技术博客 I 如何优化 PCB 布线规则？

“限制”一词通常具有负面色彩，会引起人们的警惕。但实际上，对于整体的正向发展而言，限制或是规则非常重要；一如我们从小就要学会遵守社会与法律规则。

同理，为 PCB 制定规则应当受到重视。虽然为此需要花费时间进行研究并投入精力，但设置这些限制条件并按照规则布线，可以避免设计以失败告终。下文中，我们将探讨 PCB 布线规则的重要性，以及使用这些规则对于设计有何益处。

在 PCB 设计中使用约束和规则有很多原因。约束和规则可以让设计变得更有条理，它们可以在原理图和 layout 之间传递重要信息。不过最重要的是避免制造问题，确保电路板的电气性能。设计规则可以解决的问题包括——

如果器件之间摆放距离太近或方向不正确，可能难以正确组装或焊接。此外，自动插件机可能无法根据需求放置元件，而进行人工组装的技术人员则可能无法将工具和焊接材料放入狭小的区域。这些元件之间的距离越近，就越有可能造成不良影响，因为热烙铁或其他工具会影响到附近的器件。

复杂的 PCB 布线需要依靠规则和约束才能成功。

电路板上的金属如果过于靠近其他金属元素，也可能在制造过程中引发问题。例如形成焊料碎片，导致间歇性短路，并且这种短路很难被发现和纠正。焊料还可能使走线或焊盘之间桥接，造成直接短路。如果连接到大面积金属的元件（如连接到接地平面的小型表面贴装旁路电容器）没有正确的热风焊盘，则可能无法 正确焊接。

如果用于导电的走线宽度不够，则可能无法满足电流承载能力。有些走线还必须具有精确的宽度，以控制走线阻抗。其他走线需要按特定长度布线，或与类似网络的长度相匹配。差分对必须整齐地并排布线。还有一些走线可能需要按特定的模式或“拓扑结构”布线。所有走线和与之并排、位于其上方或下方的其他走线之间，可能有间距要求。

过去，我们可以将 PCB 设计图导入自动布线器，最后得到一块完整布线且运行完美的电路板。但这种方法如今不再适用。如果在走线布线宽度、间距、长度和拓扑结构方面稍有疏忽，最终可能出现大量的信号完整性问题，包括串扰、反射、接地反弹和电磁干扰。

遵守 PCB 设计规则和约束不再是一种“高级需求”，而是满足各种设计制造和电气性能要求的必要条件。因此，接下来的问题是，设计工具中有哪些约束条件可以帮助我们达成这一目标。

在 Cadence Allegro X Design Platform 的规则管理器中，可以针对很多方面设置 PCB 设计规则和约束，例如差分对。

针对 PCB 设计布线，可以设置许多不同的规则和约束。我们先介绍器件的一些非布线规则，这些规则即便并不针对布线，最终也会对布线产生影响。

以上我们仅列举了其中的一部分规则，可以利用它们辅助进行电路板布线。下一步是将这些规则添加到设计中。

在原理图中将网络分配到对应的类别，可以省去很多麻烦。

可以在原理图或 layout 中为 PCB 布线设置设计约束和规则。在 Allegro X 等工具中，我们可以轻松地在原理图中创建和分配网络类别，如上图所示。使用该工具，我们可以设置特定的宽度和间隙规则，然后将这些规则附加到我们创建的网络类别上。

对于 layout，我们可以使用同一套规则条件。许多设计人员会设置各种不同的宽度和间隙值，以及长度和拓扑结构。Allegro X 提供不同的仿真(Taiwan:模擬)和分析工具，允许我们根据信号的时序确定需要的走线长度。高级规则（如走线长度）可通过专门的布线功能进行控制，允许我们在 layout 中创建蛇形布线。

另一个技巧是充分使用工具的所有功能来帮助我们设置规则。Allegro X 的 Constraint Manager （规则管理器）中有许多功能，可以设置整套规则的默认值，免去手动输入每个值的麻烦。

我们还可以复 制和粘贴各种规则。操作完成后，不要忘了保存规则，以便后续重复使用。这样，我们就可以为规则和约束文件建立一个资源库，方便在以后的设计中使用。

如图所示，在 Allegro X 中，可通过约束来设置接地平面的连通图。

如果没有设置适当的走线布线宽度、间隙、长度和拓扑结构，我们的 PCB 设计可能很快会面临大量的信号完整性问题。再加上还必须遵循其他设计要求，建立一个完整而全面的设计约束和规则系统很有必要。

Allegro X Constraint Manager （规则管理器）应用应运而生。该工具可以在 PCB 设计的原理图和 layout 中创建和分配类别和规则，并且提供了一些强大的编辑功能，用于整理规则数据。