电路板设计的基本流程

paul2006 · 发表于 2005-10-6 20:39:00

给各位新人点基础知识，我也是。[em10]

paul2006 · 发表于 2005-10-6 20:40:00

1.1 现有的设计趋势
纵观近二十年来的计算机化过程，整个电路板的设计流程几乎并无重大的改变，但所设计的产品特性已有显著的不同，使得电路板布局工程师必须重新面对这些挑战，而现有产品的设计趋势，可归纳出下列3 点：
1. 轻薄短小
电子产品均朝向轻薄短小去发展，要在更小的体积内容纳更多的零件，让产品在市面上有较高的接受程度，电路板布局工程师必须向高密度的电路板设计挑战。
2. 降低成本
由于电路板的成本与其制作的层数，有着极大的关系，电路板布局工程师必须要以较少的走线层数完成设计，以直接降低电路板的制作成本，进而降低产品的制造成本。
3. 缩短工时
现今的电子产业竞争日俱，产品若能及早上市，以掌握市场的先机，是企业立于不败的法则。在电路板的设计环节中，由于许多的工作都是由电路板布局工程师以手工的方式在计算机上完成，既旷日且费时，例如：摆放零件、拉线或制作测试点等工作，电路板布局工程师必须逐步达到设计上的要求，而这些工作的工时几乎占了整个设计周期的80% ，所以缩短设计成了电路板布局工程师必修的课题。
1.2 产品研发流程
在看电路板的设计流程之前，可以先了解电路板的设计在整个产品的研发(R&D) 环节中所占位置，如下图所示。

1. 订定规格
企业根据市场需求或其客户的要求，并与相关人员协商出此产品的最终规格，并将电子部份的规格交给电子工程师(E.E Enginer) 。
2. 绘制线路图
电子工程师根据收到详细的规格后，进行线路图(Schematic 或称Entry) 的绘制工作，待完成后，交给布局工程师(Layout Enginer) 进行电路板的设计工作。
3. 电路板设计
布局工程师会根据电子工程师提供的线路图及设计规范，并在电子工程师的参与下，协同进行电路板的设计工作。待完成后，产生相关的设计资料(即底片档案，Gerber Files 或称Artwork Files) ，交给下游的电路板工厂。
4. 试作电路板
电路板工厂根据收到相关的设计资料后，立即快速试作少量的电路板。
5. 插件及焊接
电子工程师收到电路板样本(PCB Sample) 后，立即自行或交由工厂进行零件的插件及焊接作业。
6. 除错及验证
电子工程师取得插好零件的电路板，进行功能的除错及验证；若有找到问题，则进行下一次的修改作业，直到没有错误为止，若无错误，则可进行下一步工厂试产或量产的作业。
1.3 电路板设计流程
依电路板的设计难度，整个的设计的流程可由最短的一天至最长的六星期不等。整个设计的流程可分为下列3 个主要部份：
1. 前处理
此部分主要作为设计资料的收集/建立/整合部份，共计有：
(1) 电子设计资料和机构设计资料整理。
(2) 建立布局零件库。
(3) 整合电子设计资料及布局零件库。
2. 中处理
此部分为电路板设计流程中最重要的环节，共计有：
(1) 读取电子/机构设计资料。
(2) 摆放零件。
(3) 拉线/摆放测试点。
3. 后处理
此部分为电路板设计流程中最后面的出图作业，共计有：
(1) 文字面处理。
(2) 底片处理。
(3) 报表处理。[br]+3 RD币

paul2006 · 发表于 2005-10-6 20:41:00

1.3.1 前处理 – 电子设计资料和机构设计资料整理
1. 取得电子设计图
电子硬件工程师根据规格，使用Orcad Capture 或是Cadence Concept HDL软件工具所绘制或修改线路图，参见下图的局部之线路图范例。<a href="http://www.1mp.cn/uploadpic/2005/200582595550931.gif" target="_blank" ><img src="http://www.1mp.cn/uploadpic/2005/200582595550931.gif"></A> 绘制或修改好的线路图，经检查无误后，并产生可以送往Alegro Layout 的讯号接点表档案 (Netlist Files) ，总共有3 个 pst*.dat File ，请见下面的3 个范例档案：
FILE_TYPE = EXPANDEDNETLIST;
{ Using PSTWRITER 14.2 HF6 Feb-05-2003 at 14:54:40 }
NET_NAME
'A16'
<a href="mailt'@DEMO.SCHEMATIC1(SCH_1):A16'" target="_blank" >'@DEMO.SCHEMATIC1(SCH_1):A16'</A>:
<a href="mailtC_SIGNAL='@demo.schematic1(sch_1):a16'" target="_blank" >C_SIGNAL='@demo.schematic1(sch_1):a16'</A>;
NODE_NAME U101 12
<a href="mailt'@DEMO.SCHEMATIC1(SCH_1):I41567@MUX.F153/SO.NOR" target="_blank" >'@DEMO.SCHEMATIC1(SCH_1):I41567@MUX.F153/SO.NOR</A> (CHIPS)':
'2C2':;
NODE_NAME U7 70
<a href="mailt'@DEMO.SCHEMATIC1(SCH_1):I00572@DEMO.386/FP_2.NOR" target="_blank" >'@DEMO.SCHEMATIC1(SCH_1):I00572@DEMO.386/FP_2.NOR</A> (CHIPS)':
'A16':;
NET_NAME
'DATA12'
<a href="mailt'@DEMO.SCHEMATIC1(SCH_1):DATA12'" target="_blank" >'@DEMO.SCHEMATIC1(SCH_1):DATA12'</A>:
<a href="mailtC_SIGNAL='@demo.schematic1(sch_1):data12'" target="_blank" >C_SIGNAL='@demo.schematic1(sch_1):data12'</A>;
NODE_NAME U19 6
：
：
讯号接点表档案范例1 of 3：pstxnet.dat
FILE_TYPE = EXPANDEDPARTLIST;
{ Using PSTWRITER 14.2 HF6 Feb-05-2003 at 14:54:40 }
DIRECTIVES
PST_VERSION='PST_HDL_CENTRIC_VERSION_0';
ROOT_DRAWING='DEMO';
POST_TIME='Oct 14 2002 15:00:17';
SOURCE_TOOL='CAPTURE_WRITER';
END_DIRECTIVES;
PART_NAME
C1 'CAPACITOR NON-POL_DISCRETE_SMDC':;
SECTION_NUMBER 1
<a href="mailt'@DEMO.SCHEMATIC1(SCH_1):I97777@DIS.CAP" target="_blank" >'@DEMO.SCHEMATIC1(SCH_1):I97777@DIS.CAP</A> NPOL.NORMAL(CHIPS)':
1-6
<a href="mailtC_PATH='@demo.schematic1(sch_1):i97777@discrete.\cap" target="_blank" >C_PATH='@demo.schematic1(sch_1):i97777@discrete.\cap</A>
npol.normal\(chips)',
PRIM_FILE='.\pstchip.dat',
SECTION='';
PART_NAME
C10 'CAPACITOR_DISCRETE_SMDCAP_1UF':
：
：
讯号接点表档案范例2 of 3：pstxprt.dat
FILE_TYPE=LIBRARY_PARTS;
{ Using PSTWRITER 14.2 HF6 Feb-05-2003 at 14:54:40}
primitive 'CAPACITOR NON-POL_DISCRETE_SMDC';
pin
'1':
PIN_NUMBER='(1)';
PINUSE='UNSPEC';
'2':
PIN_NUMBER='(2)';
PINUSE='UNSPEC';
end_pin;
body
PART_NAME='CAPACITOR NON-POL';
CLASS='DISCRETE';
JEDEC_TYPE='SMDCAP';
VALUE='.01UF';
end_body;
end_primitive;
primitive 'CAPACITOR_DISCRETE_SMDCAP_1UF';
：
：
讯号接点表档案范例3 of 3：pstchip.dat 2. 取得机构设计图
取得机构工程师所设计的原始机构图，去除一些与Layout 无关的信息，以取得最重要的板外框及高度限制的相关信息后，产生新的机构图档案( Mechanical Drawing ) ，一般通常是产生AutoCAD DXF 格式的机构图档案(.dxf File) 。<a href="http://www.1mp.cn/uploadpic/2005/200582595817519.gif" target="_blank" ><img src="http://www.1mp.cn/uploadpic/2005/200582595817519.gif"></A>1.3.2 前处理 – 建立布局零件库
我们可以根据线路图所产生的BOM 档案(Bil Of Material ，零件列表)，取得零件用于Layout 时所需要的包装资料，所以Layout 时所需要的零(Symbol) ，亦可称为包装(Package) 。画线路图所使用到的零件称为Part 。
若该零件不在现有的Layout 零件库内，则根据该零件之包装资料，建立该新的零件，以下为一般常用的Layout 零件范例。<a href="http://www.1mp.cn/uploadpic/2005/200582595958742.gif" target="_blank" ><img src="http://www.1mp.cn/uploadpic/2005/200582595958742.gif"></A>1.3.3 前处理 – 整合电子设计资料及布局零件库
对应包装 – 亦称套包装，有了BOM 档案及相对应的Layout 零件，就可以进行电子零件指定Layout 包装的工作，以Orcad Capture 为例，可以将该颗零件所对应的包装填入PCB Fotprint Property 中，系统在处理Netlist 当中，会自PCB Fotprint Property 取得Layout 的包装资料。<a href="http://www.1mp.cn/uploadpic/2005/200582510128794.gif" target="_blank" ><img src="http://www.1mp.cn/uploadpic/2005/200582510128794.gif"></A>

paul2006 · 发表于 2005-10-6 20:42:00

1.3.4 中处理 – 读取电子/机构设计资料
1. 输入机构图档案
将简化过的机构图档案透过DXF IN 功能读入电路板中，用以快速取得正确的板外框信息。
2. 输入讯号接点表
将由线路图所产生的讯号接点表(Netlist Files, 3 pst*.dat) 透过NET IN 功能读入电路板中，用以取得所有的零件及其联机关系。<a href="http://www.1mp.cn/uploadpic/2005/200582611250857.gif" target="_blank" ><img src="http://www.1mp.cn/uploadpic/2005/200582611250857.gif"></A>1.3.5 中处理 – 摆放零件
一般根据零件的特性来摆放零件，其大致的顺序原则如下：
(1) 首先摆放具有固定位置的零件，例如：螺丝孔、连接器等。
(2) 接下来摆放比较重要或较大型的零件，例如：高频组件、CPU 等。
(3) 最后摆放比较不重要或小型的零件，例如：电阻、电容、电感等。
1.3.6 中处理 – 拉线/摆放测试点/修线
1. 拉线工作
一般而言，在拉线前，我们会尽量将电子工程师所要求的拉线规范(Routing
Constraint) 全部输入电路板中，让系统自动检查拉线的规范。而这些拉线规范包括走线线宽 (Line Width) 、安全间距 (Spacing) 、长度控制 (Length Control) 和其它要求。
拉线可分为人工拉线(Manual Routing) 或自动拉线(Auto Routing) 两种方式：
(1) 人工拉线
完全以人工方式进行拉线的工作，所走的路径均已考虑最佳化，故电路板的使用层面(Layer) 可以尽量压低，如此便能降低采购成本，但缺点是所需时间较长，台湾大部份的电路板设计是采用此方式。
(2) 自动拉线
首先以自动拉线软件(Auto Router) 进行拉线的工作，若自动拉线软件无法完成全部的工作，再改由人工方式进行后续的拉线工作，由于自动拉线软件会使用到较多的贯穿孔(Via) ，以及所走的路径不一定是最佳化之故，因此必须使用较多层面的电路板来进行自动拉线的工作，目前在台湾较少是采用此方式。
2. 摆放测试点
摆放测试点的工作在于拉线完毕后，必须在每一条讯号线(Net) 上加入测试点 (Test Pin) ，其用途在于当电路板组装好全部的零件后，必须使用自动测试设备 (ATE) 检查该电路板是否能正常运作。
3. 修线
修线的工作在于当电路板完成拉线及摆放测试点后，即可进行修线工作，其进行的方式可分为人工修线 (Manual Glos) 或自动修线 (Auto Glos) 。主要修线内容为：
(1) 将走线转折处尽量改成45 度。
(2) 将弯曲不平的走线拉直。
(3) 删除多余的走线 (Etch) 及贯穿孔 (Via) 。
1.3.7 后处理 – 文字面处理
文字面的处理可分为下面的两个部份：
1. 重排零件序号 (Rename)
由于目前电路板上的零件序号 (RefDes, 即Reference Designator) 是由线路图所指定，与该零件在电路板上的位置无关，为了让工程师能根据零件序号快速地找到该零件，所以我们会依据零件在电路板上的位置，依序重排零件的序号；而重排后的新零件序号，会传回线路图，此传回的动作称为Back Anotation ，可使线路图与电路板的数据保持一致性。<a href="http://www.1mp.cn/uploadpic/2005/20058261176700.gif" target="_blank" ><img src="http://www.1mp.cn/uploadpic/2005/20058261176700.gif"></A>
2. 整理文字面 – 主要整理的内容为
(1) 将零件以外的相关信息加入文字面层 ( Silkscren Layer ) ，例如：公司商标、板子名称、板子编号、板子版本等信息。
(2) 重新摆放零件序号的位置，其主要目的为：
　不会被任何的零件实体盖住。
　避开Pin 或Via 的范围，以免被截掉。
　调整文字的方向，以方便去辨识该零件序号。
1.3.8 后处理 – 底片处理
在上述的工作均已完成后，可以进行最后一道工作 – 底片处理，使用者必须设定每一张底片是由那些设计层面去组合而成的，再将底片的内容输出至档案，然后再将这些档案送至下游的电路板工厂制作电路板。这些底片档案内容一般是采用Gerber 公司的格式，所以业界对这些底片档案通称为Gerber Files 或是Artwork Files 。
关于每一张底片的名称及其内容，以正面有零件的6 层板为例，底片有下列5大类，共11 张：
1. 走线层 (Etch Layer)
主要做为电子零件之间的通路，共有下列6 层：
TOP 正面的走线层
GND 电源接地层
IN1 内层1 的走线层
IN2 内层2 的走线层
VCC 电源层
BOTTOM 背面的走线层
2. 文字面层 (Silkscreen Layer)
主要用来标示零件的范围、方向及序号，以方便辨识该零件，共有下列1 层：
SILK_TOP 正面的文字面层
3. 防焊层 (Soldermask Layer)
主要是在不需要焊接的区域涂上一层防焊的材料，可防止误焊及氧化，共
有下列2 层：
MASK_TOP 正面的防焊层
MASK_BOT 背面的防焊层
4. 钢板层 (Pastemask Layer)
主要使用于组装工厂在放置SMD 零件于电路板之前，必须透过此治具，才能在SMD 零件的PAD 上面涂上一层锡膏，共有下列1 层：
PAST_TOP 正面的钢板层
5. 钻孔图 (Drill Map)
主要是供电路板工厂作为钻孔的参考依据。
DRILL 钻孔图
1.3.9 后处理 – 报表处理
产生该电路板相关的报表，提供给后续的工厂作业人员在工作上必要的信息，目前常用的报表有下列4 种：
(1) 零件列表 (Bil Of Material Report) 。
(2) 零件坐标列表 (Component Location Report) 。
(3) 讯号接点列表 (Net List Report) 。
(4) 测试点列表 (Testpin Report)[br]+3 RD币

liu_linbo · 发表于 2005-10-13 15:47:00

[em04]我是刚开始搞手机开发的，请问需要了解哪些知识？谢谢先

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