PADS 元器件的布局.docx

1、PADS 元器件的布局PADS Layout的元器件的布局PADS Layout是复杂的、高速印制电路板的设计环境。它是一个强有力的基于形状化(shape-based)、规则驱动(rules-driven)的布局设计方案。PADS Layout的布局可以通过自动和手工两种方式来进行。本章将从布局规则开始，对如何利用PADS2007软件实现元件布局进行详细的介绍，使读者对手动布局和自动布局有一个比较全面的了解。布局规则介绍在PCB设计中，PCB布局是指对电子元器件在印刷电路上如何规划及放置的过程，它包括规划和放置两个阶段。合理的布局是PCB设计成功的第一步，布局结果的好坏将直接影响到布线的效果和

2、可制造性。不恰当的布局可能导致整个设计的失败或生产效率降低。在PCB设计中，关于如何合理布局应当考虑PCB的可制性、合理布线的要求、某种电子产品独有的特性等。PCB的可制造性与布局设计PCB的可制造性是说设计出的PCB要符合电子产品的生产条件。如果是试验产品或者生产量不大需要手工生产，可以较少考虑；如果需要大批量生产，需要上生产线生产的产品，则PCB布局就要做周密的规划。需要考虑贴片机、插件机的工艺要求及生产中不同的焊接方式对布局的要求，严格遵照生产工艺的要求，这是设计批量生产的PCB应当首先考虑的。当采用波峰焊时，应尽量保证元器件的两端焊点同时接触焊料波峰。当尺寸相差较大的片状元器件相邻排列

3、，且间距很小时，较小的元器件在波峰焊时应排列在前面，先进入焊料池。还应避免尺寸较大的元器件遮蔽其后尺寸较小的元器件，造成漏焊。板上不向组件相邻焊盘图形之间的最小间距应在1mm以上。元器件在PCB板上的排向，原则上是随元器件类型的改变而变化，即同类元器件尽可能按相同的方向排列，以便元器件的贴装、焊接和检测。布局时，DIP封装的汇摆放的方向必须与过锡炉的方向垂直，不可平行，如图10-1所示。如果布局上有困难，可允许水平放置IC(SOP封装的IC摆放方向与DIP相反)。SOL正确错误DIP封装与IC摆放的方向与过锡炉的方向垂直回流焊几乎适用于所有贴片元件的焊接，波峰焊则只适用于焊接矩形片状元件、圆柱

4、形元器件、SOT和较小的SOP（管脚数小于28、脚间距在1mm以上）。当采用波峰焊接SOP等多脚元件时，应在锡流方向最后两个（每边各一个）焊脚外设置窃锡焊盘，防止连焊。鉴于生产的可操作性，对于双面需要放置元器件的PCB整体设计而言，应尽可能按以下顺序优化。双面贴装，在PCB的A面布放贴片元件和插装元件，B面布放适合于波峰焊的贴片元件。双面混装，在PCB的A面布放贴片元件和插装元件，B面布放有需回流焊的贴片元件。元件布置的有效范围：在设计需要到生产线上生产的PCB板时，X,Y方向均要留出传送边，每边3.5mm，如不够，需另加工艺传送边。在印刷电路板中位于电路板边缘的元器件离电路板边缘一般不小于2

5、mm。电路板的最佳形状为矩形，长宽比为3:2或4:3。电路板面尺寸大于200mm150mm时，应考虑电路板所受的机械强度。为了精密地贴装元器件，可根据需要设计用于整块PCB的光学定位的一组图形（基准标志），用于引脚数多、引脚间距小的单个器件的光学定位图形（局部基准标志）。基准标志常用图形有：、+，大小在0.52.0mm范围内，置于PCB或单个器件的对角线对称方向位置。基准标志要考虑PCB材料颜色与环境的反差，通常设置成焊盘样，即覆铜或镀铅锡合金。对于拼板，由于模板冲压偏差，可能形成板与板之间间距不一致，最好在每块拼板上都设基准标志，让机器将每块拼板当做单板看待。在PCB设计中，还要考虑导通孔对

6、元器件布局的影响，避免在表面安装焊盘以内，或在距表面安装焊盘0.635mm以内设置导通孔。如果无法避免，需用阻焊剂将焊料流失通道阻断。作为测试支撑导通孔，在设计布局时，需充分考虑不同直径的探针，进行自动在线测试（ATE）时的最小间距。电路的功能单元与布局设计PCB中的布局设计中要分析电路中的电路单元，根据其功能合理地进行布局设计，对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则：(1) 按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上；尽量减少和缩短各元器件之间的引

7、线和连接。在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样，不但美观，而且装焊容易，易于批量生产。特殊元器件与布局设计在PCB设计中，特殊的元器件是指高频部分的关键元器件、电路中的核心器件、易受干扰的元器件、带高压的元器件、发热量大的器件以及一些异形元器件等。这些特殊元器件的位置需要仔细分析，做到布局合乎电路功能的要求及生产的要求，不恰当地放置它们，可能会产生电磁兼容问题、信号完整性问题，从而导致PCB设计的失败。在设计如何放置特殊元器件时，首先要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻

8、近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后，再确定特殊元件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。特殊元器件的位置在布局时一般要遵守以下原则：(2) 尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引起意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。重量超过15g的元器件，应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件，不宜装在印制板上，而应装在整机的机箱底板上，且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热

9、元件。对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局，应考虑整机的结构要求。若是机内调节，应放在印制板上方便调节的地方；若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。应留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。一个产品的成功与否，一是要注重内在质量，二是兼顾整体的美观，两者都较完美才能认为该产品是成功的。在一个PCB板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能头重脚轻或一头沉。布局的检查在完成元件的基本布局后,需要对布局进行检查,分以下几个方面进行:(3) 印制板尺寸是否与图纸要求的加工尺寸相符，是否符合PCB制造工艺要求，有无定位标记。元件在二维、三维空间上有无冲突。

10、元件布局是否疏密有序，排列整齐，是否全部布完。需经常更换的元件能否方便地更换，插件板插入设备是否方便。热敏元件与发热元件之间是否有适当的距离。调整可调元件是否方便。在需要散热的地方，是否装了散热器，空气流是否通畅。信号流程是否顺畅且互连最短。插头、插座等与机械设计是否矛盾。线路的干扰问题是否有所考虑。设置板框及定义各类禁止区在完成了以上操作后，我们要对板框进行设置，还有要根据需要定义一些禁止区。 板框的画法板框（Board Outline）是指印刷电路板实际的形状，所有的元器件及布线都应在板框内，设计中板框在所有的层中都会显示出来。在PADS Layout设计中，利用绘图工具栏来进行PCB的板

11、框设计，单击主工具栏中的绘图（Drifting）工具栏按钮，在主工具栏的下方弹出绘图工具栏,如图10-2所示。绘图工具栏利用绘图工具栏可以进行建立2D线、板子边框、各种字符、铜皮/覆铜、切割区和禁止区等设计。下面对各绘图按钮的功能做简要介绍。选择：取消当前命令并返回到选择模式。2D线：建立2D连线，用来表示如箭头标记、元件外框等没有电气性能的符号。铜线：铺设实心铜皮，绘制覆铜的区域或绘制线。剪裁铜线：从铺设好的实心铜皮剪切出各种图形的铜皮。灌铜：绘制灌铜区的外框。禁止灌铜：设置灌铜区域中的禁止灌铜区。板框或剪切：绘制PCB板框及剪切板框块。禁止区：对于某一设置的区域进行控制，如高度控制、禁止在

12、这一区域布线、覆铜等。文本：增加文字描述。灌注：灌注需要覆铜的区域。库：从库中提取各种二维线的图形或冻结图形。分割区：建立混合分割层中各分割区域。剪裁分割区：建立混合分割层禁止区。自动划分：在混合分割层中自动划分各区域。恢复：恢复灌铜。增加标签：为元器件、跳线增加关于型号、设计参数等的标签、标注。导入：导入DXF文件。选项：打开参数对话框，定义各种参数。下面利用PADS Layout自带的preview.pcb为例，介绍板框的画法。如图10-3所示是布线后的PCB设计图，如图10-4所示是preview.pcb的PCB板框图。preview.pcb的PCB设计图preview.pcb的PCB板

13、框图应用绘图工具栏能够绘制覆铜的形状、禁止布线区及相关的没有电气属性的图形。在绘图工具栏中单击相关的按钮进行绘图，这时的鼠标指针在工作区中是一个带“V”的十字图标 ，单击鼠标右键，弹出绘图选择菜单，如图10-5所示。绘图选择菜单在菜单中选择多边形（Polygon）、圆（Circle）、矩形（Rectangle）、线（Path）用来绘制相关的图形，选择Path可以绘制任意不封闭的走线。在弹出菜单中选择直角（Orthogonal），在绘图中只能绘出水平的或垂直的线。在弹出菜单中选择对角线（Diagonal），在绘图中能够绘出水平、垂直及45角的线。在弹出菜单中选择任意角度（Any Angle），在

14、绘图中能够绘出任意角度的线。在绘图中可以根据需要进行相关参数的设置。(4) 设置绘图线的宽度。在弹出菜单中选择宽度（Width）命令，弹出线宽设置对话框，如图10-6所示，输入需要的线宽，按回车键即可，单位为Mil。绘图层的设置。当要把图形绘制在非顶层的时候，就需要进行层的设置，在弹出菜单中选择层（Layer），弹出“层设置”对话框，如图10-7所示，输入需要绘图的层，按回车键。线宽设置对话框层设置对话框倒角设置。在弹出菜单中选择自动倒角（Auto Miter），在绘图时拐角就不再是90的直角，而是自动出现了斜角或弧形，如图10-8所示。倒角单击绘图工具栏上的Options按钮，可以在弹出的对

15、话框中设置倒角的大小及形状。倒角的形状有对角线（Diagonal）、弧形（Arc）两种形状，修改比率（Ratio）、角度（Angle）文本框中的数值，设置倒角的大小。如图10-9所示。倒角设置对话框设置显示栅格、设计栅格。执行SetupOptions菜单命令，在Grids选项中，进行如图10-10所示的设置。珊格设置对话框Add Drafting对话框绘制禁止区禁止区（Keepout）是定义数据不能放置在其中的区域。定义的禁止区在布局、布线时起作用，禁止区（Keepout）和切割区（Cutout）锁定/保护（Lock/Protect）导线。PowerPCB 包含了许多高级的属性定义功能，在整个

16、设计过程中确保数据的完整性非常必要，它将在整个设计过程中确保设计者数据的准确性。对于约束规则的设计方式，PADS Layout的禁止区（Keepout）和切割区（Cutout）功能，允许设计者自定义机械的禁止区域，以确保PCB满足硬件的装配要求。禁止区阻止在一个特定的区域内放置一些设计对象，设计者通过定义禁止区可以限制以下对象：元件、带通孔管脚的元件、超过一定高度的元件、走线和布铜、过孔或跳线、测试点等。禁止区在板框内是一个带有斜交叉线的封闭图形。建立一个禁止区(5) 单击绘图工具栏上的禁止区（Keepout）按钮 。在工作区单击鼠标右键，在弹出菜单中选择需要的图型类型，如多边形（Polygo

17、n）、圆形（Circle）等。在工作区中绘制一个封闭的图形，作为禁止区，PADS Layout设计系统将弹出Add Drafting对话框，如图10-11所示。在Add Drafting对话框中设置限制条件。Placement：选择此项表示禁止区内限制放置所有元件。如果选择Component Height，则表示这个区域禁止放置的元件最高高度值。在PADS Layout中元件都带有高度值，但PADS Layout设计中并不能看到3D元件,只有将设计以IDF格式转入PDC公司的Pro/ENGINEER软件才可以看见整板及元件的3D效果。Component Drill：选择此项表示禁止区内限制放置

18、包含通孔的元件，如DIP元件，但可以放置表面贴（SMT）元件。Trace and Copper：选择此项表示禁止区内限制走线和布铜。Copper Pour and Plane Area：选择此项表示禁止区内限制灌铜或平面层。Via and Jumper：选择此项表示禁止区内限制过孔或跳线。Test Point：选择此项表示禁止区内限制放置测试点。在Layer对话框中选择禁止区所在的层。当设计者分配了禁止区的层后，禁止区的限制在其他层不起作用。单击按钮，完成禁止区的绘制。如果需要绘制另一个禁止区，则重复以上步骤即可。 手工布局PADS Layout中具很强的自动布局功能，但对于不少设计，自动布局

19、效果可能并不理想，不符合设计者的意愿，这就需要手工布局，下面介绍手工布局的步骤。一、 布局前的准备在应用PADS Layout开始布局前，进行相关的布局参数的设置是十分必要的，如设计栅格、显示栅格、PCB板的某些局部区域高度控制、高频电路中重要网络的标志等，这些参数的设置对于布局设计来说十分必要。(6) PCB板的某些局部区域高度控制。在PCB设计中，进行元件布局时不仅要考虑元件的电气特性、布通率等，还要考虑元件及PCB板的3D特性。有时设计的PCB需要考虑到PCB封闭到某种机箱里面，这样不恰当的放置元器件，可能影响产品的生产，从而导致PCB设计的失败。例如，如果设计的PCB，加上元器件最后需

20、要装一个圆柱体的壳子中时，必须考虑PCB的3D特性。要使PCB板的两边适合放置高度不高的元器件，PCB板的中间适合放置个体比较高的元件。在PADS Layout设计中，对某一区域元件高度进行限定，可通过规划禁止区来进行，在禁止区内设置可以放置的零件高度。PCB设计中重要网络的标志。在PCB设计中，对于一些重要的网络，如高频电路中的高频网络、关键信号网络等，应用不同的颜色来进行标志，这在布局、布线设计中起到很好的警示作用。网络色彩设置步骤如下：首先执行View Nets菜单命令，弹出“View Nets”对话框，如图10-12所示。View Nets对话框对话框的Net列表框中列出了设计中所有网

21、络，View列表框中显示的是需要设置特殊颜色及进行其他设置的网络。通过Add按钮将左边列表框中的网络增加到右边列表框中，应用Remove（移出）按钮也可以将右边列表框中的网络移到左边列表框中。在Net列表框中选择需要设置的网络，单击Add按钮，增加到View列表框中。在View列表框中选择需要设置颜色的网络，再单击“Color by Net（Pads,Vias,Unroutes）”中的某一种颜色。这样就完成了网络色彩的设置，其他网络的设置，重复以上步骤即可。在多层板设计中，地线网络、电源网络在布局时不需要考虑它们的布线空间。如果把这些网络全部显示出来，工作区域会显得比较杂乱，因此在布局阶段通常

22、将地线网络、电源网络隐去而不显示出来。这时只需要在对这些网络进行特殊色彩设置时，再选中View Unroutes Details选项组中的Unroutes Pin Pairs单选按钮即可。如图10-13所示。散开元件原理图从PADS Logic中送过来之后，全部都被放在坐标原点。为了方便观察，设计者需要把它们分散放在板框外边。散开元件的操作很简单，在PADS Layout菜单中选择Tools菜单中的Disperse Components命令，在弹出的“Disperse”对话框中单击按钮， PADS Layout系统自动将所有的元件归类放在板框外.如图10-14所示View Unroutes D

23、etails选项组PADS Layout 对话框元件放置顺序元件在板周围散开后，设计者就要考虑先放置什么元器件，后放置什么元器件。不同的PCB设计有不同的放置顺序，但一般情况下按下列顺序放置。(7) 位置固定的元件。就是说那些元器件在板框中的位置是固定的，有的要求是十分精确的，如与外部连接的电源、信号接插件等。放置板框内有条件限制区域的元件。如某一区域内禁止放置过高元件、散热大的元件、禁止布线、不允许放置测试点等。放置电路中的关键元器件。如高频电路中的关键元器件，以及在设计中有特定要求的关键信号的元器件，在布局阶段要作特别的考虑，考虑该器件的管脚走线方式对信号完整性、电磁兼容性影响。放置面积比

24、较大的元器件及比较复杂的元器件。特别是对于元器件管脚比较多的元件，由于它们包括的网络较多，它们位置的恰当与否，对于下一步的PCB布线及PCB质量起着至关重要的作用。这些元器件的放置有时需要反复尝试，直到找到最佳位置。剩下的元器件按原理图电路单元放置在相关的位置，最后做整体调整。元件放置操作在布局设计阶段，对元件放置的操作主要有对元器件的移动、旋转、水平对齐、垂直对齐等操作，对元器件位置的操作运用PADS Layout的设计工具栏中的命令来进行。在主工具栏中单击设计（Design）按钮 ，弹出设计工具栏，如图10-15所示。设计工具栏设计工具栏中包括布局工具和布线工具，本章介绍的布局将使用以下工

25、具:选择: 取消当前命令并转到选择模式。移动:移动元器件。径向移动: 按照用户自定义的极性珊格放置元器件。旋转: 每次以旋转90度角逆时针方向旋转元器件。转动: 以元器件中心位置为原点自由旋转到设计者需要的角度。位置交换: 交换两个元器件的位置。移动标志符: 移动设计中的标志符号。查看簇:建立或修改簇。(8) 单个元件的放置。下面以PADS Layout设计系统自带的preview.pcb中D1元件的放置为例，说明单个元器件放置的步骤，D1位置如图10-16中橙色圆框所示。preview.pcb中D1元件的位置1. 查找元件。输入直接命令S（搜索），然后输入元件名称D1，按回车键，光标自动移到

26、该元件上面。选择元件。在该元件上单击鼠标选择该元件，该元件高亮显示，表示该元件已被选中。移动元件。实现移动操作的方法有3种：单击设计工具栏中的移动（Move）按钮。单击鼠标右键在弹出菜单中选择Move命令；按Ctrl+E组合键。随着设计者对PADS Layout设计系统的熟悉，建议应用快捷键以提高设计效率。当完成上面三种操作的任意一种后，元件D1贴在鼠标指针上，随鼠标的运动而移动，移动到需要位置，单击鼠标完成移动操作。转动元件。D1元件放置由于不是水平和垂直的，而是倾斜的，因此需要转动。选择D1，单击设计工具栏中的转动（Spin）按钮 ，在D1两管脚会出现一个作为旋转点的十字光标，旋转鼠标将D

27、1转动到需要的角度，单击鼠标左键完成转动操作。放置一个元件到PCB板的另一面：选择需要放置到PCB另一面的元件，单击鼠标右键，并在弹出菜单中选择Flip Side命令，元件做镜像翻转后放入PCB的另一面。注意如果DRC校验是打开的并存在间距规则错误，这个操作将会被取消。组（Group）操作。在PCB设计中，有时需要把几个元件作为一组进行一些相关的操作，如移动、旋转、对齐等。首先运用按Ctrl键并单击鼠标选择几个需要同时操作的元器件作为一组。Rotate Group 90：按照定义的中心点旋转。Flip Group：把一组元件以指定位置作镜像翻转到PCB板的另一面。选择需要放置到PCB另一面的元

28、件，单击鼠标右键，在弹出菜单中选择“Flip Group”，移动鼠标指针到某一位置,单击鼠标左键，则选中的元件以此位置作镜像翻转到PCB板的另一面。Align（对齐）：以一个元件为基准行列对齐。在PCB布局时，如果元件位置在板框内比较杂乱，设计者可以应用PADS Layout的对齐（Align）工具将几个元器件排列整齐，所选择的元件以最后选择的一个元件为基准进行横向对齐、纵向对齐或中心对齐等。Alig对话框具体操作步骤如下：2. 应用Ctrl键选择需要整齐排列的一组元件。单击鼠标右键，并在弹出的快捷菜单中选择Align命令，在工作区域弹出“Alig”对话框，如图10-17所示。在Alig对话框

29、中单击设计中需要的对齐方式命令，PADS Layout设计系统将以最后一个被选择的元件为基准自动地对齐。如果没有选择DRC（设计规则检查），自动对齐不能保证元件之间应有的最小间距，是设计者可运用Nudge（交互推挤）来保证元件之间应用的最小间距。如果设计规则检查（DRC）设置在警示状态，或自动对齐过程中出现设计规则错误，则不能正确执行对齐操作，并会在状态窗口中出现错误信息。注意设计者对于物理设计复用（Physical Design Reuse）的部分不能进行对齐操作，当选择物理设计复用（Physical Design Reuse）的部分时，对齐命令（Align）无效。建立元件组合。在PCB布局

30、设计中，有许多关系密切的元件需要放在一起，如IC元件和它们的去耦电容等。PADS Layout设计系统可以将它们组合在一起作为一个整体，这样就简化了设计操作，提高了设计者的工作效率。下面以IC元件和它的去耦电容建立元件组合及操作为例，来逐一说明如何建立一个元件组合、如何删除一个元件组合，以及如何进行元件组合移动等。建立元件组合的步骤如下：3. 应用查找命令找到IC元件U1，将其放在需要的位置，继续用查找命令找到与之对应的去耦电容，将其放在相关的管脚旁。选择两个元件，U1和C1元件高亮显示。单击鼠标右键，并在弹出的快捷菜单中选择Create Union命令，也可以利用快捷键Ctrl+G实现。在弹

31、出的Union name definition对话框中，输入组合的名字。系统默认组合名字为UNI_1。如图10-18所示。Union name definition对话框单击按钮，完成组合操作。删除一个元件组合的操作步骤：4. 选择要删除的元件组合，单击鼠标右键，在弹出菜单中选择Break，如图10-19所示。删除一个元件组合对话框单击按钮，删除一个元件组合。删除所有的元件组合选择设计中的任意一个元件组合，单击鼠标右键，在弹出菜单中选择Break All Unions命令，如图10-20所示，单击按钮,删除所有的元件组合。 删除所有元件组合对话框元件组合属性修改通过元件组合属性修改操作，可以更改元件组合的名称、层、旋转角度、黏结等。5. 单击鼠标右键，在弹出菜单中选择Select Union/Component命令，在板框单击一个元件组合中的任一个元件，选择该元件组合，该元件组合中所有的元件变成高亮显示。单击鼠标右键，在弹出菜单中选择Properties命令，弹出“Unio