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Cadence分享PCB设计教程 如何使用规则高效管理过孔

  本文要点

  PCB 设计中可以使用多少不同的过孔

  在设计中使用大量过孔将导致的组织问题。

  如何使用Allegro的规则管理系统管理过孔使用。

  罗列任务清单的方式有时对工作非常有帮助,同样地,PCB CAD 系统的创建者也认识到了这一方法的有效性,从而创造了实用的工具来整理电路板设计中的不同数据对象。

  曾几何时,PCB 版图只需要极少的形状和尺寸来放置走线、焊盘和过孔设计对象。不仅是当时的设计不需要很多尺寸和形状,而且早期用于制造电路板的底片绘图仪也没有能力创建更多尺寸和形状。不过,随着 PCB 设计变得越来越复杂,激光绘图仪取代了传统的矢量绘图仪,如今设计对象的尺寸和形状的数量以及多样性出现了成倍增长。

  相应的,对于当今复杂的 PCB 版图,设计师可以使用规则来管理过孔,从而规整在设计中使用的对象数量。就像使用任务清单一样,这些规则系统可以让过孔保持整齐有序,并将其分配到各自所属的网络中。本文将了解规则系统可以解决哪些问题,以及如何有效使用这些工具来规整PCB设计

  对于 PCB 设计来说,最多可以使用多少种不同的过孔类型和尺寸?

  正如前文所述,以前,PCB 设计中可使用的过孔数量是有限制的。设计师不仅要根据底片绘图仪上的可用孔径来确定其走线宽度、焊盘形状和过孔尺寸,而且设计工具也往往不支持许多不同的尺寸和形状。

  然而,随着目前用于 PCB 制造的 CAD 工具和成像工艺不断发展,这些限制已经不再适用。根据特定 PCB 设计的需要,设计师可以使用许多种不同的过孔类型和形状,没有上限。这些过孔类型和形状包括:

  过孔类型

  通孔是最常见的,也是最容易制作的。不过,它们确实有最小尺寸限制,在高密度设计中也会占用很多空间。

  盲孔和埋孔要么从外层开始,只部分穿过板层堆叠(盲孔);要么只在内层之间穿过(埋孔)。与标准过孔相比,制作这些过孔需要更多的工艺步骤。但由于信号完整性的原因,加之可以在其上方和/或下方开辟额外的布线通道,这些过孔的长度较短,在设计中更为理想。

  微型过孔也被称为激光钻孔,只跨越两层;是密集的小间距高引脚数元器件的理想布线方式。

  过孔尺寸

  过孔的尺寸差距很大,具体取决于所需孔的大小。标准钻头通常不能钻出小于 0.15mm 的孔,比这更小的孔是必须用激光才能钻出的微孔。

  过孔钻头的尺寸取决于钻头与电路板厚度的长宽比,较厚的电路板需要较大的过孔以防止钻头断裂。通常,PCB 上允许的最小过孔尺寸将用于信号布线,而较大的过孔尺寸将用于高电流网,如电源和接地连接。

  过孔用途

  过孔有许多不同的用途,根据具体的用途,过孔的类型和尺寸也随之变化。例如,小通孔通常用于电路板上的布线,而大尺寸的通孔则可能用于电源和地线的连接,或者将接地平面拼接成网格状的图案。

  尺寸更大的过孔可用于在运行温度过高的元器件下方进行散热,从而帮助电路板散热。也可以将通孔或盲孔标记为 PCB 测试点,有些设计甚至可以将标记为测试点的过孔形状从圆形改为方形。

  综上,PCB 设计中可能会使用很多不同尺寸和形状的过孔。那么问题是,在设计中管理这么多过孔可能会造成一片混乱。

  PCB 版图中过孔的组织问题

  

Cadence分享PCB设计教程  如何使用规则高效管理过孔使用 PCB 设计工具的过孔列表功能,将多个过孔分配给一个网络

  使用 PCB 设计工具的过孔列表功能,将多个过孔分配给一个网络。

  上图显示的是 CAD 系统中一个网络中可使用的过孔列表,而其余的网络可能在使用完全不同的过孔。此外,在 PCB 设计中,还有许多其他智能设计对象必须与过孔一起管理,这进一步增加了设计的复杂程度。而走线宽度、布线拓扑结构和间距要求只是其中的几项,设计师必须根据对版图最有利的方式仔细设置使用规则。

  除此之外,为了使电路板达到预期性能,通常必须要符合一些与特定网络相关的要求,这进一步增加了设计的复杂性。例如,一些高速网络可能被限制在某些层,意味着这些网络需要一个特定的盲孔或埋孔,来确保它们位于所需的层。

  虽然设计师也能在脑海中跟踪这些限制,并为网络使用合适的过孔,但当设计中有数百条这样的规则需要管理时,仅凭大脑记忆是远远不够的。诸如此类的情况是导致设计失误的主要原因,这些错误会造成电路板在运行过程中性能不良或彻底报废。因此,设计师需要设计工具中具有实用程序,来管理电路板上的大量过孔及其网络分配。

  使用规则管理PCB过孔设计

  

Cadence分享PCB设计教程  如何使用规则高效管理过孔使用规则管理系统将过孔分配给 PCB 版图中的各个网络。

  使用规则管理系统将过孔分配给 PCB 版图中的各个网络。

  在 PCB 版图中管理过孔和其他智能设计数据的最佳应用之一是设计规则管理系统。上图是 Cadence PCB 设计工具中的规则管理器。该系统具有高级的电子表格式用户界面,可以方便地输入并编辑电子表格单元中的数据。通过电子表格中的各种菜单,无需打字输入,就可以从列表中快速挑选特定的项目,如过孔或网络名称。

  利用这种规则管理系统可以轻松创建项目的规则,如单个网路的走线宽度和间隙。还可以用网络分类功能将不同的网络组合成群组,然后为这些类别分配规则。除了布线,规则管理系统还可以设置电气、器件和可制造性设计DFM) 规则,以检测有可能影响电路板可制造性的问题。

  这种电子表格式的规则系统有助于整理和设计版图,以便确保将电路板送去制造和组装之前,版图中不存在任何问题。下面仔细了解一下如何在此类规则管理系统中使用过孔。

  设计工具示例:过孔规则管理系统

  

Cadence分享PCB设计教程  如何使用规则高效管理过孔在 Allegro Constraint Manager 中为 PCB 设计设置过孔

  在 Allegro Constraint Manager 中为 PCB 设计设置过孔。

  以Cadence Allegro® PCB Editor 工具为例,使用 Constraint Manager 的操作非常简单直接,甚至可以在版图或原理图中执行。如上图所示,不同的过孔已经被添加到规则管理器中显示的网络上。

  我们可以选择单个网络来添加过孔,也可以在管理器中一次选择多个网络来为所有网络添加相同的过孔。这些过孔可以从设计中可用的过孔列表中获取,而过孔列表既可以由设计师创建,也可以从库中导入。在网络规则中设置好过孔后,设计师就可以进行布线,并且能确认已为电路板的每个网络使用正确的过孔。

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