TrackToVia）、过过孔孔与与过过孔孔（ViatoVia）、导导线线与与焊焊盘盘（TracktoPad）、焊焊盘盘与与焊焊盘盘（PadtoPad）、焊焊盘盘与与过过孔孔（PadtoVia）等等之之间间的的最最小小间间距距。一一般般情情况况，我我们们可可以以选选择择8mil-12mil在在有有强强电电的的情况下，要将间距选大一些，避免被击穿。情况下，要将间距选大一些，避免被击穿。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.2 9.2 电气规则电气规则1、间距规则、间距规则电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.2 9.2 电气规则电气规则2、短路规则、短路规则电电气气规规则则中中的的short-circuit短短路路规规则则用用于于设设定定是是否否允允许许某某两两个个图图件件短短路路。在在实实际际电电路路板板设设计计过过程程中中，比比如如有有几几个个地地网网络络之之间间需需要要短短接接到到一一点点，如如果果设设计计中中有有这这种种网网络络短短接接的的需需要要，必必须须为为此此添添加加一一个新的规则，在该规则中允许短路。个新的规则，在该规则中允许短路。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.2 9.2 电气规则电气规则2、短路规则、短路规则电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.2 9.2 电气规则电气规则3、未布线网络规则、未布线网络规则电电气气规规则则中中的的Un-routedNet未未布布线线网网络络规规则则用用于于设设定定检检查查网网络络布布线线是是否否完完整整。设设定定该该规规则则后后，设设计计者者可可根根据据它它检检查查设设定定范范围围内内的的网网络络是是否否布布线线完完整整，我我们们按按照照默默认认设设置置添添加加一一个个规规则则，即即对对所所在在板板子的所有网络都检查布线的完整性。子的所有网络都检查布线的完整性。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.2 9.2 电气规则电气规则3、未布线网络规则、未布线网络规则电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.2 9.2 电气规则电气规则4、未连接引脚规则、未连接引脚规则电电气气规规则则中中的的UnconnectedPin（未未连连线线引引脚脚规规则则）用用于于设设定定检检查查元元件件的的引引脚脚是是否否存存在在没没有有连连线的情况（引脚悬空）。线的情况（引脚悬空）。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.2 9.2 电气规则电气规则4、未连接引脚规则、未连接引脚规则电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.3 9.3 布线规则布线规则布布线线即即用用导导线线连连接接已已完完成成布布局局的的元元器器件件，连连线线一一般般需需要要尽尽可可能能的的短短。在在布布线线的的时时候候需需要要设设置置安安全全间间距距、短短路路限限制制设设计计规规则则、布布线线宽宽度度、多多边边形形连连接接方式等。方式等。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.3 9.3 布线规则布线规则1、线宽规则、线宽规则布布线线宽宽度度设设计计规规则则表表示示电电路路板板在在布布线线过过程程中中是是否否允允许许小小于于最最小小导导线线设设置置宽宽度度的的导导线线或或大大于于最最大大导导线线设设置置宽宽度度的的导导线线存存在在，适适用用于于在在线线DRC或或运运行行DRC设计规则检查的自动布线过程。设计规则检查的自动布线过程。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.3 9.3 布线规则布线规则1、线宽规则、线宽规则电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.3 9.3 布线规则布线规则2、布线拓扑规则、布线拓扑规则该规则用于设置飞线生成的拓扑规则。该规则用于设置飞线生成的拓扑规则。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.3 9.3 布线规则布线规则3、布线优先级规则、布线优先级规则该该规规则则用用于于设设置置布布线线的的优优先先级级，布布线线的的优优先级规则控制网络布线的先后顺序。先级规则控制网络布线的先后顺序。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.3 9.3 布线规则布线规则4、布线层规则、布线层规则该该规规则则用用于于设设置置自自动动布布线线使使用用的的板板层层上上的的铜铜模模线线的的方方向向，一一般般来来说说，Horizontal和和Vertical方方式式用用于于双双面面板板和和多多面面板板的的布布线线，其其他他几几种种用用于于单单面面板板的的布布线线。为为减减少少线线路路之之间间的的串串扰扰和和互互感感，在在本本设设计计 中中，Top Layer采采 用用 Horizontal走走 线线，BottomLayer采用采用Vertical走线。走线。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.3 9.3 布线规则布线规则4、布线层规则、布线层规则电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.3 9.3 布线规则布线规则5、布线拐角规则、布线拐角规则该该规规则则用用于于设设置置导导线线的的拐拐弯弯方方式式，本本设设置置只只有有在在自自动动布布线线时时才才有有效效，手手动动布布线线时时不不受受该该规规则则的约束。的约束。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.3 9.3 布线规则布线规则5、布线拐角规则、布线拐角规则电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.3 9.3 布线规则布线规则6、布线过孔样式规则、布线过孔样式规则该该规规则则用用于于设设置置自自动动布布线线时时的的过过孔孔类类型型。在在该该对对话话框框中中，显显示示了了所所以以设设置置的的过过孔孔规规则则的的名名称称、适适用用范范围围、最最小小过过孔孔直直径径、最最大大过过孔孔直直径径、参参考考过过孔直径、最小宽度、最大宽度、参考宽度等。孔直径、最小宽度、最大宽度、参考宽度等。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.3 9.3 布线规则布线规则6、布线过孔样式规则、布线过孔样式规则电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.4 SMD9.4 SMD封装规则封装规则1、SMD到电源层规则到电源层规则该该规规则则用用于于设设置置电电源源层层中中的的SMD焊焊盘盘和和过过孔之间的最短布线长度。孔之间的最短布线长度。2、SMD瓶颈规则瓶颈规则该该规规则则用用于于设设置置表表面面贴贴片片元元器器件件的的焊焊盘盘宽宽度和导线比例限制规则。度和导线比例限制规则。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.5 9.5 阻焊规则阻焊规则1、阻焊扩张规则（、阻焊扩张规则（SolderMaskExpansion）该该规规则则用用于于设设置置在在焊焊盘盘和和过过孔孔之之间间相相对对于于焊盘大小的多余量，焊盘大小的多余量，一般设置为一般设置为2mil。2、阻粘扩张规则（、阻粘扩张规则（PasteMaskExpansion）该该规规则则用用于于设设置置助助焊焊层层相相对对于于SMD器器件件焊焊盘盘的的伸伸展展程程度度，助助焊焊层层的的焊焊盘盘大大小小要要大大于于器器件件的的焊焊盘盘大大小小，所所以以用用此此来来设设置置两两者者之之间间的的最最大大允允许许值值，一般设置为一般设置为2mil。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.6 9.6 平面层规则平面层规则Protel99SE中中的的平平面面层层规规则则，包包括括电电源源层层连连接接样样式式（PowerPlaneConnectStyle）、电电源源层层间间距距规规则则（Power Plane Clearance）、多多边边形形连连接接样样式式（PolygonConnectStyle）。）。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.7 9.7 测试点规则测试点规则Protel99SE中中的的测测试试点点规规则则，包包括括测测试试点点样样式式（Test point Style）、测测试试点点用用法法（Test pointUsage）。）。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.8 9.8 与制造有关的规则与制造有关的规则1、最小焊盘规则、最小焊盘规则最最小小焊焊环环限限制制规规则则用用于于设设定定焊焊盘盘和和过过孔孔的的环环形形铜铜膜膜的的最最小小宽宽度度，该该规规则则的的主主要要目目的的是是防防止止焊焊盘盘和和过过孔孔的的铜铜膜膜过过窄窄而而受受到到损损坏坏。其其中中x表表示示焊焊盘盘或或者者过过孔孔的的外外环环半半径径，y表表示示其其内内环环半半径径，二二者者之之差差x-y就是最小包环厚度。就是最小包环厚度。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.8 9.8 与制造有关的规则与制造有关的规则1、最小焊盘规则、最小焊盘规则电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.8 9.8 与制造有关的规则与制造有关的规则2、锐角限制规则、锐角限制规则该该规规则则用用于于设设置置铜铜模模导导线线夹夹角角的的最最小小值值。铜铜膜膜线线都都是是用用铜铜箔箔刻刻出出来来的的，如如果果夹夹角角值值过过小小，会会造造成成恶恶劣劣的的影影响响：一一方方面面会会导导致致拐拐角角尖尖端端被被蚀蚀刻刻掉掉的的情情况况发发生生，不不利利于于电电路路板板的的制制作作；另另一一方方面面会会导导致致传传递递信信号号的的质质量量恶恶化化，因因此此需需要要限限制制铜铜膜膜线线夹夹角角的的最最小小值值，一一般般来来说说，尽尽量量使使锐锐角角限限制制规规则则的的夹夹角角不小于不小于90。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.8 9.8 与制造有关的规则与制造有关的规则2、锐角限制规则、锐角限制规则电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.8 9.8 与制造有关的规则与制造有关的规则3、孔尺寸限制规则、孔尺寸限制规则如如果果焊焊盘盘或或者者过过孔孔的的孔孔径径太太大大的的话话，不不仅仅焊焊接接时时消消耗耗的的焊焊锡锡增增多多，还还会会造造成成焊焊接接效效果果变变差差、焊焊点点电电阻阻增增大大等等问问题题；如如果果焊焊盘盘或或过过孔孔的的孔孔径径过过小小的的话话，则则易易造造成成元元件件管管脚脚不不易易放放入入、无无法法再再加加入入焊焊锡锡使使其其固固定定等等问问题题，因因此此必必须须限限制制孔孔径径在在一一定定范范围围内。此项规则设置为孔径范围：内。此项规则设置为孔径范围：1mil-100mil。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.8 9.8 与制造有关的规则与制造有关的规则3、孔尺寸限制规则、孔尺寸限制规则电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.9 9.9 高速线路规则高速线路规则高高速速线线路路规规则则主主要要包包括括：平平行行线线段段限限制制规规则则、长长度度限限制制规规则则、匹匹配配网网络络长长度度规规则则、雏雏菊菊链链支支线线长长度度限限制制规规则则、在在SMT下下过过孔孔限限制制规规则则和和最最大大过过孔孔数数限制规则，主要用于多层电路板的自动布线。限制规则，主要用于多层电路板的自动布线。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.10 9.10 布局规则布局规则布布局局规规则则主主要要包包括括：Room定定义义规规则则、元元件件布布放放间间距距规规则则、元元件件布布放放方方向向规规则则和和允允许许布布放放层层规规则则，下面将重点对元件布放间距规则进行介绍。下面将重点对元件布放间距规则进行介绍。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.10 9.10 布局规则布局规则1、元件布放间距规则、元件布放间距规则本本规规则则设设定定元元器器件件的的最最小小间间距距。选选择择此此规规则则后后，单单击击右右下下角角的的Properties按按钮钮，出出现现元元件件布布放放间间距距规规则则属属性性对对话话框框。Scope用用于于设设置置本本规规则则的的适适用用范范围围，Gap显显示示的的最最小小间间距距，Mode显显示示的的是是检检查查的的模式。模式。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.10 9.10 布局规则布局规则1、元件布放间距规则、元件布放间距规则电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.11 9.11 信号完整性规则信号完整性规则信信号号完完整整性性规规则则主主要要包包括括：信信号号激激励励规规则则、下下降降沿沿过过冲冲规规则则、上上升升沿沿过过冲冲规规则则、下下降降沿沿下下冲冲规规则则、上上升升沿沿下下冲冲规规则则、网网络络阻阻抗抗规规则则、信信号号高高电电平平规规则则、信信号号低低电电平平规规则则、上上升升沿沿延延迟迟时时间间规规则则、下下降降沿沿延延迟迟时时间间规规则则、上上升升沿沿的的斜斜率率规规则则、下下降降沿沿的的斜斜率率规规则和电源网络规则。则和电源网络规则。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.12 PCB9.12 PCB设计规则检查设计规则检查（1）线与线、线与焊盘、线与过孔、焊盘与过）线与线、线与焊盘、线与过孔、焊盘与过孔、过孔与过孔之间的距离是否合理。孔、过孔与过孔之间的距离是否合理。（2）电源线和地线的宽度是否合适，在）电源线和地线的宽度是否合适，在PCB中中是否还有能让地线加宽的地方。是否还有能让地线加宽的地方。（3）对关键的信号线是否采取最佳措施，如长）对关键的信号线是否采取最佳措施，如长度最短、加保护线、输入线及输出线被明显地分开。度最短、加保护线、输入线及输出线被明显地分开。（4）模拟电路和数字电路部分，是否有各自独）模拟电路和数字电路部分，是否有各自独立的地线。立的地线。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.12 PCB9.12 PCB设计规则检查设计规则检查（5）后加在）后加在PCB中的图形（如图标、注标）是中的图形（如图标、注标）是否会造成信号短路。否会造成信号短路。（6）对一些不理想的线是否进行修改。）对一些不理想的线是否进行修改。（7）在）在PCB上是否加有工艺线，阻焊是否符合上是否加有工艺线，阻焊是否符合生产工艺的要求，阻焊尺寸是否合适，字符标志是生产工艺的要求，阻焊尺寸是否合适，字符标志是否压在器件焊盘上。否压在器件焊盘上。（8）多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小，）多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小，如电源地层的铜箔露出容易造成短路。如电源地层的铜箔露出容易造成短路。电子线路CAD实用教程华中科技大学出版社电子线路CAD实用教程邓 奕 主编华中科技大学出版社9.12 PCB9.12 PCB设计规则检查设计规则检查