第9章 PCB设计规则与信号分析 本章内容 设计规则概述 9.1 电气规则 9.2 布线规则 9.3 SMD封装规则 9.4 阻焊规则 9.5 平面层规则 9.6 测试点规则 9.7 与制造相关的规则 9.8 高速线路规则 9.9 布线规则 9.10 信号完整性规则 9.11 PCB设计规则检查 9.12

本章重点 1、电气规则； 2、布线规则环境参数的设置； 3、SMT封装规则； 4、阻焊规则； 5、平面层规则； 6、测试点规则； 7、与制造相关的规则； 8、高速电路规则； 9、布局规则； 10、信号完整性规则； 11、PCB设计规则。

本章主要介绍PCB的设计规则，包括电气规则，布线，布局规则，高速电路设计规则，信号完整性规则等，只有熟练掌握了这些设计规则，才能设计出高性能的电路板。 在这里，我们主要重点介绍几种常见规则的设置并熟练掌握，对其它的一些规则有一定的了解和认识。

9.1 设计规则概述 设计规则(Design Rule)是设计电路板的基本规则，不管是手动布线还是自动布线，在布线之前都需要对电路板的布线设计规则进行设置。布线规则的设置是否合理将直接影响到布线的成功率，所以在自动布线前，首先需要设置布线规则，布线规则的设置一般取决于用户实际的电路设计经验。

9.2 电气规则 Protel 99SE中的电气规则，包括Clearance(安全间距规则)、Short-circuit(短路规则)、Un-Route net(未布线网络规则)、Un-connected Pins(未连线引脚规则)，下面分别进行介绍。

1、间距规则 安全间距规则用于限制图件间距的最小值，使图件之间不会因为过近而产生相互干扰。所谓安全间距，也就是具有导电性质的图件之间的最小间距，通常包括导线与导线(Track to Track)、导线与过孔(Track To Via)、过孔与过孔(Via to Via)、导线与焊盘(Track to Pad)、焊盘与焊盘(Pad to Pad)、焊盘与过孔(Pad to Via)等之间的最小间距。一般情况下，我们可以选择8mil-12mil在有强电的情况下，要将间距选大一些，避免被击穿。

2、短路规则 电气规则中的short-circuit短路规则用于设定是否允许某两个图件短路。在实际电路板设计过程中，比如有几个地网络之间需要短接到一点，如果设计中有这种网络短接的需要，必须为此添加一个新的规则，在该规则中允许短路。

3、未布线网络规则 电气规则中的Un-routed Net未布线网络规则用于设定检查网络布线是否完整。设定该规则后，设计者可根据它检查设定范围内的网络是否布线完整，我们按照默认设置添加一个规则，即对所在板子的所有网络都检查布线的完整性。

4、未连接引脚规则 电气规则中的Unconnected Pin（未连线引脚规则）用于设定检查元件的引脚是否存在没有连线的情况（引脚悬空）。

9.3 布线规则 布线即用导线连接已完成布局的元器件，连线一般需要尽可能的短。在布线的时候需要设置安全间距、短路限制设计规则、布线宽度、多边形连接方式等。

1、线宽规则 布线宽度设计规则表示电路板在布线过程中是否允许小于最小导线设置宽度的导线或大于最大导线设置宽度的导线存在，适用于在线DRC或运行DRC设计规则检查的自动布线过程。

2、布线拓扑规则 该规则用于设置飞线生成的拓扑规则。

3、布线优先级规则 该规则用于设置布线的优先级，布线的优先级规则控制网络布线的先后顺序。

4、布线层规则 该规则用于设置自动布线使用的板层上的铜模线的方向，一般来说，Horizontal 和Vertical 方式用于双面板和多面板的布线，其他几种用于单面板的布线。为减少线路之间的串扰和互感，在本设计中，Top Layer采用Horizontal走线，Bottom Layer采用Vertical走线。

5、布线拐角规则 该规则用于设置导线的拐弯方式，本设置只有在自动布线时才有效，手动布线时不受该规则的约束。

6、布线过孔样式规则 该规则用于设置自动布线时的过孔类型。在该对话框中，显示了所以设置的过孔规则的名称、适用范围、最小过孔直径、最大过孔直径、参考过孔直径、最小宽度、最大宽度、参考宽度等。

9.4 SMD封装规则 1、SMD到电源层规则 2、SMD瓶颈规则 该规则用于设置电源层中的SMD焊盘和过孔之间的最短布线长度。 该规则用于设置表面贴片元器件的焊盘宽度和导线比例限制规则。

9.5 阻焊规则 1、阻焊扩张规则(Solder Mask Expansion) 该规则用于设置在焊盘和过孔之间相对于焊盘大小的多余量， 一般设置为2mil。 2、阻粘扩张规则(Paste Mask Expansion) 该规则用于设置助焊层相对于SMD器件焊盘的伸展程度，助焊层的焊盘大小要大于器件的焊盘大小，所以用此来设置两者之间的最大允许值，一般设置为2mil。

9.6 平面层规则 Protel 99SE中的平面层规则，包括电源层连接样式(Power Plane Connect Style)、电源层间距规则(Power Plane Clearance)、多边形连接样式(Polygon Connect Style)。

9.7 测试点规则 Protel 99SE中的测试点规则，包括测试点样式(Test point Style)、测试点用法(Test point Usage) 。

9.8 与制造有关的规则 1、最小焊盘规则 最小焊环限制规则用于设定焊盘和过孔的环形铜膜的最小宽度，该规则的主要目的是防止焊盘和过孔的铜膜过窄而受到损坏。其中x表示焊盘或者过孔的外环半径，y表示其内环半径，二者之差x-y就是最小包环厚度。

2、锐角限制规则 该规则用于设置铜模导线夹角的最小值。铜膜线都是用铜箔刻出来的，如果夹角值过小，会造成恶劣的影响：一方面会导致拐角尖端被蚀刻掉的情况发生，不利于电路板的制作；另一方面会导致传递信号的质量恶化，因此需要限制铜膜线夹角的最小值，一般来说，尽量使锐角限制规则的夹角不小于90°。

3、孔尺寸限制规则 如果焊盘或者过孔的孔径太大的话，不仅焊接时消耗的焊锡增多，还会造成焊接效果变差、焊点电阻增大等问题；如果焊盘或过孔的孔径过小的话，则易造成元件管脚不易放入、无法再加入焊锡使其固定等问题，因此必须限制孔径在一定范围内。此项规则设置为孔径范围：1mil-100mil。

9.9 高速线路规则 高速线路规则主要包括：平行线段限制规则、长度限制规则、匹配网络长度规则、雏菊链支线长度限制规则、在SMT下过孔限制规则和最大过孔数限制规则，主要用于多层电路板的自动布线。

9.10 布局规则 布局规则主要包括：Room定义规则、元件布放间距规则、元件布放方向规则和允许布放层规则，下面将重点对元件布放间距规则进行介绍。

1、元件布放间距规则 本规则设定元器件的最小间距。选择此规则后，单击右下角的Properties按钮，出现元件布放间距规则属性对话框。Scope用于设置本规则的适用范围，Gap显示的最小间距，Mode显示的是检查的模式。

9.11 信号完整性规则 信号完整性规则主要包括：信号激励规则、下降沿过冲规则、上升沿过冲规则、下降沿下冲规则、上升沿下冲规则、网络阻抗规则、信号高电平规则、信号低电平规则、上升沿延迟时间规则、下降沿延迟时间规则、上升沿的斜率规则、下降沿的斜率规则和电源网络规则

9.12 PCB设计规则检查 （1）线与线、线与焊盘、线与过孔、焊盘与过孔、过孔与过孔之间的距离是否合理。 （2）电源线和地线的宽度是否合适，在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。 （3）对关键的信号线是否采取最佳措施，如长度最短、加保护线、输入线及输出线被明显地分开。 （4）模拟电路和数字电路部分，是否有各自独立的地线。 （5）后加在PCB中的图形（如图标、注标）是否会造成信号短路。 （6）对一些不理想的线是否进行修改。 （7）在PCB上是否加有工艺线，阻焊是否符合生产工艺的要求，阻焊尺寸是否合适，字符标志是否压在器件焊盘上。 （8）多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小，如电源地层的铜箔露出容易造成短路。