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原來當(dāng)我在研究實(shí)驗(yàn)室工作并為我們的電噴控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)PCB時(shí)，我的布局很糟糕。因?yàn)楫?dāng)時(shí)我們并不擔(dān)心外包裝機(jī)箱，以及有限的電路板空間或必須緊湊的布線等小問題。只要我們能夠?qū)⑺斜匦璧脑骷旁陔娐钒迳喜⒆罱K將電路板實(shí)現(xiàn)成為物理印刷電路，我們就已經(jīng)很滿足了。
但是當(dāng)我們的電路板是用于便攜式設(shè)備，或者任何其它對(duì)電路板空間要求更為苛刻的情況下，就會(huì)發(fā)現(xiàn)我們必須要想出有創(chuàng)意的元件布局和布線策略，以便讓所有的元件都適合狹小的空間。
因此除非您正在使用HDI板，或者您的設(shè)備中存在嚴(yán)格的機(jī)械限制，否則您可能并不擔(dān)心電路板上的可用空間。隨著元器件密度的增加和相應(yīng)的連接關(guān)系的增加，您需要嘗試一些創(chuàng)意布線方法和板層堆棧，以確保在設(shè)計(jì)規(guī)則中運(yùn)行時(shí)可以實(shí)現(xiàn)所有必需的連接。 Altium Designer中功能強(qiáng)大的CAD和布線工具可以幫助您對(duì)緊密元件進(jìn)行布局布線，同時(shí)節(jié)省可用的電路板空間。大致來講，緊密元件布局的電路板設(shè)計(jì)方面，有如下關(guān)鍵考慮因素。
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合理的板層設(shè)置
在多層電路板上工作時(shí)，如果地平面位于頂部信號(hào)層的正下方，可以大大改善您的布線策略。如果成本考慮或其他約束沒有條件使用四層或更多層的電路板，您仍然可以使用分割的電源和地平面（采用鋪銅塊）的雙層電路板，盡管在這種情況下您的布線可能不會(huì)太緊湊。使用多層板可以將接地層直接放置在信號(hào)正下方，從而降低EMI敏感度。而且使用過孔直接連接到地平面還可以縮短或消除一些線路連接。
在進(jìn)行合理的板層設(shè)置時(shí)，首先，需要在Altium Designer中定義我們的層堆棧。可以在層堆棧管理器中定義層疊方式，預(yù)浸料，芯材和表面材料。轉(zhuǎn)到“設(shè)計(jì)”下拉菜單，然后單擊“層堆棧管理器”。此對(duì)話框可供您設(shè)計(jì)自己的疊層，或者您可以在“預(yù)設(shè)”下拉菜單中使用模板。下圖顯示了從預(yù)設(shè)模板創(chuàng)建的四層堆棧。
在Altium Designer中定義一個(gè)四層板
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此對(duì)話框允許您更改電路板中的許多材料屬性。 這為您提供了顯著的可定制性，因?yàn)槟恼鎸?shí)電路板可能會(huì)使用FR-4的替代品作為電路板基板。 您還可以在板層之間定義鉆孔對(duì)，還可以在當(dāng)前疊層中添加或刪除層。 現(xiàn)在，我們將仍然使用四層板，以便可以根據(jù)需要輕松地將一些信號(hào)接駁到地平面層。
默認(rèn)情況下，電路板是在“元件側(cè)”和“焊接側(cè)”層之間定義鉆孔對(duì)。 這里我們要定義“元件側(cè)”和“地平面”層之間的鉆孔對(duì)，以及“元件側(cè)”和“電源平面”層之間的鉆孔對(duì)。
在四層板中定義鉆孔對(duì)
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Altium Designer包含許多交互式布線功能，使您可以輕松開始布線電路板，尤其是在使用FPGA等高引腳密度元件時(shí)。 根據(jù)您為電路板定義的板層堆棧和鉆孔對(duì)，Altium Designer將決定如何地對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行布線，同時(shí)遵循您的設(shè)計(jì)規(guī)則。
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合理的PCB元件布局
一旦定義了電路板板層堆棧，就可以將原理圖捕獲為初始布局并開始安排放置元件。 我們將使用的原理圖包括一個(gè)連接到3個(gè)1到32解碼器的緩沖器。
Altium Designer中帶有多個(gè)IC的原理圖
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接下來，您需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新PCB并打開它。 轉(zhuǎn)到“設(shè)計(jì)”菜單，然后選擇“從......導(dǎo)入更改”。 這將打開一個(gè)ECO對(duì)話框，允許您將原理圖中的所有更改導(dǎo)入到空白PCB。 單擊“執(zhí)行更改”按鈕后，Altium Designer將導(dǎo)入所有元件及其網(wǎng)絡(luò)連接到空白PCB中。 您新創(chuàng)建的布局將如下所示：
現(xiàn)在我們可以按照我們希望它們出現(xiàn)在電路板上的方式開始擺放元件。 您可以根據(jù)自己的需要自由進(jìn)行擺放，但我們希望對(duì)它們盡可能地合理布局。 這將防止在更高的信號(hào)切換速度下不合理的布局布線造成的傳輸線行為并消除噪聲干擾。 一種可能的布局如下所示：
在完成布線之前我們的初始IC布局
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? ? 此時(shí)，我們應(yīng)該決定是自動(dòng)還是手動(dòng)進(jìn)行布線。 如果計(jì)算已在原理圖中定義的網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)目，您將看到定義了103個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接。 手動(dòng)布線所有這些連接將花費(fèi)大量時(shí)間。這里，我們可以嘗試一下Altium Designer的自動(dòng)布線功能。指定布線策略并允許Altium Designer在檢查我們的設(shè)計(jì)規(guī)則時(shí)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。
轉(zhuǎn)到“布線”菜單，然后選擇“自動(dòng)布線”和“全部...”。 這將打開Situs Routing Strategies對(duì)話框，如下圖所示。 您將能夠查看適用于許多不同布線策略的所有適用設(shè)計(jì)規(guī)則。 您也可以定義自己的策略。 在這里，我們將使用“默認(rèn)多層板”策略。
Altium Designer中的Situs Routing Strategies對(duì)話框
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單擊“全部布線”按鈕開始自動(dòng)布線。 該工具需要一些時(shí)間來執(zhí)行，因?yàn)樗枰鶕?jù)項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)規(guī)則評(píng)估每個(gè)線路跟蹤情況。 自動(dòng)布線完成后，接下來可以定義板的形狀。 在實(shí)際應(yīng)用中，電路板形狀需要根據(jù)產(chǎn)品外觀或外殼形狀來進(jìn)行精確的定義。此次多層板布線策略結(jié)果，其電路板占用面積測(cè)量下來是5.6平方英寸。
布線完成后的電路板
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請(qǐng)注意，錯(cuò)開每個(gè)解碼器會(huì)使自動(dòng)布線工具有足夠的空間在必要時(shí)放置過孔，并防止路線過于彎折而超過必要的距離。
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另一種次選方案
如果我們僅使用沒有電源或地平面的雙層電路板的默認(rèn)設(shè)置，我們也可以嘗試使用自動(dòng)布線工具布線該電路板。 嘗試返回上面顯示的Layer Stack Manager，選擇默認(rèn)的雙層配置，并創(chuàng)建一個(gè)新的空白PCB。 您現(xiàn)在可以創(chuàng)建與以前相同的布局，并使用“自動(dòng)布線”工具進(jìn)行布線。 自動(dòng)布線工具將生成如下所示的結(jié)果：
在雙層板上完成布線
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? ? 這種布局占用的面積約為7.2平方英寸。使用四層疊層，您可以使用比兩層板少24％的空間。由于四層板包括直接位于頂層下方的接地層，因此與簡(jiǎn)單的雙層板相比，它不易受EMI影響。顯然，創(chuàng)意的元器件布局方式不是影響電路板布局的因素;層堆棧起著關(guān)鍵作用。
? ? 您還可以注意到，使用這兩層疊層還需要我們將額外的走線布線到電源/接地總線或單獨(dú)的電源/接地點(diǎn)。這樣會(huì)進(jìn)一步增加所需的印刷電路板空間，并且不會(huì)消除該布局中固有的EMI敏感性。
? ? 通過原理圖捕獲輸入到PCB上的網(wǎng)絡(luò)連接，Altium Designer的用戶友好型工作流管理解決方案可確保您了解各個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接的大致路徑長(zhǎng)度。 Altium Designer中嚴(yán)格的規(guī)則驅(qū)動(dòng)環(huán)境使您可以控制布線策略。再加上先進(jìn)的CAD工具和布線功能，您將能夠設(shè)計(jì)出符合任何布線要求的現(xiàn)代PCB。 Altium Designer 中的CAD工具和布線功能為PCB設(shè)計(jì)樹立了新的標(biāo)準(zhǔn)。
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