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怎样系统化学习PCB设计

作者:   时间:2019-08-22 14:33   

随着智能硬件的加速崛起,电路板是许多有产品不可或缺的一部分,目前正是电路板行业的井喷期,而国内对于利来娱乐PCB开发工程师这个职业就非常的吃香,想要成为薪资高的工程师就要完全掌握PCB专业技能知识才能。

那什么是PCB呢?PCB中文名称为印制电路板,又称印刷电路板印刷线路板,是重要的电子部件,是电子元器件的支撑体,是电子元器件电气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的,故被称为“印刷”电路板。随着PCB尺寸要求越来越小,器件密度要求越来越高,PCB设计的难度也越来越大。

如何实现PCB高的布通率以及缩短设计时间?在这简单说说对PCB规划、布局和布线的设计技巧。

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确定PCB的层数

电路板尺寸和布线层数需要在设计初期确定。布线层的数量以及层叠(STack-up)方式会直接影响到印制线的布线和阻抗。板的大小有助于确定层叠方式和印制线宽度,实现期望的设计效果。目前多层板之间的成本差别很小,在开始设计时最好采用较多的电路层并使敷铜均匀分布。

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设计规则和限制

要顺利完成布线任务,布线工具需要在正确的规则和限制条件下工作。要对所有特殊要求的信号线进行分类,每个信号类都应该有优先级,优先级越高,规则也越严格。规则涉及印制线宽度、过孔的最大数量、平行度、信号线之间的相互影响以及层的限制, 这些规则对布线工具的性能有很大影响。

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组件的布局

在最优化装配过程中,可制造性设计(DFM)规 则会对组件布局产生限制。如果装配部门允许组件移动,可以对电路适当优化,更便于自动布线。所定义的规则和约束条件会影响布局设计。自动布线工具一次只会考虑一个信号,通过设置布线的约束条件以及设定可布信号线的层,可以使布线工具能像设计师所设想的那样完成布线。

如何对于电源线的布局:

在PCB 布局中应将电源退耦电路设计在各相关电路附近, 而不要放置在电源部分,否则既影响旁路效果, 又会在电源线和地线上流过脉动电流,造成窜扰。

对于电路内部的电源走向,应采取从末级向前级供电,并将该部分的电源滤波电容安排在末级附近。

对于一些主要的电流通道,如在调试和检测过程中要断开或测量电流,在布局时应在印制导线上安排电流缺口。

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另外,要注意稳压电源在布局时,尽可能安排在单独的印制板上。当电源与电路合用印制板时,在布局中,应该避免稳压电源与电路元件混合布设或是使电源和电路合用地线。因为这种布线不仅容易产生干扰,同时在维修时无法将负载断开,到时只能切割部分印制导线,从而损伤印制板。

组件的布局

大多数资料中都会提到电容摆放要尽量靠近芯片,多数资料都是从减小回路电感的角度来谈这个摆放距离问题。但是还有一个重要的原因就是电容去耦半径问题。
理解去耦半径最好的办法就是考察噪声源和电容补偿电流之间的相位关系。当芯片对电流的需求发生变化时,会在电源平面的一个很小的局部区域内产生电压扰动,电容要补偿这一电流(或电压),就必须先感知到这个电压扰动。
   当扰动区到电容的距离达到时,去耦作用失效,补偿的能量无法 及时送达。为了能有效传递补偿能量,应使噪声源和补偿电流的相位差尽可能的小,最好是同相位的。

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例如:0.001uF陶瓷电容,如果安装到电路板上后总的寄生电感为1.6nH,那么其安装后的谐振频率为125.8MHz,谐振周期为7.95ps。假设信号在电路板上的传播速度为166ps/inch,则波长为47.9英寸。电容去耦半径为47.9/50=0.958英寸,大约等于2.4厘米。
本例中的电容只能对它周围2.4厘米范围内的电源噪声进行补偿,即它的去耦半径2.4厘米。不同的电容,谐振频率不同,去耦半径也不同。对于大电容,因为其谐振频率很低,对应的波长非常长,因而去耦半径很大,这也是为什么我们不太关注大电容在电路板上放置位置的原因。对于小电容,因去耦半径很小,应尽可能的靠近需要去耦的芯片,这正是大多数资料上都会反复强调的,小电容要尽可能近的靠近芯片放置。

也会有心急的工程师画完原理图,把网表导入PCB后就迫不及待的把器件放好,开始拉线。其实一个好的PCB布局能让你后面的拉线工作变得简单。每一块板子都会有一个信号路径,PCB布局也应该尽量遵循这个信号路径,让信号在板子上可以顺畅的传输。如果原理图是按照模块设计的,PCB也一样可以。

所以对于从业的PCB设计人员有更加严格和更加专业的技能要求,但是目前大部分PCB工程师的现状是局限在一些简单或单一产品的PCB设计,没有系统化PCB设计的学习,从而导致PCB工程无法自我提升或者企业成本的增加。

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