作者:秋天的太陽
對于 PCB 的設計， Protel DXP 提供了詳盡的 10 種不同的設計規則，這些設計規則則包括導線放置、導線布線方法、元件放置、布線規則、元件移動和信號完整性等規則。根據這些規則， Protel DXP 進行自動布局和自動布線。很大程度上，布線是否成功和布線的質量的高低取決于設計規則的合理性，也依賴于用戶的設計經驗。 對于具體的電路可以采用不同的設計規則，如果是設計雙面板，很多規則可以采用系統默認值，系統默認值就是對雙面板進行布線的設置。 本文將對 Protel DXP 的布線規則進行講解和總結。 一、 設計規則設置 進入設計規則設置對話框的方法是在 PCB 電路板編輯環境下，從 Protel DXP 的主菜單中執行菜單命令 Desing/Rules ……，系統將彈出如【圖1】 所示的 PCB Rules and Constraints Editor(PCB 設計規則和約束 ) 對話框。 【圖1】 PCB 設計規則和約束對話框 該對話框左側顯示的是設計規則的類型，共分 10 類。左邊列出的是 Desing Rules( 設計規則 ) ，其中包括 Electrical （電氣類型）、 Routing （布線類型）、 SMT （表面粘著元件類型）規則等等，右邊則顯示對應設計規則的設置屬性。 該對話框左下角有按鈕 Priorities ，單擊該按鈕，可以對同時存在的多個設計規則設置優先權的大小。 對這些設計規則的基本操作有：新建規則、刪除規則、導出和導入規則等。可以在左邊任一類規則上右擊鼠標，將會彈出如【圖2】所示的菜單。 
【圖 2】 在該設計規則菜單中， New Rule 是新建規則； Delete Rule 是刪除規則； Export Rules 是將規則導出，將以 .rul 為后綴名導出到文件中； Import Rules 是從文件中導入規則； Report ……選項，將當前規則以報告文件的方式給出。 【圖 2】 設計規則菜單 下面，將分別介紹各類設計規則的設置和使用方法。 二、 電氣設計規則 Electrical （電氣設計）規則是設置電路板在布線時必須遵守，包括安全距離、短路允許等 4 個小方面設置。 1 ． Clearance （安全距離）選項區域設置 安全距離設置的是 PCB 電路板在布置銅膜導線時，元件焊盤和焊盤之間、焊盤和導線之間、導線和導線之間的最小的距離。 下面以新建一個安全規則為例，簡單介紹安全距離的設置方法。 （ 1 ）在 Clearance 上右擊鼠標，從彈出的快捷菜單中選擇 New Rule ……選項，如圖【3】所示。 【圖3】 新建規則 系統將自動當前設計規則為準，生成名為 Clearance_1 的新設計規則，其設置對話框如【圖4】 所示。 【圖4】 新建 Clearance_1 設計規則 （ 2 ）在 Where the First object matches 選項區域中選定一種電氣類型。在這里選定 Net 單選項，同時在下拉菜單中選擇在設定的任一網絡名。在右邊 Full Query 中出現 InNet （ ）字樣，其中括號里也會出現對應的網絡名。 （ 3 ）同樣的在 where the Second object matches 選項區域中也選定 Net 單選項，從下拉菜單中選擇另外一個網絡名。 （ 4 ）在 Constraints 選項區域中的 Minimum Clearance 文本框里輸入 8mil 。這里 Mil 為英制單位， 1mil=10 -3 inch, linch= 2.54cm 。文中其他位置的 mil 也代表同樣的長度單位。 （ 5 ）單擊 Close 按鈕，將退出設置，系統自動保存更改。 設計完成效果如【圖5】 所示。 【圖5】設置最小距離 2 ． Short Circuit （短路）選項區域設置 短路設置就是否允許電路中有導線交叉短路。設置方法同上，系統默認不允許短路，即取消 Allow Short Circuit 復選項的選定，如【圖 6】 所示。 【圖6】 短路是否允許設置 3 ． Un-Routed Net （未布線網絡）選項區域設置 可以指定網絡、檢查網絡布線是否成功，如果不成功，將保持用飛線連接。 4 ． Un-connected Pin （未連接管腳）選項區域設置 對指定的網絡檢查是否所有元件管腳都連線了。 三、布線設計規則 Routing （布線設計）規則主要有如下幾種。 1 ． Width （導線寬度）選項區域設置 導線的寬度有三個值可以供設置，分別為 Max width （最大寬度）、 Preferred Width （最佳寬度）、 Min width （最小寬度）三個值，如【圖7】所示。系統對導線寬度的默認值為 10mil ，單擊每個項直接輸入數值進行更改。這里采用系統默認值 10mil 設置導線寬度。 【圖7】 設置導線寬度 2. Routing Topology （布線拓撲）選項區域設置 拓撲規則定義是采用的布線的拓撲邏輯約束。 Protel DXP 中常用的布線約束為統計最短邏輯規則，用戶可以根據具體設計選擇不同的布線拓撲規則。 Protel DXP 提供了以下幾種布線拓撲規則。 · Shortest ( 最短 ) 規則設置 最短規則設置如圖【8】 所示，從 Topology 下拉菜單中選擇 Shortest 選項，該選項的定義是在布線時連接所有節點的連線最短規則。 【圖8】 最短拓撲邏輯 · Horizontal （水平）規則設置 水平規則設置如【圖9】 所示，從 Topoogy 下拉菜單中選擇 Horizontal 選基。它采用連接節點的水平連線最短規則。 【圖9】 水平拓撲規則 · Vertical （垂直）規則設置 垂直規則設置如【圖10】 所示，從 Tolpoogy 下拉菜單中選擇 Vertical 選項。它采和是連接所有節點，在垂直方向連線最短規則。 【圖 10】 垂直拓撲規則 · Daisy Simple （簡單雛菊）規則設置 簡單雛菊規則設置如【圖11】 所示，從 Tolpoogy 下拉菜單中選擇 Daisy simple 選項。它采用的是使用鏈式連通法則，從一點到另一點連通所有的節點，并使連線最短。 【圖11】 簡單雛菊規則 · Daisy-MidDriven （雛菊中點）規則設置 雛菊中點規則設置如【圖12】所示，從 Tolpoogy 下拉菜單中選擇 Daisy_MidDiven 選項。該規則選擇一個 Source （源點），以它為中心向左右連通所有的節點，并使連線最短。 【圖12】 雛菊中點規則 · Daisy Balanced （雛菊平衡）規則設置 雛菊平衡規則設置如【圖13 】所示，從 Tolpoogy 下拉菜單中選擇 Daisy Balanced 選項。它也選擇一個源點，將所有的中間節點數目平均分成組，所有的組都連接在源點上，并使連線最短。 【圖13】 雛菊平衡規則 · Star Burst （星形）規則設置 星形規則設置如圖 【14】 所示，從 Tolpoogy 下拉菜單中選擇 Star Burst 選項。該規則也是采用選擇一個源點，以星形方式去連接別的節點，并使連線最短。 【圖 14 】Star Burst （星形）規則 3. Routing Rriority （布線優先級別）選項區域設置 該規則用于設置布線的優先次序，設置的范圍從 0~100 ，數值越大，優先級越高，如【圖15】 所示。 【圖15】 布線優先級設置 4. Routing Layers （布線圖）選毆區域設置 該規則設置布線板導的導線走線方法。包括頂層和底層布線層，共有 32 個布線層可以設置，如【圖16】 所示。 【圖16】 布線層設置 由于設計的是雙層板，故 Mid-Layer 1 到 Mid-Layer30 都不存在的，該選項為灰色不能使用，只能使用 Top Layer 和 Bottom Layer 兩層。每層對應的右邊為該層的布線走法。 Prote DXP 提供了 11 種布線走法，如【圖17】 所示。 【圖17】11 種布線法 各種布線方法為： Not Used 該層不進行布線； Horizontal 該層按水平方向布線 ;Vertical 該層為垂直方向布線； Any 該層可以任意方向布線； Clock 該層為按一點鐘方向布線； Clock 該層為按兩點鐘方向布線； Clock 該層為按四點鐘方向布線； Clock 該層為按五點鐘方向布線； 45Up 該層為向上 45 °方向布線、 45Down 該層為向下 45 °方法布線； Fan Out 該層以扇形方式布線。 對于系統默認的雙面板情況，一面布線采用 Horizontal 方式另一面采用 Vertical 方式。 5 ． Routing Corners （拐角）選項區域設置 布線的拐角可以有 45 °拐角、 90 °拐角和圓形拐角三種，如【圖18】 所示。 【圖18】 拐角設置 從 Style 上拉菜單欄中可以選擇拐角的類型。如【圖16】 中 Setback 文本框用于設定拐角的長度。 To 文本框用于設置拐角的大小。對于 90 °拐角如【圖19】 所示，圓形拐角設置如【圖20】 所示。 【圖 19】 90 °拐角設置 【圖20】 圓形拐角設置 6 ． Routing Via Style （導孔）選項區域設置 該規則設置用于設置布線中導孔的尺寸，其界面如【圖21】 所示。 【圖21】 導孔設置 可以調協的參數有導孔的直徑 via Diameter 和導孔中的通孔直徑 Via Hole Size ，包括 Maximum （最大值）、 Minimum （最小值）和 Preferred （最佳值）。設置時需注意導孔直徑和通孔直徑的差值不宜過小，否則將不宜于制板加工。合適的差值在 10mil 以上。 四、阻焊層設計規則 Mask （阻焊層設計）規則用于設置焊盤到阻焊層的距離，有如下幾種規則。 1 ． Solder Mask Expansion （阻焊層延伸量）選項區域設置 該規則用于設計從焊盤到阻礙焊層之間的延伸距離。在電路板的制作時，阻焊層要預留一部分空間給焊盤。這個延伸量就是防止阻焊層和焊盤相重疊，如【圖22】所示系統默認值為 4mil,Expansion 設置預為設置延伸量的大小。 【圖22】 阻焊層延伸量設置 2 ． Paste Mask Expansion （表面粘著元件延伸量）選項區域設置 該規則設置表面粘著元件的焊盤和焊錫層孔之間的距離，如【圖23】 所示，圖中的 Expansion 設置項為設置延伸量的大小。 【圖23】 表面粘著元件延伸量設置 五、內層設計規則 Plane （內層設計）規則用于多層板設計中，有如下幾種設置規則。 1 ． Power Plane Connect Style （電源層連接方式）選項區域設置 電源層連接方式規則用于設置導孔到電源層的連接，其設置界面如【圖24】 所示。 【圖24】電源層連接方式設置 圖中共有 5 項設置項，分別是： · Conner Style 下拉列表：用于設置電源層和導孔的連接風格。下拉列表中有 3 個選項可以選擇： Relief Connect （發散狀連接）、 Direct connect （直接連接）和 No Connect （不連接）。工程制板中多采用發散狀連接風格。 · Condctor Width 文本框：用于設置導通的導線寬度。 · Conductors 復選項：用于選擇連通的導線的數目，可以有 2 條或者 4 條導線供選擇。 · Air-Gap 文本框：用于設置空隙的間隔的寬度。 · Expansion 文本框：用于設置從導孔到空隙的間隔之間的距離。 2. Power Plane Clearance （電源層安全距離）選項區域設置 該規則用于設置電源層與穿過它的導孔之間的安全距離，即防止導線短路的最小距離，設置界面如【圖25】 所示，系統默認值 20mil 。 【圖25】 電源層安全距離設置 3 ． Polygon Connect style （敷銅連接方式）選項區域設置 該規則用于設置多邊形敷銅與焊盤之間的連接方式，設置界面如【圖26】所示。 【圖26】 敷銅連接方式設置 該設置對話框中 Connect Style 、 Conductors 和 Conductor width 的設置與 Power Plane Connect Style 選項設置意義相同，在此不同志贅述。 最后可以設定敷銅與焊盤之間的連接角度，有 90angle(90 ° ) 和 45Angle （ 45 °）角兩種方式可選。 六、測試點設計規則 Testpiont （測試點設計）規則用于設計測試點的形狀、用法等，有如下幾項設置。 1 ． Testpoint Style （測試點風格）選項區域設置 該規則中可以指定測試點的大小和格點大小等，設置界面如【圖 27】 所示。 【圖27】 測試點風格設置 該設置對話框有如下選項： · Size 文本框為測試點的大小， Hole Size 文本框為測試點的導孔的大小，可以指定 Min （最小值）、 Max （最大值）和 Preferred （最優值）。 · Grid Size 文本框：用于設置測試點的網格大小。系統默認為 1mil 大小。 · Allow testpoint under component 復選項：用于選擇是否允許將測試點放置在元件下面。復選項 Top 、 Bottom 等選擇可以將測試點放置在哪些層面上。 右邊多項復選項設置所允許的測試點的放置層和放置次序。系統默認為所有規則都選中。 2 ． Testpoint Usage （測試點用法）選項區域設置 測試點用法設置的界面如【圖28】 所示。 【圖28】 測試點用法設置 該設置對話框有如下選項： · Allow multiple testpoints on same net 復選項：用于設置是否可以在同一網絡上允許多個測試點存在。 · Testpoint 選項區域中的單選項選擇對測試點的處理，可以是 Required ( 必須處理 ) 、 Invalid （無效的測試點）和 Don't care （可忽略的測試點）。 七、電路板制板規則 Manufacturing （電路板制板）規則用于對電路板制板的設置，有如下幾類設置： 1. Minimum annular Ring （最小焊盤環寬）選項區域設置 電路板制作時的最小焊盤寬度，即焊盤外直徑和導孔直徑之間的有效期值，系統默認值為 10 mil 。 2 ． Acute Angle （導線夾角設置）選項區域設置 對于兩條銅膜導線的交角，不小于 90 °。 3 ． Hole size （導孔直徑設置）選項區域設置 該規則用于設置導孔的內直徑大小。可以指定導孔的內直徑的最大值和最小值。 Measurement Method 下拉列表中有兩種選項： Absolute 以絕對尺寸來設計， Percent 以相對的比例來設計。采用絕對尺寸的導孔直徑設置對話框如【圖29】 所示（以 mil 為單位）。 【圖29】 導孔直徑設置對話框 4 ． Layers Pais （使用板層對）選項區域設置 在設計多層板時，如果使用了盲導孔，就要在這里對板層對進行設置。對話框中的復選取項用于選擇是否允許使用板層對（ layers pairs ）設置。 小結 本文中對 Protel DXP 提供的 10 種布線規則進行了介紹，在設計規則中介紹了每條規則的功能和設置方法。這些規則的設置屬于電路設計中的較高級的技巧，它設計到很多算法的知識。掌握這些規則的設置，就能設計出高質量的 PCB 電路。
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