第9 章 印制 电路 板PCB 设计
印制电路板设计是以电路原理图为根据，实现电路设计者所需要的功能。印制电路板的设计主要指版图设计，需要考虑外部连接的布局、内部电子元器件的优化布局、金属连线和通孔的优化布局、电磁保护、热耗散等各种因素。优秀的版图设计可以节约生产成本，达到良好的电路性能和散热性能。简单的版图设计可以用手工实现，复杂的版图设计需要借助计算机辅助设计(CAD)实现。
本章通过 AD 软件介绍电子线路 PCB 图设计的流程和设计方法，内容主要包括 PCB 设计流程、PCB 元器件封装设计、PCB 设计规则、PCB 布局设计、PCB 布线设计及 PCB 覆铜设计等。通过本章提供的一个 PCB 设计实例，可以学习 PCB 设计中的关键技术，以便尽快地掌握 PCB 图的设计方法。
9.1 PCB 设计流程及基本使用
图 9-1 给出了 PCB 设计流程。绘制 PCB 的流程主要包含导入原理图设计到 PCB 设计工具、设置 PCB 板的尺寸、PCB 布局、PCB 布线、PCB 验证和输出工程文件。
9.1.1 PCB 层标签
一个 PCB 板由不同的层构成，包括铜导电、绝缘、保护屏蔽、文本和图像丝印层。当打开 PCB 设计文件进入 PCB 编辑器时，如图 9-2 所示，在 AD 主界面的底部为层控制标签。不同的层控制标签使用不同的颜色标识，以便在不同的层进行绘图操作。
单击图9-2中的每个标签，可以控制在该层进行绘图设计。如果在当前窗口中不能看到所有的层控制标签时，通过单击 ☑ 内的“◀”或者“▶”按钮，层控制标签可以向左或者向右滚动，显示需要的层控制标签。
使用小键盘上的“*”键，在不同的信号层之间进行切换。使用小键盘上的“+”/“-”键，在所有层之间进行切换。在笔记本上进行绘图操作时，按Fn+NumLock组合键，就可以打开笔记本键盘上的小键盘。
9.1.2 PCB 视图查看命令
在 AD 主界面主菜单下选择 View，或者在工具栏中单击相应的按钮，可以修改对视图的查看。表 9-1 给出了视图查看命令的列表。使用这些命令时，需要打开 PCB 设计文件。
| 命令 | 工具栏 | 快捷键 | 描述 |
| Fit Document | VD | 使所有的对象适配到当前的文档窗口 | |
| Fit Board | VF | 使位于信号层的所有对象适配到当前的文档窗口 |
续表
| 命 令 | 工 具 栏 | 快 捷 键 | 描 述 |
| Area |  | VA | 通过选择一个矩形的对角线顶点，显示文档的一个矩形区域 |
| Around Point | VP | 通过选择一个矩形的中心点和顶点，显示文档的一个矩形区域 | |
| View Selected Objects |  | VE | 使选择的对象适配到当前的文档窗口 |
| View Filtered Objects |  | VJ | 使过滤的对象适配到当前的文档窗口 |
| Zoom In | VI | 在光标的位置上放大 | |
| Zoom Out | VO | 在光标的位置上缩小 | |
| Zoom Last | VZ | 返回到最后一个视图命令的前一个显示状态 | |
| Refresh | VR | 更新（重新绘制）屏幕 |
表9-2列出的快捷键对操作文档窗口视图非常有用，可以在任何时候使用这些快捷键，甚至正在执行命令的时候。
| 按键 | 功能 |
| End | 重新绘制视图 |
| Alt+End | 重新绘制当前层 |
| Page Down | 缩小（保持当前光标位置） |
| Page Up | 放大（保持当前光标位置） |
| Ctrl+Page Down | 查看文档 |
| Ctrl+Page Up | 基于当前光标位置，大幅度放大 |
| Home | 平移视图（将当前光标的位置平移到中心） |
| Arrow | 在箭头方向上，以一个捕获栅格的幅度移动光标 |
| Shift+Arrow | 在箭头方向上，以十个捕获栅格的幅度移动光标 |
9.1.3 自动平移
当执行命令，如光标变成一个十字形时，自动平移就变成活动的。在自动平移状态时，接触文档窗口的任何一边时将初始化自动平移。
实现自动平移的步骤主要包括：
（1）在 AD 主界面主菜单下，选择 Tools→Preferences。
（2）如图9-3所示，打开Preferences窗口，在该界面左侧找到PCB Editor并展开。在展开项中，选择General。该界面右侧的Autopan Options窗口，用于选择平移的速度。
（3）单击 OK 按钮，退出配置界面。
（4）在 PCB 设计界面内，按下鼠标右键，并保持按下鼠标右键，此时光标变成一个手的标记。随后移动鼠标，就可以实现 PCB 设计界面的水平移动。
9.1.4 显示连接线
将原理图设计导入 PCB 设计工具后，可以看到设计中的具有连接关系的元器件通过白色的线连接。这些白色的线也称为连接飞线，表示的是每个元器件物理引脚之间的连接关系。在布局时，通过显示连接线，确定设计中各个芯片的布局。在布线时，通过显示连接线，引导设计者进行布线的绘制，但是，有时在布线的过程中显示连接线，反而会干扰设计者的布线。是否在布线的过程中显示连线，要根据具体情况确定。下面给出控制显示连接线的步骤。其步骤主要包括：
（1）进入 PCB 编辑器界面，在 AD 主界面
主菜单下，选择 View→Connections。
（2）出现如图9-4(a)所示的快捷菜单，选择不同的选项，可以控制连线的显示方式。例如，当选择Hide All时，隐藏所有的连线。
（3）或者在 PCB 编辑器界面内，按 N 键，出现如图 9-4（b）所示的快捷菜单，在 Show Connections 或者 Hide Connections 下级菜单
选项中，可以选择 Net、Component 或 All，用于控制飞线的显示方式。
9.2 PCB 绘图对象及绘图环境参数
在 PCB 绘图的过程中，会涉及大量的绘图对象。在 PCB 文件中放置的大部分对象用于定义铜皮区域或者其他。应用于所有的电气对象，例如，迹线（用于连接元器件焊盘之间的所绘制的布线）和焊盘，以及非电气对象，例如，文本和尺寸标注。因此，需要牢记线宽用于定义多个对象和放置对象的层。
大多数对象也称为原语，设计者可以在PCB编辑器中编辑这些原语。元器件由大量的原语对象构成，只能在PCB编辑器中编辑它们。后续章节会详细介绍放置元器件、分割平面和房间（room）。
图 9-5 给出了不同的 PCB 绘图对象。
对绘图对象操作的步骤主要包括：
（1）通过 AD 主界面主菜单下的 Place 子菜单，或者如图 9-6 所示在 AD 主界面下单击连线工具栏，选择放置对象的命令。
（2）在 PCB 绘图的过程中，如果需要对所放置对象的属性进行修改，可以在放置对象的时候，按下 Tab 键，自动弹出属性设置对话框。
（3）当放置对象后，可以用下面两种方法修改属性：
① 双击所放置好的对象，打开属性对话框，修改对象的属性。
②选择需要修改属性的对象，然后按 F11 键，出现 Inspector 对话框，修改属性参数。
（4）在 AD 主界面主菜单下，选择 Tools $ \rightarrow $ Preferences。如图 9-7 所示，在左侧找到 PCB Editor 条目并展开。在展开项中找到 Defaults，打开对象默认属性设置窗口，修改对象默认属性。
9.2.1 电气连接线
交互布线(interactive routing)命令是用来放置带有相关电气网络信息的电气连接线。Track 也是布线，这种布线专用于电子元器件之间的信号传输。
在进行交互布线的时候，一定要注意前面所介绍的一些信号完整性设计规则。在传输信号线尤其是高速信号线的布线中，禁止使用直角的走线。因为这会大大降低信号完整性。建议在拐点处，使用 $ 45^{\circ} $ 线或者弧度线。
电气连接线走线的步骤主要包括：
（1）通过下面的三种方式，启动交互布线命令：
① 在 AD 主界面的绘图工具栏中，选择 ☑。
② 在 AD 主界面主菜单下，选择 Place→Track。
③ 在 PCB 编辑器界面内，单击鼠标右键，出现快捷菜单，选择 Interactive Routing。
（2）在需要画线的地方，单击鼠标的左键，鼠标光标变成十字光标，进行布线。
（3）在布线的过程中，按 Tab 键，打开布线属性设置窗口，用于设置线宽等相关的设计规则。
对大多数的布线，可以通过 Preferences 来设置默认的属性。这样，可以减少在布线过程中反复设置布线属性的操作，提高布线的效率。
当在不同层之间进行切换时，会在电气连接线上自动添加过孔。在笔记本电脑上实现不同层之间切换的方法是：
（1）同时按下 $ \mathrm{Fn}+\mathrm{NumLock} $ 按键，打开笔记本电脑上的小键盘（笔记本上的小键盘和笔记本键盘上的其他按键复用）。
（2）在布线的过程中如果需要在不同的层之间进行切换，则按下小键盘上的“+”和“−”按键。
（3）一旦开始执行交互式布线，则可以通过同时按下 Shift 键和空格键，进行布线模式的切换。
（4）对绘制过程中出现绘制弧线的电气连接线，可以修改弧线的弧度大小。方法是：在绘制弧线的时候，同时按住“，”键（逗号键）使得弧度变小；同时按住“.”键（句号键）使得弧度变大。
（5）使用开始模式或者完成模式时，电气连接线的绘制是互补的。可以在绘制电气
连接线的过程中，通过按空格键，在开始模式和完成模式之间进行切换。
（6）如果电气连接线起始于一个已经分配网络号的对象，则也将该网络分配给电气连接线。交互布线命令将遵守分配给该网络的任何规则。
（7）当设计者单击一个布线网络，同时按下 Ctrl 按键时，可以高亮显示一个布线网络。当单击布线网络，同时按下 Shift+Ctrl 按键时，可以高亮显示多个布线网络。
当绘制完某条电气连接线后，可以使用下面的方法修改该电气连接线：
（1）重新放置一个电气连接线结束端。
① 将光标放在电气连接线结束段的一端。
② 单击并保持按下鼠标左键。
③ 移动光标(和连接的顶点)到新的位置。AD将添加电气连接线段，用于保持电气连接线的正交或者对角模式。
（2）分解电气连接线中间段。
① 将光标放在非结束的电气连接线段的中间。
② 单击并保持按下鼠标左键。
③ 移动光标。AD 将添加电气连接线段，用于保持电气连接线的正交或者对角模式。
（3）将一个电气连接线段从其他电气连接线段脱离。
① 放弃选择所有的电气连接线段。
②单击并保持放置在连线中的某个电气连接线段。
③ 将该电气连接线段移动到新的位置。
9.2.2 普通线
AD 工具提供了放置普通线的功能。普通线不同于电气连接线，这是因为普通线不具有传输信号的功能。
在 AD 中,普通线主要用于表示 PCB 板子的边界或者在非电气层的禁止边界。绘制普通线的行为和绘制电气连接线的行为是一样的。但是没有给普通线分配任何的网络。当在非电气层放置普通线时,没有任何设计规则的限制。
可以通过下面两种方法，启动绘制普通线的命令：
（1）在 AD 主界面主菜单下，选择 Place→Line。
（2）如图9-8所示，在AD主界面下的工具栏中单击Place Line按钮。
9.2.3 焊盘
通过在 AD 主界面主菜单下选择 Place→Pad，或者在 AD 界面下的工具栏中单击 ☑ 按钮在 PCB 设计图纸上添加焊盘。焊盘通常是元器件的一部分，也可以单独使用。例如，可以作为测试点或者安装孔。
9.2.4 过孔
正如前面所提到的那样，当在不同层之间走线时，就需要使用过孔。下面对过孔的操作方法进行说明。Properties
（1）在 PCB 设计图纸上添加过孔的方法。
① 在 AD 主界面主菜单下选择 Place→Via。
② 在 AD 主界面下的工具栏中单击 ☐ 按钮。
在放置电气连接线过程中，如果在不同的布线层切换，AD软件会自动放置过孔。
（2）修改过孔属性的方法。
① 在放置过孔时，按下 Tab 键，打开属性设置界面。
②放置完过孔后，双击过孔，打开属性设置界面。
图 9-9 给出了过孔的设置界面。下面对过孔属性参数设置进行说明：
① 可以在属性设置界面中设置过孔的 Drill Pairs（钻孔层对）。当过孔穿过 PCB 的顶层和底层时，称为通孔；否则称为埋孔/盲孔。
② 当过孔在中间和底层有不同的大小要求时，在图中选中 Top-Middle-Bottom。如果在很多层都有不同的大小要求时，在图中选中 Full Stack。
③ 选中 Solder Mask Expansion，允许设计者通过在该选项后面输入指定的扩展值，覆盖在设计规则中所设置的阻焊值。
④ 选中 From Hole Edge，将忽略在设计规则中关于阻焊的设置。这样，在阻焊层不会开放这个过孔。
⑤ 通过 Fabrication 或者 Assembly 可以将过孔分配成顶层和(或)底层的测试点。
（3）如果将一个网络手工连接到一个内部的电源层，按下数字小键盘上“/”按键，此时将添加一个过孔。通过这个过孔，将网络自动连接到合适的电源平面。除了电气连接线设置为任何角度模式外，这种方法可以用于任意一种放置电气连接线的模式中。
9.2.5 弧线
表9-3给出了弧线的布线选项所对应的菜单（主界面主菜单）和相应的工具栏按钮。
| 放置命令 | 放置工具栏的按钮 |
| --- | --- |
| Place $ \rightarrow $Arc(Edge) | ✓ |
| Place $ \rightarrow $Arc(Center) | ✓ |
| Place $ \rightarrow $Arc(Any Angle) | ✓ |
| Place $ \rightarrow $Circle | ✓ |
在 PCB 编辑器界面中，当选择放置弧线的相应命令时，则添加了所对应的弧线对象。设计者可以在任何一层放置弧线对象。通过下面两种方法打开圆弧属性设置窗口：
（1）当放置弧线对象时，按 Tab 键。
（2）放置完弧线对象后，双击弧线对象。
如图 9-10 所示，打开弧线设置属性对话框。
9.2.6 字符串
通过下面两种方法在 PCB 绘图中放置字符串：
(1) 在 AD 主界面主菜单下选择 Place→String。
（2）在 AD 界面下的工具栏中单击 A 按钮。
通过下面两种方法打开字符串属性设置窗口：
（1）当放置字符串对象时，按 Tab 键。
（2）放置完字符串对象后，双击字符串对象。
如图 9-11 所示，打开字符串设置属性对话框。下面对其参数设置进行说明。
1. Text 设置
如图 9-12 所示，有下面两种方法设置文本内容：
（1）直接在 Text 右侧的文本框输入文本的内容。
（2）在下拉框中选择特殊的文本内容。例如：*.Arc_Count 和 *.Component_Count，当打印或者绘制 PCB 图时，就会显示对象的名字。其他的特殊字符串与层的名字、文件的名字和打印选项相关。当创建元器件引脚时，使用 *.Comment 和 *.Designator 字符串。当把字符串放在钻孔指导层时，*.Legend 字符串用于显示一个钻孔符号图例。
2. Font(字体)设置
在字体设置中，提供了 TrueType、Stroke 和 BarCode 三种类型。图 9-13 给出了这三种字体的图例。
9.2.7 原点
所有测量和光标的位置计算都是基于该层当前的原点，默认一个 PCB 文档的绝对原
点 $ (0,0) $在设计区域的左下角。
可以通过下面的方法，将当前的原点设置到 PCB 工作区的任何一点：
(1) 在 AD 主界面主菜单下，选择 Edit → Origin → Set。
（2）将鼠标的十字光标放在需要设置为原点的位置，单击鼠标左键，则该点就作为整个PCB设计文件的设计原点。
（3）在 AD 主界面主菜单下，选择 Edit→Origin→Reset，可以撤销所设置的原点恢复原来的原点。
9.2.8 尺寸
可以将尺寸标注添加到当前设计层。设计者可以通过下面的方法放置尺寸标注：
（1）在 AD 主界面主菜单下选择 Place→Dimension，并选择子菜单选项。
（2）如图 9-14 所示，在 AD 界面下的工具栏中单击不同的按钮，则在 PCB 设计图纸上添加相应的尺寸标注。
通过下面两种方法打开尺寸标注属性设置窗口：
（1）当放置尺寸标注对象时，按 Tab 键。
（2）放置完尺寸标注对象后，双击尺寸标注对象。
这样就可以打开尺寸标注属性对话框，以修改尺寸标注设置属性。例如，设置文本的高度和宽度。单击鼠标右键或者按 Esc 键，退出设置属性命令。
9.2.9 坐标
可以将坐标添加到当前设计层，设计者可以通过下面的方法放置坐标对象：
（1）在 AD 主界面主菜单下，选择 Place→Coordinate。
（2）如图9-15所示，在AD主界面下的工具栏中，单击坐标标注按钮，在PCB设计图纸上添加相应的坐标标注对象。
通过下面两种方法打开坐标属性设置窗口：
（1）当放置坐标标注对象时，按 Tab 键。
（2）放置完坐标标注对象后，双击坐标标注对象。
这样就可以打开坐标属性对话框，并修改坐标设置属性。例如，设置坐标文本的高
度和宽度。单击鼠标右键或者按 Esc 键，则退出设置属性命令。
9.2.10 填充
填充是一个长方形的设计对象，它可以放在任何一层上，包括铜（信号）层。填充限于一个长方形，该对象不能避开周围的其他对象，例如，焊盘、过孔、电气连接线、区域等其他填充或者文本。如果将该对象放在信号层，则可以连接到一个网络。
填充由于不能避开周围的其他电气对象，可能会导致短路。所以，在使用的时候一定要小心。该对象可以用于一些功率元器件的散热。下面给出放置填充对象的步骤。其步骤主要包括：
（1）通过下面两种方法，启动放置填充对象的命令。
① 在 AD 主界面主菜单下，选择 Place→Fill。
② 在 AD 主界面下的工具栏中，单击☐按钮。
（2）当鼠标光标变成十字光标，单击需要放置 Fill（填充）的一个矩形顶点，然后在需要放置 Fill 的另一个矩形对角线顶点的位置单击鼠标左键。
（3）通过下面两种方法，打开填充配置界面：
① 当放置填充对象时，按 Tab 键。
②放置完填充对象后，双击填充对象。
打开填充配置界面，在该界面内修改填充对象设置属性。单击鼠标右键或者按 Esc 键，则退出设置属性命令。
（4）当放置完填充对象后，可以通过下面的方法修改填充对象：
① 用鼠标再次选中所放置的填充对象。然后，单击并拖曳填充对象上的拖曳点（手柄），修改填充对象的尺寸。
②通过单击并旋转填充对象中间的小圆圈，对填充对象进行旋转。
9.2.11 固体区
固体区是一个多边形固体对象。尽管将其用作铜皮区域，但是它能放置在任何设计层，包括信号层。类似于填充对象，该对象不能避开周围的其他对象，如焊盘、过孔、电气连接线、区域等其他填充或者文本。如果将该对象放在信号层，则可以连接到一个网络。
下面给出放置固体区的步骤。其步骤包括：
（1）可以通过在 AD 主界面主菜单下选择 Place→Solid Region。
（2）单击鼠标左键，定义该多边形对象的每个顶点，然后拖动鼠标，完成所有顶点的连接。当闭合多边形固体区后，单击鼠标右键，停止绘制该对象。
（3）通过下面两种方式，打开固体区属性对话框：
① 当放置固体区对象时，按 Tab 键。
②放置完固体区对象后，双击固体区对象。
打开如图 9-16 所示的固体区属性设置界面。
下面对一些关键属性进行说明：
（1）Polygon Cutout（多边形开口）：如图9-17所示，当选中该选项时，表示固体区对象实际是一个空的对象，其周围是覆铜区，即由Polygon Cutout所划定的区域内不能覆铜。
（2）Board Cutout（板形开口）：选中该选项时，表示这个对象实际是一个空的对象，用于定义在板子上的一个不规则的洞。也就是说，在实际的 PCB 板设计中，表示一个掏空的部分。
9.2.12 多边形覆铜
将一个多边形覆铜对象放置在一个信号层时，用于创建一个多边形的覆铜区域，该区域是以固体或者网格的形式存在的。当对划定的不规则区域覆铜时，多边形区域允许与周围不同网络的电气对象之间保持一个间隙（安全间距）。安全间距和连接属性由电气间隙和连接类型设计规则控制。图9-18(a)给出了Solid模式的多边形覆铜方法，图9-18(b)给出了Hatched模式的多边形覆铜方法。从图中可以看出覆铜区自动地与不同网络的电气对象进行隔离，保证不发生短路。
1. 放置多边形覆铜区的步骤
放置多边形覆铜区的步骤包括：
（1）通过下面两种方法，启动放置多边形覆铜的命令。
① 在 AD 主界面主菜单下，选择 Place→Polygon Pour。
② 在 AD 界面下的工具栏中单击 ☐ 按钮。
（2）单击鼠标左键，定义该多边形对象的每个顶点，并拖动鼠标，完成所有顶点的连接。当闭合多边形覆铜区后，单击鼠标右键，停止绘制该对象。
（3）通过下面两种方式，打开多边形覆铜属性对话框：
① 当放置多边形覆铜对象时，按 Tab 键。
②放置完多边形覆铜区对象后，双击多边形覆铜区对象。
2. 多边形覆铜区属性设置
打开如图 9-19 所示的多边形覆铜区的属性设置界面。下面对一些关键属性进行说明。
1 ）填充模式(Fill Mode)
（1）固体(铜皮区)。如果选定该模式，则多边形由固体区域对象内部构建。在一个完整的多边形内，每一个连续的铜皮区分配一个独立的区域。通过使用Gerber区域定义，这种类型的多边形输出到Gerber文件中。在Gerber区域中，不支持圆形开孔。因此，用于圆形开孔的圆弧(洞)，是由直线段进行估计。其精度在该对话框的Arc Approximation确定。这种类型的多边形的覆铜速度较快，将生成更小的PCB和Gerber文件。
（2）网格（电气连接线/圆弧）。如果选择这个模式，由电气连接线和弧线对象来创建多边形。通过调整电气连接线/弧线对象的 Width（宽度）和 Grid（栅格）设置，可以以网格或者固体的方式显示完整的多边形。这种类型的多边形的覆铜速度较慢，其生成较大的 PCB 和 Gerber 文件。在模拟系统设计中，经常使用网格覆铜。
（3）无(None)。这个模式本质上和网格是一样的，它使用电气连接线和弧线定义边界。但是，在边界内部添加电气连接线和弧线。这个模式主要是为设计者分析结构和不同多边形而设计的。当正在修改设计时，这个模式是非常有用的。
2 ）连接到一个网络(Connecting to Net)
（1）Pour Over All Same Net Objects。选择该选项时，多边形自动连接到和覆铜网络有相同网络的所有对象。
（2）Pour Over Same Net Polygons Only。选择该选项时，设计者需要将多边形自动连接到它边界内的具有相同网络的多边形对象。
（3）Don't Pour Over Same Net Objects。选择该选项时，设计者不希望多边形连接到这个网络上的任何非引脚的对象。
3. 固体区和多边形覆铜的公共特性
下面对固体区和多边形覆铜对象的公共特性进行总结。主要包括：
1 ）多边形拐角的设置
在放置一个多边形的时候，通过按键 Shift+空格键或空格键，修改多边形拐角的方式。在 $ 45^{\circ} $、 $ 45^{\circ} $ 圆弧、 $ 90^{\circ} $、 $ 90^{\circ} $ 圆弧和任意角度的拐角模式之间进行选择。
2 ）超前看特性
在一些情况下，当绘制 PCB 时，在没有正式放置多边形之前，设计者需要预测未来电气连接线段或者对象边沿所在的位置。
为了满足设计者的这个要求，AD提供了一个称为超前看特性的特征。在使能超前看特性选项的情况下，当设计者单击鼠标时，并不真正地放置与当前光标相连的电气连接线或对象边沿。换句话说，在正式放置下一个线段前，允许设计者超前看下面一个线段。
图 9-20 给出了一个多边形区域的第一个拐点，图 9-20(a) 打开超前看特性，图 9-20(b) 关闭超前看特性。
3 ）快捷键
（1）按下1键，用于打开/关闭超前看特性。只有在放置多边形的过程中，才能使用这个快捷键。
（2）在放置多边形的过程中，按“～”键或者 F1 键，列出命令快捷键。
9.2.13 禁止布线对象
电气连接线、填充和弧线都可用于在一个电气层上分配一个区域用于禁止布线。在输出操作时，例如，光绘和打印，忽略定义为禁止布线的对象。
在 AD 主界面主菜单下，选择 Place→Keepout 进入子菜单。在子菜单下存在电气连接线、填充和弧线。它们能定义为一个层指定的禁止布线。
通过下面两种方式，打开禁止布线对象属性对话框：
（1）在放置禁止布线对象时，按 Tab 键。
（2）放置完禁止布线对象后，双击禁止布线对象。
打开属性设置对话框，用于修改禁止布线对象设置属性。
9.2.14 捕获向导
捕获向导是特殊的对象，用于将光标驱动到某一个轴或者点，以帮助其他对象或者元器件的布局。该对象也用于一个可见的指示器，用于通常的布局或者对齐操作。
AD 提供了不同的捕获向导。在 AD 主界面主菜单下选择 Place→Work Guides 进入子菜单。在子菜单下，提供了下面的选项：
(1) Place Point Guide(放置点向导)。
(2) Place Vertical Guide(放置垂直向导)。
(3) Place Horizontal Guide(放置水平向导)。
(4) Place +45 Degree Guide(放置+45°向导)。
(5) Place -45 Degree Guide(放置-45°向导)。
根据设计者的要求，将光标放置在 PCB 设计界面合适的位置上，单击鼠标左键，设置
捕获向导。
9.2.15 PCB 选项对话框参数设置
在 AD 的 PCB 编辑界面右下角 Panels 菜单下选择 Properties，打开板选项对话框。如图 9-21 所示，出现 Properties(PCB 选项)对话框。下面对其参数设置进行详细的说明。
1 ) Units(单位)
Units 有 imperial（英制）和 metric（公制）。在绘制 PCB 时，一般都是用英制单位。这样，容易和 PCB 厂商所要求的工艺相对应。在绘制图的过程中，如果需要使用公制单位，则可以修改 Units 的选项设置。
2) Snap Options(栅格选项)
（1）Snap To Grids（捕获栅格）。选中该选项，在放置元器件和布线时，只能在栅格上操作，不允许在栅格之间进行操作。栅格的大小要适中，栅格间距太大，会造成布线密度过低和放置元器件的灵活性降低。由于现在的PCB主流工艺已经达到了4mil（1mil=0.0254mm）。所以，为了设计方便，在后面可以将栅格的间距设置为1mil，以方便布线，增加布线的密度。
（2）Snap To Guides。选中该选项，用于确保光标能捕获到人工放置的捕获向导。
（3）Snap To Object Axes。选中该选项，用于确保光标能捕获到动态对齐向导。通过对已经放置对象的热点估计，得到该对齐向导。
9.2.16 栅格尺寸设置
可以通过以下几种方法，进入栅格尺寸设置界面。
1. 栅格尺寸设置方法一
（1）如图9-22所示，在该界面内，单击Grid Manager。
（2）如图 9-23 所示，出现 Cartesian Grid Editor(mm)（笛卡儿栅格编辑器）。有两种方式来设置 X 和 Y 的栅格。
① 在 Step X 右侧的下拉框选择栅格大小，本设计的栅格选择 0.127mm。可以看到 Step Y 也自动设置为 0.127mm。通常情况下 X 坐标和 Y 坐标的栅格大小是一样的。
② 如果设计者想单独设置 Y 的栅格，可以在如图 9-23 所示的界面中，单击 ☐ 按钮。此时，Step Y 旁边的文本框由灰色变成黑色，设计者可以单独设置 Y 栅格。此处的
X 和 Y 栅格用于控制绘图对象的移动距离。
（3）Display 下的参数设置。
① Fine：用于控制电气栅格的显示模式，包括 Lines(线)、Dots(点)和 Do Not Draw(不画)，以及显示颜色。
② Coarse: 用于控制显示栅格的显示模式，包括 Lines(线)、Dots(点) 和 Do Not Draw(不画)，以及显示颜色。
电路设计、仿真与PCB设计
③ Multiplier：用于控制显示栅格和电气栅格之间的关系，可选择 $ 2 \times $、 $ 5 \times $ 和 $ 10 \times $。
（4）单击 OK 按钮，退出设置界面。
2. 栅格尺寸设置方法二
按 G 键或者 Ctrl+G 组合键，弹出快捷菜单，直接设置栅格尺寸。
9.2.17 视图配置
通过下面两种方法，打开 View Configurations（视图配置）对话框：
(1) 在 AD 主界面右下角，选择 Panels→View Configurations。
（2）按 L 键。
视图配置对话框用于：
（1）设置2D视图模式下，PCB板每一层的状态和颜色。
（2）设置3D模式下的颜色和透明度。
（3）也用于配置和其他视图相关的信息。例如，每种对象的显示和引脚上网络名字的显示。
该对话框可以保存和重新加载最后一次所使用的视图配置。下面对该视图配置对话框内的参数设置进行详细说明。
1. 视图配置类型
如图 9-24 所示，在 View Configurations 界面的 View Options 中，给出了不同视图配置类型。主要分为 2D 和 3D 类型，定义了层、表面、3D 颜色、可视性和其他条目。
2. 信号层和内层
如图 9-25 所示，在 Layer Stack Manager（层堆叠管理器）中添加或者删除层。在这个对话框中，控制它们的颜色和显示状态。
按下名字后面括号内的快捷键，可以切换该层的显示模式。例如，按下 T 键，可以在选中/不选中显示模式之间进行切换。
3. 机械层
如图9-26所示，AD有32个机械层。下面对一些设计参数进行说明：
（1）当不选中 Only Show Enabled 选项时，可以显示所有的 PCB 机械层，而不只局限于显示使能的机械层。
（2）选中机械层的名字，然后按下 F2 键，可以对该机械层的名字进行编辑。
（3）如果需要使用某个机械层，则选中该机械层所对应的 Enable 复选框。
（4）选中机械层所对应的 Show 复选框，则允许显示该机械层。
（5）当调用 Single Layer Mode（单层模式）时，选中 Single Layer Mode 将显示该层。
（6）选中 Linked to Sheet 复选框，将一个机械层和白色图纸对象进行关联。当不选中 Display Sheet 选项时，隐藏和白色图纸对象相关的机械层。当在 Board Shape 子菜单中选择 Auto-position sheet 选项时，它们也用来确定图纸的内容。
4. 层对
层对是机械层，用于将这些机械层关联在一起，以处理层指定的元器件数据。例如，如果元器件引脚要求固定信息（glue information），则在库编辑器的机械层定义这个信息。然后，将这个层和其他层作为一对。当引脚封装改为板子的底层时，将第一个机械层的信息自动地发送到该机械层对的另一个机械层。
5. 颜色设置
单击不同的颜色框，会自动弹出颜色设置框界面。设计者可以为 PCB 的每层定制显示颜色。
6. 禁止布线层
禁止布线层(keep-out layer)是一个特殊层。放置在禁止布线层的对象，其作用对于放在任何信号层的对象来说，类似于一个障碍物或者边界。典型地，禁止布线层用于定
义一些区域。例如，板子布线和布局的区域，或者板子的区域，这些区域避免放置元器件和进行布线。
9.2.18 PCB 坐标系统的设置
PCB 编辑器有一个坐标系统，其原点位于 PCB 绘图工作区的左下角的位置。这个位置有一个明显的标记。这个点的坐标是（0，0），也就是所说的绝对原点。工作区的尺寸是 $ 100\text{in} \times 100\text{in} $。
通过下面的方法，修改 PCB 坐标系统的设置：
（1）在 AD 主界面主菜单下，选择 Edit $ \rightarrow $ Origin $ \rightarrow $ Set，重新定义坐标系统的参考点。一旦重新定义了原点，在 PCB 设计界面中显示的 X 和 Y 坐标都是相对于这个新原点的。
（2）在 AD 主界面主菜单下，选择 Edit→Origin→Reset，将坐标原点重新设置为绝对原点。
可以使用下面的方法，选择坐标系统的单位，即公制或者英制单位：
（1）在 AD 主界面主菜单下，选择 View→Toggle Units。
（2）按 Q 键。
9.2.19 设置选项快捷键
按下 O 键，显示一个菜单。该菜单提供一种快速的方法，用于访问所设置的对话框。将 O 键和菜单中带有下划线的另一个按键组合，例如，O 键和 B 键的组合键，用于显示板子选项(Board Options)。表 9-4 给出了选项设置快捷键。
| 选项 | 显示的对话框 | 快捷键 |
| Board Layers & Colors | Layers & Colors 标签 | L 键或者 O+D 键 |
| Layer Stack Manager | Layer Stack Manager 对话框 | O+K 键 |
| Classes... | Object Class Explorer 对话框 | O+C 键 |
| Preferences | Preferences 对话框的 General 标签 | O+P 键 |
| Display | Preferences 对话框的 Display 标签 | O+I 键 |
| Show/Hide | View Configuration 标签 | O+D 键 |
| Default | Preferences 对话框的 Defaults 标签 | O+U 键 |
9.3 PCB 元器件封装库设计
本节将使用 IPC Footprint Wizard 创建元器件 PCB 封装。IPC Footprint Wizard 根据 IPC 算法，使用元器件本身的尺寸信息生成 PCB 封装。
该向导支持 BGA、BQFP、CAPAE、CFP、CHIP、CQFP、DPAK、LCC、LGA、MELF、
MOLDED、PLCC、PQFP、PSON、QFN、QFN-2ROW、SOIC、SOJ、SON、SOP/TSOP、SOT143/343、SOT223、SOT23、SOT89 和 WIRE WOUND 类型的封装。
IPC Footprint Wizard 的一些特性包含：
（1）输入整体封装尺寸、引脚信息、脚跟间距、焊锡圆角和误差，并且可以立即看到。
（2）输入机械尺寸，如围挡、装配和元器件(3D)信息。
（3）可以输入向导，允许审查和调整，在每一个阶段，可以预览 PCB 的引脚封装。
（4）可以在任何一个阶段单击 Finish 按钮。这样，可以产生当前预览的引脚视图。
9.3.1 使用 IPC Footprint Wizard 创建元器件 PCB 封装
本节将使用 IPC Footprint Wizard 创建简单元器件的 PCB 封装和复杂元器件的 PCB 封装。
图 9-27 给出了 TI 的 LM324 器件 SOIC 的封装尺寸信息，括号内为公制单位，括号外面为英制单位。下面给出创建简单的 SOIC 器件的步骤：
（1）在 AD 主界面主菜单下，选择 File→New→Library→PCB Library，生成名字为 PcbLib1 的库文件，并将其保存到 mypcb_library 目录下。
（2）在 AD 主界面主菜单下，选择 Tools→IPC Compliant Footprint Wizard，进入 PCB 封装设计向导界面。
（3）出现 IPC Compliant Footprint Wizard（符合 IPC 引脚向导）对话框，其提示 This wizard will help you to draw footprints that follow the IPC Compliant Footprint standard（该向导帮助设计者绘制符合 IPC 引脚标准的引脚），单击 Next 按钮。
（4）出现 Select Component Type（选择元器件类型）界面。如图 9-28 所示，在 Component Types（元器件类型）下，选择 SOIC 那一行。该行描述为：Small Outline Integrated Package，1.27mm Pitch（小集成封装，1.27mm 间距），这个信息对 SOIC 封装的特性进行了简要的说明。单击 Next 按钮。
（5）出现图 9-29 所示的 SOIC Package Dimensions(SOIC 封装尺寸)对话框。按照图 9-27 给出的 SOIC 封装的典型尺寸输入下面的参数，SOIC 封装典型的 e 值为 1.27mm。为了便于在 PCB 上焊接元器件，在给定 H 的值时，通常比厂商给出的尺寸要略大一些。参数输入完成后，单击 Next 按钮。
（6）出现 SOIC Package Thermal Pad Dimensions（SOIC 封装热焊盘尺寸）对话框，要求输入热焊盘的尺寸参数。
对于一些 SOIC 封装的元器件，由于芯片本身发热量比较大，因此在芯片的下面增加了一个长方形的金属焊盘。这个金属焊盘面积较大，通常与芯片的接地引脚连接，用于芯片散热。当进行 PCB 板设计时，该热焊盘连接到 PCB 板的地平面，用于帮助芯片散热。
由于 LM324 没有热焊盘，所以不需要输入热焊盘参数。单击 Next 按钮。
（7）出现 SOIC Package Heel Spacing(SOIC 封装脚间距)对话框，使用计算得到的值。单击 Next 按钮。
（8）出现 SOIC Solder Fillets(SOIC 填锡)对话框，使用默认值。单击 Next 按钮。
（9）出现 SOIC Component Tolerance(SOIC 元器件容差)对话框，使用计算得到的元器件误差。单击 Next 按钮。
（10）出现 SOIC Footprint Dimensions(SOIC 引脚尺寸)对话框，使用计算得到的 PCB 封装参数。并且，在该对话框下面的 Pad Shape 中选择 Rectangular（长方形），而不选择 Rounded（圆形）封装。单击 Next 按钮。
（11）出现 SOIC Silkscreen Dimensions(SOIC 丝印尺寸)对话框，使用默认的丝印参数设置。单击 Next 按钮。
Silkscreen 即文字层，在 PCB 中的最上面一层，可以没有，一般用于注释。PCB 中的丝印层包括 Top OverLayer（顶层）、Bottom OverLayer（底层），即印制电路板的最上和最下两层。
（12）出现 SOIC Courtyard，Assembly and Component Body Information（SOIC 围挡，组装和元器件体信息）对话框，使用默认设置。单击 Next 按钮。
（13）出现 SOIC Footprint Description(SOIC 引脚描述)对话框，使用默认的封装描述信息。单击 Next 按钮。
（14）出现 Footprint Destination（引脚描述）对话框，使用当前默认的路径。单击 Next 按钮。
（15）出现 The IPC Compliant Footprint Wizard is complete(IPC 标准引脚向导完成)对话框，表示 SOIC-14 封装已经完成。单击 Finish 按钮。
按前面的方法，选择 PCB Library 标签，如图 9-30 所示，可以看到生成了一个名字为 SOIC127P600X175-14N 的封装。由于这个默认的 PCB 封装名字太复杂，所以修改该封
装名字。下面给出修改该封装名字的步骤，其步骤主要包括：
① 双击图 9-30 内的 SOIC127P600X175-14N 标识。
② 出现图 9-31 所示的对话框。在 Name 右侧输入 SOIC-14N。单击 OK 按钮。这样，封装的名字就改成了 SOIC-14N。
9.3.2 使用 Component Wizard 创建元器件 PCB 封装
本节将使用 Component Wizard 为 LM324N 器件创建 DIP 封装。图 9-32 给出了该器件 DIP 封装的物理尺寸，下面将详细介绍使用 Component Wizard 为 LM324N 创建 DIP 封装的步骤。其步骤主要包括：
（1）在 AD 主界面主菜单下，选择 Tools→Component Wizard，进入元器件向导界面。
（2）出现 PCB Component Wizard 对话框。单击 Next 按钮。
（3）出现如图 9-33 所示的 Component patterns 对话框，该界面用于选择封装的类型，按下面参数设置：
① 在 Select from the list the pattern of the component you wish to create 下面选择 Dual In-line Packages[DIP]。
② Select a unit: Metricmm。
③ 单击 Next 按钮。
（4）出现如图 9-34 所示的 Dual In-line Packages(DIP)：Define the pads dimensions（定义焊盘尺寸）对话框。标注数字的位置，输入新的数字，用于修改 DIP 封装焊盘的尺寸。单击 Next 按钮。修改完焊盘参数后界面如图 9-34 所示。
电路设计、仿真与PCB设计
（5）出现 Dual In-line Packages(DIP)：Define the pads layout（定义焊盘布局）对话框。如图 9-35 所示，修改焊盘布局的值。单击 Next 按钮。
（6）出现 Dual In-line Packages(DIP)：Define the outline width（定义轮廓线宽度）对话框，接受默认设置。单击 Next 按钮。
（7）如图9-36所示，出现Dual In-line Packages(DIP)：Set number of the pads(设置焊盘的个数)对话框，按下面参数设置：
Select a value for the total number of pads: 14
单击 Next 按钮。
（8）出现 Dual In-line Packages(DIP)：set the component name（设置元器件名字），接受默认的元器件名字 DIP14。单击 Next 按钮。
（9）出现 The Wizard now has enough information to complete the task（现在向导有
足够的信息来完成任务）。单击 Finish 按钮。
至此完成了 DIP14 封装的设计。
9.3.3 使用 IPC Footprints Batch Generator 创建元器件 PCB 封装
和前面生成元器件 PCB 封装的方式相比，IPC Footprint Batch Generator（IPC 引脚批处理生成器）可以快速生成封装，并通过包含封装信息的输入文件生成多密度器件。
本节将通过实例介绍 IPC Footprints Batch Generator 快速创建元器件 PCB 封装的步骤。其步骤主要包括：
(1) 在 AD 主界面主菜单下，选择 Tools→IPC Footprints Batch Generator。
（2）出现 IPC Footprints Batch Generator 对话框。在该界面下，可以单击 Open Template 按钮。AD 提供了大量元器件 PCB 封装模板的 IPC 封装格式。例如，在浮动菜单中选择 BGA，就会出现图 9-37 所示的 BGA IPC 数据模板。设计者根据 IPC 规则，在表格中填入所要设计的 BGA 封装的数据，元器件厂商都提供了封装的 IPC 数据。
（3）下面将用已经填写好的 IPC 封装数据文件在 PcbLibl ..... .PcbLib 中再生成一个 PCB 封装。在如图 9-38 所示的界面内，图 9-37 BGA IPC 界面单击 Add Files 按钮，弹出打开文件对话框，如图 9-38 所示，打开 BGA.xls 文件。
（4）单击图 9-38 界面内的 Start 按钮。IPC Footprints Batch Generator 开始对数据文件进行批处理，在 PcbLib1.PcbLib 中新生成元器件的 PCB 封装。
（5）当批处理完成后，自动打开 IPC Compliant Footprint Wizard-Batch Report（批处理报告），该报告给出了批处理后的结果。
（6）如图 9-39 所示，新生成了名字为 MAPBGA-196 的 PCB 封装（名字由.xls 文件的相关域确定）。
至此，使用 IPC Footprints Batch Generator 快速生成了新的元器件封装。
9.3.4 不规则焊盘和 PCB 封装的绘制
在一些情况下，需要为一些不规则的焊盘绘制 PCB 封装。通过使用库编辑器内的设计对象，就可以为不规则的焊盘绘制 PCB 封装。
根据焊盘对象的形状，软件自动地创建阻焊层和助焊层。如果使用焊盘对象建立一个不规则的形状，将产生正确匹配的不规则阻焊和助焊形状。如果从其他对象，如线、填充、区域或者圆弧，建立不规则形状，则需要通过在阻焊层和助焊层放置合适的扩大或者缩小的对象，来定义任何要求的阻焊或者助焊。
为了更进一步地掌握不规则 PCB 封装的绘制方法，下面以 TI 的 UA78L05 的 SOT-89 封装为例，说明手工绘制电子元器件封装的技巧。这些方法便于设计者在前面自动产生 PCB 封装的基础上修改 PCB 封装，以满足特定的 PCB 封装需求。图 9-40 给出了 SOT-89 详细的封装图。下面给出绘制 SOT-89 PCB 封装的步骤，该绘制过程仍然在前面的 PCB 设计工程内完成。
（1）在 AD 主界面主菜单下，选择 Tools→New Blank Component。
（2）自动打开 PCB 封装设计界面，生成一个名字为 PCBCOMPONENT_1 的 PCB 封装。
（3）如图9-41所示，在PCB封装设计界面内出现PCB封装坐标基准点图标，其坐标为（0，0）。
（4）绘制图9-40中标记为1的区域。其步骤主要包括：
① 在 PCB 设计界面的下面的分层标签下，选择 Top Layer，表示在顶层上绘制标记为 1 的区域封装。
② 在 AD 主界面主菜单下选择 Place→Solid Region，开始绘制标记为 1 的多边形区域。在绘制的过程中，要注意多边形的长、宽和角度等尺寸。
③ 区域1绘制完成后，右击如图9-42所示的区域1的多边形区域，弹出快捷菜单，选择Properties。
④ 出现图 9-43 所示的多边形绘制属性配置界面，用于为多边形区域在阻焊层和锡膏保护层添加电气隔离边界。
- 在 Solder Mask Expansion 区域选择 Rule，选中 0.102mm。
- 在 Paste Mask Expansion 区域选择 Rule，选中 0mm。
单击 OK 按钮，这样就为多边形区域配置了电气隔离边界。
电路设计、仿真与PCB设计
（5）绘制图9-40中标记为2、3和4的区域。其步骤主要包括：
① 在图 9-44 所示的设计界面内，单击鼠标右键出现快捷菜单，选择 Place→Pad。
② 在图 9-45 所示的位置放置编号为 0 的圆形焊盘。
③ 双击圆形焊盘图标，打开图9-46所示的焊盘配置界面，按如下参数设置：
• Shape: Rectangular(表示引脚/焊盘的形状是长方形)。
X-Size: 2mm（设计留有余地，便于今后的焊接和调试）。
• Y-Size: 1mm.
• Hole Size: 0mm（表示焊盘中心无钻孔存在）。
• Designator：2(表示是第2个引脚)。
单击 OK 按钮，退出引脚设置界面。
④ 如图 9-47 所示，复制两个焊盘到图示的位置。如果非表贴的焊盘，如通孔，当其中间层和底层的尺寸不相同时，单击 TOP-Middle-Bottom。如果对于有更多层的设置不相同时，则选择 Full Stack。
⑤ 双击图 9-47 最上面的焊盘，打开属性配置界面，按下面参数配置：
X: -1.016mm（根据图9-40的坐标和图9-47的中间焊盘的位置确定）。
Y：1.5mm（根据图9-40的坐标和图9-47的中间焊盘的位置确定）。
• Shape: Rectangular(表示引脚/焊盘的形状是长方形)。
X-Size: 1.5mm（设计留有余地，便于今后的焊接和调试）。
• Y-Size: 1mm.
• Designator: 1(表示是第1个引脚)。
⑥ 单击 OK 按钮，退出引脚设置界面。
⑦ 双击图 9-47 最下面的焊盘，打开属性配置界面，按下面参数配置：
X: -1.016mm（根据图9-40的坐标和图9-47的中间焊盘的位置确定）。
Y: -1.5mm（根据图9-40的坐标和图9-47的中间焊盘的位置确定）。
• Shape: Rectangular(表示引脚/焊盘的形状是长方形)。
X-Size: 1.5mm（设计留有余地，便于今后的焊接和调试）。
• Y-Size: 1mm.
• Designator：3(表示是第3个引脚)。
⑧ 单击 OK 按钮，退出引脚设置界面。
图 9-48 给出了所有焊盘设置完成后的 PCB 封装界面。
（6）设置该 PCB 封装的边界。设置步骤如下：
①如图9-49所示，在PCB设计界面的下面的分层标签下，选择Mechanical 15，表示
在该层上绘制 PCB 的封装边界。
② 在图9-50所示的设计界面内，单击鼠标右键出现快捷菜单，选择Place→Line。
③如图9-50所示，在前面的封装外侧，按照SOT-89的封装，画一个矩形框，作为该PCB封装的边界。
（7）为 PCB 封装添加丝印描述。其步骤包括：
① 在 PCB 设计界面的下面的分层标签下选择 Top Overlay，表示在该层上绘制 PCB 的丝印。
② 在图 9-51 所示的设计界面内，单击鼠标右键出现快捷菜单，选择 Place→Line，按照图所示，添加两条黄色的折线。
③ 在图 9-51 所示的设计界面内，单击鼠标右键出现快捷菜单，选择 Place→Arc，按照图所示，添加一个黄色的圆，表示是芯片的第一个引脚。
至此，完成设计基本的 PCB 封装。
9.3.5 添加 3D 封装描述
考虑到现在电子产品的密度和复杂度等因素，作为一个PCB设计人员来说，不但要考虑元器件之间的间距要求，还要考虑高度的限制与元器件和元器件之间的位置选择；此外，也需要把最终的PCB送到机械CAD工具中。在这个CAD环境下，可以对虚拟产品的装配进行验证，这个虚拟的产品中包含了已经开发的元器件的封装。AD为上述不同的需求提供了不同的环境。
下面给出为 SOT-89 PCB 封装手动放置 3D 封装对象的步骤。其步骤主要包括：
（1）在 PCB 设计界面的下面的分层标签下，选择 Mechanical 13，表示在该层上绘制 PCB 的封装边界。
（2）在 AD 主界面主菜单下选择 Place→3D Body，按照图 9-52 所示绘制其 3D 对象。
绘制完成后，是粉红色的阴影区域。
（3）按照图 9-53 所示，打开 3D Body 属性对话框，将 Extruded 下的 Overall Height 设置为 1.6mm。
（4）修改该封装的名字。其步骤主要包括：
① 在 AD 主界面左侧的 PCB Library 下的 PCB 封装中，找到名字为 PCBCOMPONENT_1 的封装。
② 双击 PCBCOMPONENT_1 名字，按如下参数设置：
• Name: SOT89.
• Height: 1.6mm.
• Description: This is SOT89 footprint.
至此，完成了不规则 PCB 的封装设计。
9.3.6 检查元器件 PCB 封装
AD 提供了对所设计的 PCB 封装进行检查的功能。本节将介绍检查元器件 PCB 封装的步骤。其步骤主要包括：
（1）在 AD 主界面主菜单下，选择 Reports→Component Rule Check。
（2）出现如图 9-54 所示的 Component Rule Check（元器件规则检查）对话框，接受默认设置。单击 OK 按钮。
（3）如图9-55所示，出现PcbLib1.ERR文
件界面，该界面显示目前没有任何 PCB 封装错误出现。
（4）关闭 PcbLib1.PcbLib 库。
9.4 PCB 设计规则
在电路板 EDA 软件中设定 PCB 布线设计规则是实现正确布线的重要因素,设计规则是设置者设计指标及要求的体现,这里以 AD 软件为例介绍 PCB 设计规则。这些设计规则涵盖了设计的各个方面,包括布线宽度、间距、平面连接类型、布线过孔类型等。在设计的过程中,设计者根据规则对设计进行实时检查,也可以在任意时刻运行一个批处理测试,然后生成设计规则检查(design rule check,DRC)报告。
AD 设计规则并不是某个对象的属性。设计规则和绘图对象之间相互独立。每个设计规则都有适用对象的范围。
AD 以层次化的方式来应用规则。例如，用于整个板的间距规则，一个间距规则用于一类网络，另一个间距规则用于另一类网络中的某个引脚。使用规则优先级和规则范围，PCB 编辑器能确定将一个规则如何应用到一个绘图对象中。
下面将详细介绍设计规则的定义，以及如何检查 PCB设计与设计规则之间的冲突。
9.4.1 添加设计规则
打开规则编辑器的步骤主要包括：
（1）在 AD 主界面主菜单下选择 Design→Rules。
（2）如图 9-56 所示，出现 PCB Rules and Constraints Editor（PCB 规则和约束编辑器）对话框。
添加新设计规则的步骤主要包括：
（1）在如图9-56所示的界面左侧，单击☑按钮，展开规则的目录。
（2）单击规则种类前面的 $ \underline{\text{按钮}} $，显示已经定义的规则类型。图9-56展开了布线宽度的约束类型。
（3）如图9-56所示，在左侧窗口中选中Width，单击鼠标右键，出现快捷菜单，选择New Rule，添加一个新的规则约束条件。
（4）设计者可以通过前面的方法，打开 PCB Rules and Violations（PCB 规则和冲突）面板查看一个规则所对应的多个对象。
（5）在工作空间内选择所需要查看的对象，单击鼠标右键，出现快捷菜单，选择 Applicable Unary Rules 或者 Applicable Binary Rules，查看应用到该对象的规则。
下面对一些术语进行解释：
（1）Unary Rules（一元规则）：应用于一个对象，或者一个对象集中的每个对象。例如：宽度约束。
（2）Binary Rules（二元规则）：应用于一个对象集中的一个对象与另一个对象集中的对象之间。例如：一个二元规则是间距规则，它定义了第一个集合中的任何铜对象和第二个集合中的任何铜对象所要求的间距，通过二元规则查询进行识别。
（3）对象集是指设计规则所对应的一组对象。对象集的范围由设计入口确定。
查询是规则所应用对象的一个描述。下面给出规则查询的步骤：
（1）通过下面两种方式打开 PCB Filter 对话框：
① 按 F12 键。
② 在 PCB 工作空间的右下角找到 Panels 按钮，右击该按钮，出现快捷菜单，选择 PCB Filter。
(2) 在 AD 主界面左侧，出现如图 9-57 所示的 PCB Filter(PCB 过滤器)界面。
（3）在该界面内，单击 Builder 按钮。
（4）出现图9-58所示的界面，可以直接输入查询。例如：
① 在 Condition Type/Operator 下拉框内选择条件类型，例如，在图中选择 Belongs
电路设计、仿真与PCB设计
to Net.
② 在 Condition Value(条件值)下选择 GND。
③ 单击 Add another condition，就可以添加另一个条件。
④ 单击 OK 按钮。
（5）设置规则优先级。
① 单击图 9-56 内的 Priorities... 按钮，出现图 9-59 所示的改变优先级对话框。
② 单击 $ \underline{\text{Increase Priority}} $ 按钮，增加优先级。单击 $ \underline{\text{Decrease Priority}} $ 按钮，降低优先级。
9.4.2 如何检查规则
设计规则检查器(DRC)用于检查设计规则。在 PCB 设计过程中，设计者可以通过在线实时方式检查，也可以通过批处理(带有可选择的报告)方式检查。在 PCB 设计过程中的任何时刻，都可以选择运行批处理模式。但是在展开项中，在实际的 PCB 设计过程中，推荐在完成所有的 PCB 设计后，再运行批处理检查。
在 AD 主界面主菜单下，选择 Tools $ \rightarrow $ Preferences，打开 Preference 对话框。如图 9-60 所示，展开 PCB Editor。在展开项中选择 General，在右侧窗口选中 Online DRC，使能在线的 DRC。
在 AD 主界面主菜单下，选择 Tools→Design Rule Check，打开如图 9-61 所示的 Design Rule Checker（设计规则检查器）对话框。从中选择 Rule To Check，可以单独地为每一个规则选择 Online 和/或者 Batch。
通过下面两种方法，设置冲突的显示颜色：
（1）在视图配置(Panels中的 View Configuration)对话框中，选择 Layers&Colors 标签，如图9-62所示在 System Colors 中，设置 DRC 错误的标识颜色。
(2) 在 AD 主界面主菜单下，选择 Tools→Preferences→DRC Violations Display。
9.4.3 AD 中相关规则
1. 布线规则
表 9-5 给出了布线规则。
| 规则类 | 手动布线 | 自动布线 | 在线 DRC | 批处理 DRC | 其他 |
| 间距约束(clearance constraint) | Y | Y | Y | Y | 放置多边形 |
| 布线拐角(routing corners) | Y | 导出 Specctra 格式 DSN | |||
| 布线层(routing layers) | Y | ||||
| 布线优先级(routing priority) | Y | ||||
| 布线拓扑(routing topology) | Y | ||||
| 布线过孔类型(routing via style) | Y | Y | |||
| SMD 焊盘颈缩率约束(SMD neckdown constraint) | Y | Y | Y | ||
| SMD 到拐角约束(SMD to corner constraint) | Y | Y | |||
| SMD 到平面约束(SMD to plane constraint) | Y | Y | |||
| 宽度约束(width constraint) | Y | Y | Y | Y | 物理连接的铜 |
注：表9-5～表9-9中“Y”代表AD软件具有该功能。
2. 制造规则
表9-6 给出了制造规则。
| 规则类 | 自动布线 | 在线DRC | 批处理DRC | 输出生成 | 其他 |
| 锐角约束(acute angle constraint) | Y | Y | |||
| 孔尺寸约束(hole size constraint) | Y | Y | |||
| 层对(layer pairs) | Y | Y | 手工布线 | ||
| 最小环宽(minimum annular ring) | Y | Y | |||
| 锡膏延伸度(paste mask exp) | Y | ||||
| 多边形连接类型(polygon connect style) | 放置多边形 | ||||
| 电源平面间距(power plane clearance) | Y | Y | 内部平面 | ||
| 电源连接类型(power plane connect style) | Y | Y | 内部平面 | ||
| 阻焊延伸度(solder mask exp) | Y | ||||
| 测试点类型(testpoint style) | Y | Y | Y | Y | 找到测试点 |
续表
| 规则类 | 自动布线 | 在线DRC | 批处理DRC | 输出生成 | 其他 |
| 测试点用法(testpoint usage) | Y | Y | Y | Y | 找到测试点 |
| 孔到孔的间距(hole to hole clearance) | Y | Y | |||
| 最小阻焊间隙(minimum solder mask silver) | Y | Y | |||
| 丝印和元器件焊盘之间的间距(silkscreen over component pads) | Y | Y | |||
| 网络天线(net antennae) | Y | Y | |||
| 丝印间距(silk to silk clearance) | Y | Y |
3. 高速规则
表9-7给出了高速规则。
| 规则类 | 自动布线 | 在线DRC | 批处理DRC | 输出生成 | 其他 |
| 菊花链分支长度(daisy chain stub length) | Y | Y | |||
| 长度约束(length constraint) | Y | Y | |||
| 匹配的长度网络(matched length Nets) | Y | Y | 交互式长度调整工具 | ||
| 差分对(differential pairs) | Y | Y | 交互式差分对长度调整工具 | ||
| 最大过孔个数(maximum via count) | Y | Y | |||
| 平行线段(parallel segment) | Y | Y | |||
| SMD下的过孔(vias under SMD) | Y | Y |
4. 布局规则
表9-8给出了布局规则。
| 规则类 | 在线 DRC | 批处理 DRC | 其他 |
| 元器件间距约束（component clearance constraint） | Y | Y | 成组自动布局器 |
| 元器件方向（component orientation） | 成组自动布局器 | ||
| 忽略网络（nets to ignore） | 成组自动布局器 | ||
| 允许的层（permitted layers） | 成组自动布局器 | ||
| 房间定义（room definition） | Y | Y | 房间内的安排 |
5. 其他设计规则
表9-9给出了其他设计规则。
| 规则类 | 在线 DRC | 批处理 DRC | 其他 |
| 短路约束(short circuit constraint) | Y | Y | |
| 未连接引脚的约束(unconnected pin constraint) | Y | ||
| 未布线网络的约束(unrouted net constraint) | Y | Y |
9.5 PCB 布局设计
在 PCB 设计流程中，首先确定电路板尺寸形状，然后对电路中的元器件进行布局。本节介绍电路板的尺寸设置和布局原则及设置。
9.5.1 PCB 板形状和尺寸设置
在开始 PCB 板设计前，设计者必须确认 PCB 板的形状和尺寸。一般来说，PCB 板的形状和尺寸由设计要求给出。当没有给出对 PCB 板形状和尺寸的具体设计要求时，则需要 PCB 设计者通盘考虑，确定 PCB 板的形状和尺寸。例如，以一个长方形的 PCB 板设计为例，其尺寸大小长宽比例为 120mm：90mm。
PCB 板形状和尺寸设置的步骤主要包括：
（1）新建一个名字为 my_sch_pcb_design1 的子目录，将 my_sch_pcb 子目录下的所有文件复制到 my_sch_pcb_design1 子目录下。
（2）在 AD 主界面主菜单下，选择 Design→Board Layers Color，打开视图配置对话框。将 mechanical 1 的名字改为 PCB Boundary。然后，退出该配置界面。
（3）在 AD 主界面主菜单下，选择 Design→Board Options，打开板选项对话框，按下面设置参数：
① 将 Units 改为 Metric(公制)。
② 不选中 Auto-size to linked layer。
③ Width: 122mm; Height: 92mm.
（4）将绘图标签切换到 PCB Boundary。
（5）选择 Line 工具，按照前面的方法，在黑色背景的图纸外围画一个粉色的边框，作为 PCB 的外部边界。
（6）将绘图标签切换到 Keep-Out Layer。
（7）选择 Fill 工具，按照前面的方法，在前面的粉色边框的里边画一个粉色的边框，作为 PCB 的实际布局和布线的边界。
9.5.2 PCB 布局规则的设置
在进行布局前，进行一些规则的设置，以保证正确实现 PCB 布局。设置 PCB 布局规则的步骤包括：
（1）在 AD 主界面主菜单下，选择 Design→Board Options，打开对话框。
（2）在对话框中，按如下参数设置：
① Unit: Imperial(英制)。
②单击 Grids 按钮，进入栅格编辑器界面，参数设置如下：
Step X: 1mil.
Step Y: 1mil.
• Multiplier: 5x Grid Step.
（3）按照前面的方法，打开 PCB Rules and Constrains Editor（PCB 规则和约束编辑）对话框。在该对话框中，按如下参数设置：
① 展开 Placement，在 Component Clearance 中设置：
- Minimum Vertical Clearance: 3mil.
• Minimum Horizontal Clearance: 3mil.
② 展开 Permitted Layers，新建一个名字为 PermittedLayers 的规则。在该规则中允许的层为 Top Layer 和 Bottom Layer。
9.5.3 PCB 布局原则
在进行 PCB 布局的时候，兼顾美观和信号完整性规则。下面给出一些 PCB 布局的建议。
1. 器件布局基本规则
（1）在通常条件下，所有的元器件均应布置在印制电路的同一面上，只有在顶层元器件过密时，才能将一些高度有限并且发热量小的器件，如贴片电阻、贴片电容、贴片IC等放在底层。
（2）遵照“先大后小，先难后易”的布线原则，即重要的单元电路、核心元器件应该先布局。
（3）总的连线尽可能短，关键信号线最短；高电压、大电流信号与小电流、低电压的弱信号完全分开；模拟信号与数字信号分开；高频信号与低频信号分开；高频元器件的隔离要充分。
（4）布局中应参考原理框图，根据单板的主信号流向规律安排主要元器件。
（5）元器件的布局应便于信号流通，使信号尽可能保持一致的方向。多数情况下，信号的流向安排为从左到右或从上到下，与输入、输出端直接相连的元器件应当放在靠近输入、输出接插件或连接器的地方。
（6）在保证电气性能的前提下，元器件应放置在栅格上且相互平行或垂直排列，以求整
齐、美观，一般情况下不允许元器件重叠；元器件排列要紧凑，输入和输出元器件尽量远离。
（7）某元器件或导线之间可能存在较高的电位差，应加大它们的距离，以免因放电、击穿而引起意外短路。
（8）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。
2. 元器件排列规则
（1）位于板边缘的元器件，离板边缘至少有2个板厚的距离，元器件在整个板面上应分布均匀、疏密一致。
（2）同类型插装元器件在 X 或 Y 方向上应朝一个方向放置。同一种类型的有极性分立元器件也要力争在 X 或 Y 方向上保持一致，便于生产和检验。
（3）对于非传输边大于 300mm 的 PCB，较重的器件尽量不要布局在 PCB 的中间。以减轻由插装器件的质量在焊接过程中对 PCB 变形的影响，以及插装过程对板上已经贴放的器件的影响。为方便插装，器件推荐布置在靠近插装操作侧的位置。
（4）通孔回流焊器件本体间距离大于10mm，器件焊盘边缘与传送边的距离不小于10mm，与非传送边距离不小于5mm。
（5）如图9-63所示的元器件布局要满足手工焊接和维修的操作空间要求。
（6）需要安装较重的元器件时，应考虑安装位置和安装强度；应安排在靠近印制板支承点的地方，使印制板的翘曲度最小。还应计算引脚单位面积所承受的力，当该值不小于 $ 0.22N/mm^{2} $ 时，必须对该模块采取固定措施，不能仅仅靠引脚焊接来固定。
（7）对于有结构尺寸要求的单板，其元器件的允许最大高度应为结构允许尺寸—印制板厚度—4.5mm。
（8）超高的应采用卧式安装。
3. 防止电磁干扰
（1）对辐射电磁场较强的元器件，以及对电磁感应较灵敏的元器件，应加大它们相互之间的距离或加以屏蔽，元器件放置的方向应与相邻的印制导线交叉。
（2）尽量避免高低电压器件相互混杂、强弱信号器件交错在一起。
（3）对于会产生磁场的元器件，如变压器、扬声器、电感等，布局时应注意减少磁力线对印制导线的切割，相邻元器件磁场方向应相互垂直，减少彼此之间的耦合。
（4）对干扰源进行屏蔽，屏蔽罩应有良好的接地。
（5）在高频工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数的影响。
4. 抑制热干扰
（1）了解元器件的热特性，如耗散功率、最高允许温度、有效散热面积等。
（2）了解设备、印制板组件和元器件周围的环境条件，如周围环境温度、气压、冷却剂入口温度、流速等，与电气设计、结构设计同时进行，以便获得热阻最低的传热路径方案。
（3）对于发热元器件，应优先安排在利于散热的位置，必要时可以单独设置散热器或小风扇，以降低温度，减少对邻近元器件的影响。
（4）一些功耗大的集成块、大或中功率管、电阻等元器件，要布置在容易散热的地方，并与其他元器件隔开一定距离。
（5）热敏元器件应紧贴被测元器件并远离高温区域，以免受到其他发热功率元器件影响，引起误动作。
（6）双面放置元器件时，底层一般不放置发热元器件。
（7）PCB 在布局中考虑将高热器件放于出风口或利于对流的位置。电源变换元器件（如变压器、DC/DC 变换器、三端稳压管等）应该留有足够的散热空间。
（8）小功率分立器件与印制板之间的间隙应为3～5mm，以利于自然对流散热。功率较大的元器件，在器件与印制板之间填充导热绝缘材料，如导热硅橡胶等。
（9）在条件允许的情况下，选择更厚一点的覆铜箔，可有效提高散热性能。PCB板散热设计中，应尽可能采用大面积接地，大面积的铜箔能迅速向外散发PCB板的热量。对印制板上的接地安装孔采用较大焊盘，不得小于安装界面，以充分利用安装螺栓和印制板两侧的铜箔进行散热。
（10）为了保证搪锡易于操作，锡道宽度应小于或等于2.0mm，锡道边缘间距大于1.5mm。
5. 可调元器件的布局
对于电位器、可变电容器、可调电感线圈或微动开关等可调元器件的布局应考虑整机的结构要求，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；若是机内调节，则应放置在印制电路板便于调节的地方。
（1）根据设计要求，先确定主芯片的位置，在该设计中主芯片是 Xilinx 的 FPGA 器件。
（2）根据电源接口规范，确定电源管理模块的位置，电源模块周围元器件的布局要满足电源模块厂商给出的相关电源模块的设计规范。
（3）布局其他器件。在布局其他器件时，要考虑布线的方便。
（4）去耦合电容和旁路电容的布局，要充分满足信号完整性的设计要求。
（5）在允许空间范围内，用于传输高速信号的两个元器件要尽可能地靠近。
（6）在元器件布局的时候，要充分利用 PCB 板顶层和底层的设计空间，合理布局，同时要兼顾信号完整性的要求。
6. PCB 布局的“五分开”
（1）信号的输入和输出要分开。
（2）电源和信号要分开。
（3）数字部分和模拟部分要分开。
（4）高频部分和低频部分要分开。
（5）强电部分和弱电部分要分开。
9.5.4 PCB 布局中的其他操作
在 PCB 布局的过程中，经常会涉及下面的一些操作过程。
1. 对齐操作
在 PCB 进行布局时，为了美观，有时需要对多个元器件同时进行对齐操作。其操作步骤主要包括：
（1）用鼠标+Shift键，选中所需要对齐的PCB元器件对象。
（2）单击鼠标右键，出现快捷菜单。根据设计需要，选择 Align 下的子菜单。例如，如果需要左对齐，则选择 Align→Align Left。
2. 指定位置操作
在布局的过程中，有时需要设计者精确地指定布局绘图对象的位置。指定位置的操作步骤如下：
（1）选中所需要指定位置的 PCB 绘图对象。
（2）双击所选中的 PCB 元器件对象，打开绘图对象属性对话框，输入 X 和 Y 的值。这样就可以为指定绘图对象精确地指定位置。
3. 清除 Sheet1～Sheet7 房间定义
（1）选中所需要清除的房间 Sheet1～Sheet7。
（2）单击鼠标右键，出现快捷菜单，选择 Clear。
4. 在 PCB 布局的过程中显示/隐藏飞线
在 PCB 布局的过程中，显示飞线可以帮助设计者选择元器件最佳的布局位置。当布局基本完成时，设计者可以控制关闭飞线，以便对布局进行微调。
控制显示/关闭飞线最简单的方法是，在 PCB 编辑器界面按下 N 键，出现快捷菜单，选择 Show Connections（显示所有连接）或者 Hide Connections（隐藏所有连接），再选 All，即可显示全部连线或者隐藏全部连线。
5. 修改元器件标识符(Designator)字体
可以采用逐个修改或者批量修改的方式。
（1）逐个修改就是选中要修改的标识符，双击打开标识符对话框，按前面介绍的方法，逐个修改标识符的字体以及标识符的大小等属性。
（2）批量修改就是通过按键 Shift 和鼠标左键，选中所有需要修改字体的标识符。然
后双击鼠标，打开 PCB Inspector 对话框，先将 Text Kind 设置为 TrueType Font，然后在 TrueType Font Name 右侧的下拉框中选择需要的字体。需要修改标识符大小等属性时，在该对话框相应的选项内进行修改即可。
9.6 PCB 布线设计
布线是具有连接关系的两个网络节点之间生成物理连接通路的过程。AD 中包含一个强大的交互布线的引擎，用于帮助设计者高效率地对 PCB 进行布线操作。AD 提供了三种交互布线命令。
(1) Interactive Routing(交互布线)。
(2) Interactive Differential Pair Routing(交互差分对布线)。
(3) Interactive Multi-Routing(交互多布线)。
9.6.1 交互布线线宽和过孔大小设置
当设计者选择一个交互布线命令后，开始手工布线。手工布线时，首先考虑两个问题：
（1）在布线开始时以及在布线的过程中，需要根据设计要求确定布线的线宽。
（2）在不同层之间走线时，就需要过孔进行连接。因此，也需要根据要求事先确定过孔的尺寸。设置布线线宽和过孔大小的步骤主要包括：
① 在 AD 主界面主菜单下，选择 Tools→Preference。
② 出现 Preference 对话框。在该界面左侧找到 PCB Editor 并展开。如图 9-64 所示，在展开项中找到 Interactive Routing。在右侧窗口中，有 Interactive Routing Width（交互布线宽度）面板。该面板下，提供了 Track Width Mode（布线宽度模式）和 Via Size Mode（过孔大小模式）选项。
其右侧的下拉框提供了下面的选项：
（1）User Choice。选中该选项，则设计者在布线/放置过孔时，从可选择的宽度/过孔尺寸列表中选择合适的尺寸：
① 单击下面的 Favorite Interactive Routing Widths(最喜欢的交互布线宽度)按钮，编辑/添加设置中使用到的布线宽度。
②单击下面的 Favorite Interactive Routing Via Sizes（最喜欢的交互布线过孔尺寸），编辑/添加设置中使用到的过孔尺寸。
（2）Rule Minimum。选择该选项，则在布线时，使用设计规则给出的最小布线宽度/最小过孔尺寸。
（3）Rule Preferred。选择该选项，则在布线时，使用设计规则给出的所期望使用的布线宽度/所期望使用的过孔尺寸。
（4）Rule Maximum。该选项使得在布线时，使用设计规则给出的最大布线宽度/最大过孔尺寸。
① 在设计中使用 16mil/8mil 和 10mil/4mil 的过孔尺寸。在布线过程中，按 Shift+V 组合键，可以更改过孔尺寸。其中，16mil/8mil 中的 16mil 是指孔的外径，8mil 是指钻孔的直径。
② 在设计中使用 4mil 的布线宽度。在布线过程中，按 Shift+W 组合键，可以切换布线宽度。
③ 在布线的过程中，通过按3键（对布线宽度）或者4键（对于过孔尺寸），可以在修改布线宽度和过孔尺寸模式之间进行切换。在状态栏中，显示了当前过孔/线宽的设置。
一般来说，在 PCB 设计过程中，会频繁使用所期望使用的布线宽度/所期望使用的过孔尺寸。所以，该设计对于布线宽度和过孔大小的设置均使用 Rule Preferred 选项。
9.6.2 交互布线线宽和过孔大小规则设置
在设计中，布线线宽和过孔尺寸设置与设计规则相关。设置布线线宽和过孔尺寸的步骤主要包括：
（1）在 AD 主界面主菜单下，选择 Design→Rules。
（2）如图 9-65 所示，出现 PCB 规则和约束编辑器对话框。展开图中左侧的 Routing。在展开项中，找到 Width 条目并展开。在展开项中选择 Width。在右侧 Constraints 下按下面参数设置：
① Min Width: 4mil.
② Preferred Width: 4mil.
③ Max Width: 100mil.
其他按默认参数设置。
（3）如图 9-66 所示，在 PCB 规则和约束编辑器对话框中，展开图左侧的 Routing。在展开项中，找到 Routing Via Style（布线过孔类型），按如下参数设置：
① Via Diameter(过孔的直径)。
• Minimum: 10mil.
• Maximum: 100mil.
• Preferred: 16mil.
② Via Hole Size(过孔洞的直径)。
• Minimum: 4mil.
• Maximum: 200mil.
• Preferred: 8mil.
9.6.3 处理交互布线冲突
在布线的过程中，会遇到在 PCB 板上已经放置的其他布线对象。设计者通过设置，使得 Altium Designer 处理潜在的布线冲突。下面给出设置处理交互布线冲突的步骤：
（1）在 AD 主界面主菜单下，选择 Tools→Preference。
（2）出现 Preference 对话框。如图 9-67 所示，在左侧找到 PCB Editor 并展开。在展开项中，找到 Interactive Routing。在 Routing Conflict Resolution（布线冲突解决）下提供了下面的选项：
① Ignore Obstacles(忽略障碍)。在该模式下，允许冲突。设计者可以在已经存在的对象上面布线，高亮显示冲突。
② Push Obstacles(推障碍)。在这种模式下，所有已经存在的导线和过孔将为新的布线让出空间。
③ Walkaround Obstacles(绕着障碍)。在这种模式下，新的布线将绕过已经存在的
障碍。如果可能的话，则跳过障碍。当设计者移动光标时，布线引擎连续尝试在最后单击的位置与当前光标位置之间找到最短路径。如果设计者不喜欢所计算出来的路径，则单击定义中间的位置。
④ Stop At First Obstacle(在第一个障碍前停下来)。在这种模式下，在第一个障碍前停下来。
⑤ Hug And Push Obstacles(环抱和推障碍)。按 Shift+R 组合键，在不同的冲突处理模式之间进行切换，密切注意状态栏所显示的当前所使用的冲突处理模式。
在 Current Mode(当前模式)右侧的下拉框中，选择 Walkaround Obstacles(绕着障碍)选项。在这种模式下，布线引擎将跟随已经存在的对象。只有在有充足的空间用于正在进行的布线时才推障碍。在这种模式，布线路径趋向于跟随使用光标所画出的路径。
9.6.4 其他交互布线选项
AD 布线工具提供了高效布线的实现过程。下面给出另一组选项，用于辅助实现高效的布线。设置这些选项的步骤主要包括：
（1）在 AD 主界面主菜单下，选择 Tools→Preference。
（2）出现 Preference 对话框。如图 9-68 所示，在左侧找到 PCB Editor，并展开。在展开项中，找到 Interactive Routing。在 Interactive Routing Options（交互布线选项）下提供了下面的选项：
① Restrict To 90/45（限制到 90/45）。共有 5 个可能的布线拐角模式。在交互的布线过程中，可以通过按 Shift 和空格组合键，在这 5 种模式之间进行切换。当使能该选项时，将布线拐角模式限制到两个，即设计者只能在 $ 90^{\circ} \sim 45^{\circ} $ 拐角之间进行切换。
② Follow Mouse Trail（跟随鼠标踪迹）。在推（Push）模式下，该选项使能/禁止布线工具在固定障碍周围巡回。
③ Automatically Terminate Routing(自动停止布线)。使能该选项，当设计者单击目标引脚时，放置当前布线线段和超前看线段。布线工具能自动地从当前布线中释放出来，并且准备下一个连接。
④ Automatically Remove Loops（自动去掉环路）。使能该选项时，将自动删除手工
电路设计、仿真与PCB设计
布线过程中所产生的环路。
如果设计者要求在某个网络上存在布线环路时，禁止该选项。在 PCB 面板中双击网络的名字，通过访问网络属性来改变这个设置。
⑤ Allow Via Pushing（允许推过孔）。使能该选项时，当已经存在过孔对布线产生障碍时，允许在推模式下，移动已经存在的过孔。
⑥ Display Clearance Boundaries（显示安全距离边界）。使能该选项，可以动态显示当前走线与其他线路或元器件的安全距离边界。
9.6.5 交互多布线
AD 提供了两种使用多布线（multi-routing）的方法：
（1）通过拖曳多个布线的端点。该功能允许选择一组布线，然后将其扩展为一个实体。设计者可以连续地拖曳，以添加新的布线线段。智能拖曳工具是一个基本的工具，只工作于已存在的总线布线中。
（2）通过放置多个布线。选择需要同时布线的多个网络，并且在 AD 主界面主菜单中选择 Route→ Interactive Multi-Routing。如图 9-69 所示，光标变成十字形光标。当拖动光标时，所选择多个网络的连线也跟随光标进行移动。这样，就从单个网络的布线改成了对多个网络的同时布线。使用这个命令，设计者可以开始一个未布线的元器件，并将布线从元器件引脚高效地拖出来。
选择多个网络的方法包括：
①按下 Shift 键，同时用鼠标左键单击需要布线的网络。
②按下 Ctrl 键，同时用鼠标在需要布线的网络外画一个矩形框。
通过这两种方法，就可以选择多个需要布线的网络。
在多个布线开始时，可以修改布线间距。方法包括：
① 按 Tab 键，打开 Interactive Routingmil对话框。在 Bus Routing 下，设置 Spacing（间隔）的距离。
② 在布线的过程中，按 Shift+B 组合键，将增加多个布线之间的间距；只按 B 键，将减小多个布线之间的间距。
9.6.6 交互差分对布线
随着传输信号的速度越来越高，差分线对成为一种非常普遍的高速接口连接的方法。AD 提供了对差分信号布线的强大支持功能，其中包括：在原理图上定义差分对，以及在 PCB 板上的交互差分对布线。
1. 在原理图中进行差分对定义
（1）打开需要定义差分线对的原理图图纸。
(2) 在 AD 主界面主菜单下，选择 Place→Directives→Pair。
（3）如图9-70所示，在需要设置差分线对的地方，放置差分对符号📣。名字用_P和_N标识，这样是为了设计的方便。
2. 在 PCB 图中进行差分对定义
（1）打开 PCB 文件。在右下角单击 PCB 按钮，出现快捷菜单，选择 PCB 选项。
（2）如图 9-71 所示，出现 PCB 面板界面。在 PCB 面板下的下拉框中，选择 Differential Pairs Editor（差分对编辑器）。
（3）单击图 9-71 中的 ___ 按钮。
（4）如图9-72所示，出现Differential Pair（差分对）设置对话框。按下面方法设置：
① 在 Positive Net 右侧的下拉框中，选择差分对正端网络名字。
② 在 Negative Net 右侧的下拉框中，选择差分对负端网络名字。
为了绘图的方便，在 Name 右侧给出该差分对的名字。
（5）单击 OK 按钮，为 PCB 设计添加了差分对约束。
3. 设置差分布线规则
在布线差分对前需要设置差分布线规则。下面给出设置差分布线规则的步骤，主要包括：
（1）进入 PCB 编辑器模式。
（2）在 AD 主界面主菜单下，选择 Design→Rules。
（3）出现 PCB 规则和约束编辑器对话框。如图 9-73 所示，在左侧窗口找到 Routing，并展开。在展开项中，找到 Differential Pairs Routing 并展开。在约束条件设置中，给出 Min Gap、Max Gap 和 Preferred Gap 的值。
4. PCB 编辑器中布线差分对
当定义了差分对后，就可以在 PCB 布线时使用 AD 提供的差分对布线功能，实现布线差分对网络。下面给出进行差分对布线的步骤：
（1）按 Shift 键，单击需要差分布线的网络，选择所要进行差分对布线的两个差分网络。
(2) 在 AD 主界面主菜单下，选择 Place→Interactive Differential Pair Routing。
（3）在放置差分线对的过程中，按 Tab 键，出现 Interactive Routingmil 对话框，可以修改差分对布线的相关属性。
9.6.7 交互布线长度对齐
在高速数字系统，布线长度的匹配是一个标准的技术，用于保证信号的完整性设计要求。并且在不同差分对布线中，也有长度对齐的要求。AD 提供的交互布线长度对齐功能允许根据 PCB 设计中可利用的空间、规则和障碍，插入可变的幅度模型，优化和控制网络的长度。
控制交互布线长度对齐的步骤主要包括：
（1）进入 PCB 编辑器界面。
(2) 在 AD 主界面主菜单下选择 Route→Interactive Length Tunings。
（3）光标变成十字形。
（4）用十字光标单击已经完成的但需要调整的布线。该光标将引导所选中布线的调整。如图9-74所示，图中对一个已经布线的网络进行了调整，插入了直角拐点的拐弯线。
① 在实际设计中，不建议使用直角拐弯线。因为这种直角拐弯线会产生严重的信号完整性问题。
电路设计、仿真与PCB设计
②图9-74中给出了长度的指示标志，表示当前长度和目标长度的差值。
③ 调整是基于设计规则、网络属性或者设计者在如图 9-75 所示的对话框内输入的值。
（5）在调整的过程中，按 Tab 键，出现如图 9-75 所示的长度调整对话框。其中的参数包括：
① Target Length(目标长度)。
可以设置为 Manual、From Net 和 From Rules。
② 三种调整走线的方式为：
- Mitered Lines(斜线连接)。
- Mitered Arcs(弧线连线)。
• Rounded(圆连线)。
9.6.8 自动布线
AD 提供了用于实现机器自动布线 PCB 设计的自动布线器。通过拓扑结构映射，自动布线器可以找到 PCB 板上的布线路径。除布线拐角和差分对设计规则以外，自动布线器遵守所有的电气和布线设计规则。
1. 自动布线的建议
自动布线的条件和一些建议主要包括：
（1）板子在 Keep Out 层上必须包含闭合的边界。
（2）必须正确地定义用于自动布线器的设计规则，以保证自动布线器可以进行布线操作。当自动布线器检测到与设计规则冲突时，不会进行布线操作。如果存在潜在的冲突，则将在 Situs Routing Strategies 拓扑布线策略对话框中给出冲突细节。
在启动自动布线器前，应该检查规则的定义是否合理，是否能满足自动布线的要求。
（3）必须配置布线的方向。AD 分配了默认布线的方向，没有考虑任何已经存在的手工布线。
（4）在 Situs Routing Strategies 对话框内，可进行下面的设置：
① 单击 Edit Layer Directions 按钮配置布线层的方向。
② 选中 Lock All Pre-routes 复选框，设计者可以保护前面已经布线的连接、扇出和整个网络。该选项也保护扇出和部分已经布线的连接。
（5）在布线的过程中，那些没有锁定的、带有网络名字的对象可能被移动或者拉开。
（6）放置在 Keep Out 层上的对象，为布线器在所有层上创建块。
（7）信号层的 Keepout 对象，为布线器在该信号层创建一个块。
（8）布线器不考虑机械层上的对象。
（9）布线器对运行在浅角度的连接线比较敏感，用带有对齐元器件的实验来观察这个现象。
2. 运行自动布线器
当设置完自动布线需要的参数时，就可以运行自动布线器。运行自动布线器的步骤主要包括：
（1）进入 PCB 编辑器界面。
(2) 在 AD 主界面主菜单下，选择 Route→Auto Route→All。
（3）如图9-76所示，出现Situs Routing Strategies对话框。
（4）单击图9-76界面下方的Route All（布线所有）按钮，开始运行自动布线器。
（5）在 AD 主界面主菜单下，选择 Auto Route→Stop，可以终止自动布线。
3. 创建一个定制的布线策略
创建一个定制的布线策略的步骤主要包括：
（1）在 Routing Strategy（布线策略）下，选择其中的一个策略。
（2）单击☑☑☑☑☑☑按钮。
（3）如图 9-77 所示，打开 Situs Strategy Editor（拓扑策略编辑器）对话框。在对话框中，设置自动布线的相关策略。
（4）单击 OK 按钮，退出该对话框。
4. BGA 的自动布线
由于 BGA 器件采用的是球阵列封装形式，其球形引脚的引线需要通过球形焊盘之间的过孔引出。为了方便 BGA 内部网络连线的引出，AD 提供了一种工具用于将 BGA 内部网络连线引出来，以方便后面的手工布线。BGA 引出布线的步骤主要包括：
（1）选中所要引出连线的 BGA 器件。
（2）单击鼠标右键，出现快捷菜单，选择Component Actions→Fanout Component。
（3）如图9-78所示，弹出扇出选项对话框，单击OK按钮。
（4）图9-79给出了BGA自动布线后的实现。
9.6.9 布线中泪滴的处理
泪滴(teardrop)是指导线和焊盘或者过孔之间的一段过渡。如图9-80所示，过渡的地方呈泪滴状，可以用于保护焊盘，避免在导线与焊盘的接触点处出现应力集中而断裂。一般情况下，设计者不用特意在设计中加入泪滴。如果PCB制板厂商认为连线与过孔/焊盘连接的地方可能会出现断裂，则会在这些地方添加泪滴。
添加泪滴的步骤主要包括：
（1）在 AD 主界面主菜单下，选择 Tools→Teardrops。
（2）如图 9-81 所示，出现 Teardrop Optionss（泪滴选项）对话框。下面对该对话框的参数进行说明。
① 在 Working Mode 下选择 Add 时，添加泪滴；当选择 Remove 时，去除 PCB 设计中已经存在的泪滴。
② 在 Teardropstyle 下选择 Curved 或者 Line，控制生成泪滴的形状。
电路设计、仿真与PCB设计
③ 当选择 Generate report(创建报告)时，会生成相应的报告，该报告给出不能添加泪滴的引脚/过孔。
④ 在 Objects 中，选择 Selected only(只针对所选择的对象)时，控制在哪个引脚/过孔上添加泪滴。
⑤ 当选择 Force teardrops（强制泪滴）时，为所有的引脚/过孔添加泪滴。这种强制添加泪滴的操作，可能会产生 DRC 冲突。
9.6.10 布线阻抗控制
在 AD 中必须定义电源平面层才可以实现阻抗布线。在布线中实现阻抗控制的具体操作步骤主要包括：
（1）进入 PCB 编辑器界面。
(2) 在 AD 主界面主菜单下选择 Design→Rules。
（3）如图9-82所示，选中Characteristic Impedance Driven Width（特性阻抗驱动宽度）选项，可以在该界面内按设计要求设置参数：
• Min Impedance(最小阻抗): 45ohms.
• Preferred Impedance(首选阻抗): 50ohms.
Max Impedance(最大阻抗): 55ohms.
（4）回到 PCB 中可以正常地引出一条线。
（5）在布线过程中，按 Tab 键，出现如图 9-83 所示的界面。在该界面下，可以设置相关参数，用于控制布线的阻抗特性。
9.6.11 设计中关键布线策略
本设计中元器件的封装有 DIP、TSOP 和 BGA 等，其布线的策略需要根据 PCB 的制造工艺、制造成本和信号完整性等几个方面进行权衡考虑。下面对 PCB 设计中布线的策略和布线规则的设置进行详细的分析，以帮助读者掌握 PCB 设计中布线的关键技术。
1. 叠层设置的考虑
在设计例子中，因为有 BGA 器件，所以必须添加额外的叠层。一般叠层有两种：一
种是用于布线；另一种是设计中所需要的电源层和地层。
（1）在本设计中，需要布线的外设比较简单，对信号完整性的要求不是很高。因此需要布线的数目并不是很多。
（2）布线设计中最复杂的是 BGA 器件的走线。由于 FPGA 采用的是 BGA 封装，如果只在顶层和底层布线，则 BGA 的布线难度很大。所以，最好添加一个布线层。
（3）在设计中，电源的种类有 VCC5V0（5V）、VCC3V0（3.3V）、VCC1V2（1.2V）、VCC2V5（2.5V），以及一个系统公共的地（GND）。设计中的 FPGA 供电系统比较复杂，共有三种供电电源，经过对 FPGA 电源和地引脚分布的观察和评估后，为了减少电源平面和地平面网络分配的困难，尤其是电源平面分配网络的困难，确定增加三个平面层，其名字分别为 POWER1、POWER2 和 GND。
综上所述，如设计使用了6个叠层，可采用图9-84给出的该设计的叠层分配。
在本设计中，第3、5层是分割电源平面层；第4层是地层；第2层是信号内层，该层允许走线。
2. 过孔的使用
在 PCB 布线过程中，一方面，当布线在不同层之间走线时，通过过孔进行连接；另一方面，当电源或地引脚连接到电源或者地平面层时，也通过过孔进行连接。
1 ）通孔
通孔即孔穿过 PCB 板的顶层和底层。在工艺上采用机械钻孔的方式实现，例如，通孔尺寸为 8mil/16mil，作用范围为 Top Layer 到 Bottom Layer。
2 ）盲孔/埋孔
盲孔/埋孔即孔只穿过PCB板的某些层，而不是全部。具体来说：
（1）埋孔：不穿越顶层和底层。在工艺上采用机械钻孔的方式实现，例如，埋孔尺寸为8mil/16mil，作用范围为Mid-Layer1到POWER2。
（2）盲孔：穿越顶层或者底层，但不是同时穿过顶层和底层。
① 对该设计来说，盲孔穿越第1～2层、第5～6层，即Top Layer～Mid-Layer1，或者POWER2～Bottom Layer。
②在工艺上采用激光钻孔的方式实现，对于本设计来说，盲孔尺寸为4mil/10mil。
从工艺上来说，盲孔/埋孔的制作成本比通孔要高，而且制作工艺较复杂。盲孔/埋孔的可靠性比通孔要差，而且可测试性也不如通孔好。是使用通孔还是盲孔/埋孔，首先要考虑布线的信号完整性。在叠层个数，以及布线空间有严格限制的情况下，要使用盲孔/埋孔。
9.7 PCB 覆铜设计
在很多设计中，CPU 或 FPGA 的供电电源是最复杂的，需要多个芯片电源，如 VCC3V3、VCC2V5、VCC1V2 和 GND 等，而其他外设供电比较简单，如 VCC3V3。例如，在 FPGA 的 BGA 引脚上 VCC3V3、VCC2V5、VCC1V2 和 GND 互相交织，很难将这些电源网络分配到一个电源平面上，可以添加 POWER1、POWER2 和 GND 三个平面层。实际上，电源平面的分割和划分，在布局的时候就需要进行粗略的估计。这样，不至于在真正划分平面区域时，发现电源平面划分有错误，导致重新进行布局和布线的修改。在下面的例子中经过权衡，采用了如下电源和地的分配方案：
（1）将 VCC5V0、VCC3V3 和 NetJ1_3 电源网络分配到 POWER1 分割平面层上。如图 9-85 所示，在 POWER1（电源层 1）平面层上，按照前面的方法分割出多个电源平面。
在分割平面时，为了将相关的电源网络包含在所划分的分割区域内，可以借助 AD 提供的高亮显示功能，确定分割区域的大小。
（2）将 GND 地网络分配到 GND 平面层上。
（3）将 VCC2V5 和 VCC1V2 电源网络分配到 POWER2 平面层上。如图 9-85 所示，在 POWER2 平面层上，按照前面的方法分割出多个电源平面。
在分割平面时，为了将相关的电源网络包含在所划分的分割区域内，可以借助 AD 提供的高亮显示功能，确定分割区域的大小。
通过在规则设置中进行相关的设置，控制不同网络和电源平面的连接方法。如图9-86所示，在电源平面层连接类型设置对话框中ConnectType（连接类型）提供的连线选项包
电路设计、仿真与PCB设计
括 Relief Connect、Direct Connect 和 No Connect。
下面给出选用连接类型的一些建议：
（1）与铜皮相同网络的通孔焊盘的连接方式，采用花孔连接(Relief Connect)。并且，设置 Conductor Width（导体宽度）。很显然，流经的电流越大，所需要的导体的宽度越宽。
（2）与铜皮网络相同，并且为大电流的通孔焊盘连接方式，采用直接连接（Direct Connect）。
图 9-87 给出了电源平面层安全的设置对话框。
下面给出设置安全间距的一些建议：
（1）过孔与没有连接关系的铜皮网络之间的安全间距设置，需要参考 PCB 制板厂商允许的最小安全间距。在本设计中推荐使用 4mil。
很显然，铜皮和过程之间的安全间距越大，信号完整性越好。但是，减少了可布线的空间。所以，要权衡设置安全间距。
（2）如果涉及灌铜的问题，下面也给出了一些建议：
① 和铜皮相同的网络的过孔连接方式，可采用直接连接方式或者花孔连接方式。设置具体的连接方式，要咨询 PCB 制板厂商。
② 和铜皮相同网络的 SMD 焊盘，采用直接连接方式或者花孔连接方式。设置具体的连接方式，要咨询 PCB 制板厂商。
③ 对于相同覆铜规则的多个网络，可以按照前面介绍的方法生成一个类，然后再施加连接规则。
图 9-88 给出了过孔和平面层的连接方式。
9.8 PCB 设计检查
在 PCB 覆铜结束后，对 PCB 设计进行检查并修改错误的步骤主要包括：
（1）进入 PCB 编辑器设计界面。
（2）在 AD 主界面主菜单下，选择 Tools→Design Rule Check。
（3）出现 Design Rule Checker（设计规则检查器）对话框。在该界面中，单击 $ \underline{\text{Run Design Rule Check...}} $按钮，执行设计规则检查。
（4）在检查的过程中，会报告设计中有冲突产生，设计者需要根据冲突，返回去修改PCB的设计，设计的修改和规则的修改必须要满足PCB制板工艺的最低要求。在本设计中的设计冲突和解决的方法包括以下几种。
① SMD To Corner Constraint Violation.
解决方法是：进入设计规则界面。如图 9-89 所示，找到 SMT 并展开。在展开项中，选择 SMDToCorner，进入到该选项对话框。修改 Constraints 中，SMT to Corner 中的 Distance 值，让其满足要求，这里修改为 1mil。运行 DRC 检查，DRC 报告中的这类错误将消失。
② Hole Size Constraint Violation.
解决方法是：进入设计规则界面，如图9-90所示，找到Manufacturing并展开。在展开项中逐级展开，选择HoleSize。进入到该选项对话框，将HoleSize的Maximum值修改为200mil。运行DRC检查，DRC报告中的这类错误将消失。
③ HoleToHoleClearance Constraint Violation.
解决方法是：进入设计规则界面。如图 9-91 所示，找到 Manufacturing 并展开，在逐级展开项中，选择 HoleToHoleClearance。如图 9-92 所示，进入到该选项对话框，将 HoleToHoleClearance 值修改为 4mil。执行 DRC 检查，DRC 报告中的这类错误将消失。
④ Power Plane Connect Style Violation.
解决方法是：将高亮显示的错误部分的 Plane 内的 Net 由 GND 修改为 No Net。
⑤ Minimum Solder Mask Sliver Constraint Violation.
解决方法是：进入设计规则界面。如图9-93所示，找到Manufacturing并展开，在逐级展开项中，选择MinimumSolderMaskSilver。如图9-94所示，进入到该选项对话框，将MinimumSolderMaskSilver值修改为3mil。运行DRC检查，DRC报告中的这类错误将消失。
⑥ Un-Connected Pin Constraint Violation.
解决方法是：进入设计规则界面。如图9-95所示，找到Electrical 并展开，在逐级展开项中，选择
UnConnectedPin。如图 9-96 所示，进入到该选项对话框，选中 Net，在下拉框中选择 No Net。运行 DRC 检查，DRC 报告中的这类错误将消失。
⑦ Net Antennae Violation.
解决方法是：高亮显示这些过孔错误，双击打开其配置界面，如图 9-97 所示。将 Drill Pair 中 POWER1-GND 改为 TOP Layer-GND。运行 DRC 检查，DRC 报告中的这类错误将消失。
⑧ Silk To Silk Clearance Constraint Violation.
解决方法有以下两种：
将 PCB 设计中的丝印 BTN4 和 A7 标识分开。
进入设计规则界面。如图9-98所示，找到Manufacturing并展开，在逐级展开项中，选择SilkToSilkClearance。如图9-99所示，进入到该选项对话框，将SilkText to Any Silk Object Clearance值修改为6mil。运行DRC检查，DRC报告中的这类错误将消失。
至此，完成了 PCB 的设计和最终的状态检查。
第三部分 信号完整性分析与设计
本篇介绍信号完整性设计及仿真方法，内容主要包括信号完整性的概念、信号的反射和串扰及消除方法、信号完整性和电源完整性的仿真。
在电子线路信号完整性设计规则中，主要介绍了以下内容：信号完整性问题的产生、电源分配系统及其影响、信号反射及其消除方法、信号串扰及其消除方法、电磁干扰EMI及解决方法和差分信号设计要求。
在电路板级仿真和输出部分，主要介绍了以下内容：IBIS 模型定义、IBIS 模型所需数据及文件格式、信号完整性和电源完整性的仿真参数设置和分析、PCB 输出文件的配置、CAM 及 Gerber 文件的生成和 3D 视图的显示。
信号完整性(signal integrity, SI)最原始的含义是信号能否保持其应该具有的波形。在电路设计中主要研究互连线的电气特性参数与数字信号的电压电流波形相互作用后,如何影响到产品性能的问题。电子线路信号完整性的设计规则对于电路原理图和电路PCB图设计来讲都是至关重要的,这是因为信号完整性设计规则决定了最终的电路板是否能满足电气特性的要求。
10.1 信号完整性
目前，速度成了许多系统设计中最为重要的因素，从 $ 100 \, MHz $ 到几个 GHz 的处理器已经非常普及。将来会有更高速的器件出现，以适应人们对于大量数据的处理，例如，图形处理、音频和视频处理。
高速系统的设计需要设计人员的智慧和仔细的工作。在高速系统中，噪声的产生是一个最值得关注的问题。例如，高频信号很容易由于辐射而产生干扰；高速变化的信号会导致振铃、反射、串扰等。如果没有经过认真的检查，这些噪声将会严重降低系统的性能。
信号完整性主要表现为：对时序的影响、信号振铃、信号反射、近端串扰、远端串扰、开关噪声、非单调性、地弹、电源反弹、衰减、容性负载、电磁辐射、电磁干扰等。信号完整性主要包括信号波形的完整性和信号时序的完整性。
10.1.1 信号时序完整性
数字信号时序如图10-1所示，其时序完整性主要关注的是同步时序方程是否能满足建立方程[式(10-1)]和保持方程[式(10-2)]。对于时序电路，存在时序偏差(skew)和抖动(jitter)的问题。
$$ T_{1}\geqslant t_{valid(max)}+t_{flight(max)}+t_{setup}+CLK_{skew}+CLK_{jitter} $$