规范的企业级PCB设计流程

思路清晰远比卖力苦干重要!对于设计者而言,一定要按照设计流程来,通过一个规范设计流程可以在处理复杂电路时能避免出现前期失误导致后期设计大改的情形,比如设计者A,在结构工程师提供结构DXF的前提下,没有按照规范的流程先导入结构,匆忙的进行布局和布线,在产品接近投产时才想起结构没有处理,结果发现整个PCB布线几乎要重新调整,严重耽误了开发进度。由于软件的差异性及电路的复杂性,有些电路可能存在单端网络、电气开路等问题,不经过相关检测工具检查就盲目设计与生产,等板子生产完毕,错误就无法挽回了,所以流程化设计是很必要!到了哪一步就做哪一步的事情,如图1所示,描述了一个规范化的PCB设计流程框图

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图1 规范的PCB设计流程图

1、资料的准备内容

在设计之前,确保以下资料都准备好了,资料的充分准备可以保证后续设计PCB的准确性和避免重复设计的导致的设计周期延长。

1)原理图:项目设计的最终版本原理图,注意分页原理图都要包含在项目工程中;

2)封装库:PCB封装库或者用于新建封装库的元器件Datasheet文件;

3)结构图:包含主要接插件摆放位置、限高内容的DXF结构文件;

4)设计说明:包含关键信号的处理、芯片的特殊设计要求及制板工艺说明等;

5)重要器件数据手册:供设计时参考推荐布局、布线。

2、网表的导入

将原理图网络连接、器件封装导入到PCB中,确保导入没有偏差,如果原理图设计有更新,一定记得把最新原理图重新导入PCB中

3、结构的导入

将板框、器件定位信息等内容导入到PCB中,如结构有更新,一定记得把最新结构图DXF重新导入PCB中进行核对。

4、项目分析

1)原理框图:分析清楚整个项目设计上的主要功能、使用到的模块和接口信息,对此类模块信息进行检索,了解其对应的设计要求;

2)设计说明解读:包含关键信号的处理、芯片的特殊设计要求及制板工艺说明进行解读,方便融入对应的PCB设计中;

3)电源树:分析整个项目的电源情况,理清楚电源流向、电流大小等情况,一般原理图设计中有包含,如图2所示。

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图2 电源树

5、功能模块抓取

由于目前产品集成度越来越高,大部分产品功能分开清晰,PCB设计可以按照原理图功能模块页面抓取相应模块上的器件,方便设计者后期理清功能模块之间的信号流向,并可在PCB板里面绘制模块辅助线,评估模块在PCB里面的大概位置和占用范围大小,如图3所示。

image.png 图3 模块化信号流向分析与绘制模块辅助线 

6、结构器件布局

按照DXF结构文件,导入板框,将有位置要求的器件,放置到正确位置,如果结构有更新记得第一时间进行结构的更新,以免导致后续工作的重复。

7、关键器件布局

将主要的IC按照信号流向放置到PCB上合适位置,此步骤其实就是PCB的预布局,预布局可以对整体PCB的信号流向及PCB布局密度均衡性进行有效的规划,提高布局的合理性。

8、分模块化布局

将所抓取的模块分别布局好再放到PCB上合适位置,此部分布局为详细PCB布局了,基于预布局部分按照布局要求规范布局,布局规范请参考后文中模块的规范要求,注意考虑打孔走线的位置。

9、布局优化

微调已经布局好的器件,使整个PCB布局更加合理、美观

10、层叠设置

根据PCB布局之后的飞线,需要估算出设计所需要PCB层数,根据层数、板厚,运用叠层软件(或者根据已有叠层模板)计算出线宽、线距。

11、规则设置

在PCB上设置线宽、线距规则,方便走线,规则设置需要核对设计要求及板厂的工艺要求,否则可能导致整个重新布线。

12、Class设置

根据IC信号要求,对有设计要求的信号进行分组,将其设置到不同的Class里,并设置好相应的Class规则。

12、布线

将相同网络的信号连通,布线完成后需要对整个PCB布线要求进行核对,对电源布线进行检查,是否满足载流要求,是否满足各类认证要求。

13、绕线等长

将有时序要求的信号线进行等长处理,等长时注意信号的误差要求。

14、布线优化

优化已经连通的走线,使走线更美观、合理。对关键信号重点进行检查并按照最优处理。

15、电源处理

此步骤主要是对单板中的电源信号进行优化与电源平面的分割,确认满足载流要求,在平面分割时注意重要信号线不要跨分割,如图4所示。    

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图4  电源平面的分割

16、DRC检查

1)连通性检查:检查项目中的信号是否全部连通,无开路情况;

2)其他检查:检查项目中的信号是否有短路情况、是否有规避禁布区、规避器件限高等内容。

17、丝印处理

合理摆放PCB上器件位号丝印,添加相应版本号、生产标识(防静电、SN号、企业LOGO等)等内容,摆放时注意丝印要方便可以生产,方便可读性。

18、项目检查

最后核对一遍客户所有的设计要求,并检查生产工艺性。

19、光绘输出

在EDA软件中设置并输出Gerber光绘文件,如果是同类型的产品,可以对Gerber输出进行模板设置,方便下次更新时可以一键输出。

20、光绘检查

虽然EDA工具对设计的PCB进行了有效的DRC检查,但是输出的Gerber还应该在一些行业的生产工具上检查生产可制造性问题,可以让产品的成产问题解决在设计阶段,推荐华秋DFM等工具对所输出的光绘文件进行检查。

21、文件归档

一个好的设计文件归档可以帮助我们有效的提高部门和部分之间的沟通与资料的发送,根据经验,推荐设计者按照如下进行文件归档

1)ASM文件夹:包含装配文件,顶底层装配图,供客户装配器件→发送给贴片厂

2)CAM文件夹:包含光绘文件、IPC网表、PCB生产说明文档→发送给PCB制板厂或贴片厂

3)DXF文件夹:包含项目使用的结构图文件→发送给结构工程师

4)PCB文件夹:包含项目最终的PCB文件→工程设计师改版与设计

5)SCH文件夹:包含项目最终的原理图文件→工程设计师改版与设计

6)SMT文件夹:包含贴片坐标文件及钢网文件→发送给贴片厂


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