【詳解】PCB設計的核心與解決方法
發布時間:2014-09-08 責任編輯:sherryyu
【導讀】盡(jin)管(guan)工(gong)程(cheng)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)知(zhi)道(dao),一(yi)個(ge)完(wan)美(mei)的(de)設(she)計(ji)方(fang)案(an)是(shi)避(bi)免(mian)問(wen)題(ti)出(chu)現(xian)的(de)最(zui)佳(jia)方(fang)式(shi),不(bu)過(guo)這(zhe)仍(reng)是(shi)一(yi)種(zhong)既(ji)浪(lang)費(fei)時(shi)間(jian)又(you)浪(lang)費(fei)金(jin)錢(qian),同(tong)時(shi)治(zhi)標(biao)不(bu)治(zhi)本(ben)的(de)方(fang)法(fa)。比(bi)如(ru),如(ru)果(guo)在(zai)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)(EMC)測試階段發現問題,將會造成大量的成本投入,甚至需要對最初的設計方案進行調整和重新製作,這將耗費數月的時間。隻有全麵掌握PCB設計的核心才能更好的設計。
進行印刷電路板(PCB)設計是指通過設計原理圖紙,進行線路布局,以盡可能低的成本生產電路板。過去,這通常需要借助於價格昂貴的專用工具才能完成,但是現在,隨著免費的高性能軟件工具——例如DesignSpark PCB——以及設計模型的日益普及,大大加快了電路板設計人員的設計速度。
盡(jin)管(guan)工(gong)程(cheng)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)知(zhi)道(dao),一(yi)個(ge)完(wan)美(mei)的(de)設(she)計(ji)方(fang)案(an)是(shi)避(bi)免(mian)問(wen)題(ti)出(chu)現(xian)的(de)最(zui)佳(jia)方(fang)式(shi),不(bu)過(guo)這(zhe)仍(reng)是(shi)一(yi)種(zhong)既(ji)浪(lang)費(fei)時(shi)間(jian)又(you)浪(lang)費(fei)金(jin)錢(qian),同(tong)時(shi)治(zhi)標(biao)不(bu)治(zhi)本(ben)的(de)方(fang)法(fa)。比(bi)如(ru),如(ru)果(guo)在(zai)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)(EMC)測試階段發現問題,將會造成大量的成本投入,甚至需要對最初的設計方案進行調整和重新製作,這將耗費數月的時間。
挑戰
布bu局ju是shi設she計ji人ren員yuan首shou先xian要yao麵mian對dui的de一yi個ge問wen題ti。這zhe一yi問wen題ti取qu決jue於yu圖tu紙zhi中zhong的de部bu分fen內nei容rong,一yi些xie設she備bei基ji於yu邏luo輯ji考kao慮lv需xu要yao被bei設she置zhi在zai一yi起qi。但dan是shi應ying該gai注zhu意yi,對dui溫wen度du比bi較jiao敏min感gan的de元yuan件jian,比bi如ru傳chuan感gan器qi,應ying當dang與yu包bao括kuo電dian源yuan轉zhuan換huan器qi在zai內nei的de產chan生sheng熱re量liang的de元yuan件jian分fen開kai設she置zhi。對dui於yu擁yong有you多duo種zhong電dian源yuan設she置zhi的de設she計ji,12伏和15fudianyuanzhuanhuanqi,keyifenbieshezhizaidianlubandebutongweizhi,yinweitamenchanshengderelianghedianzizaoshenghuiduiqitayuanjianyijidianlubandekekaoxinghexingnengzaochengyingxiang。
上(shang)述(shu)元(yuan)件(jian)也(ye)會(hui)對(dui)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)的(de)電(dian)磁(ci)性(xing)能(neng)造(zao)成(cheng)影(ying)響(xiang),這(zhe)不(bu)僅(jin)僅(jin)對(dui)於(yu)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)性(xing)能(neng)和(he)能(neng)耗(hao)十(shi)分(fen)重(zhong)要(yao),對(dui)於(yu)電(dian)路(lu)板(ban)經(jing)濟(ji)性(xing)也(ye)會(hui)帶(dai)來(lai)很(hen)大(da)的(de)影(ying)響(xiang),因(yin)此(ci)所(suo)有(you)在(zai)歐(ou)洲(zhou)銷(xiao)售(shou)的(de)電(dian)路(lu)板(ban)設(she)備(bei)都(dou)必(bi)須(xu)獲(huo)得(de)CE標誌,以證明不會對其它係統造成幹擾。不過,這通常隻是從電源供應方麵來說的,還有許多設備會發出噪聲,例如DC-DC轉換器、以(yi)及(ji)高(gao)速(su)數(shu)據(ju)轉(zhuan)換(huan)器(qi)等(deng)。由(you)於(yu)電(dian)路(lu)板(ban)設(she)計(ji)存(cun)在(zai)缺(que)陷(xian),這(zhe)些(xie)噪(zao)聲(sheng)能(neng)夠(gou)被(bei)信(xin)道(dao)捕(bu)獲(huo),並(bing)作(zuo)為(wei)小(xiao)型(xing)天(tian)線(xian)進(jin)行(xing)輻(fu)射(she),從(cong)而(er)產(chan)生(sheng)雜(za)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)及(ji)頻(pin)率(lv)異(yi)常(chang)區(qu)域(yu)。
遠場電磁幹擾(EMI)問題可以通過在噪聲點加裝濾波器或者使用金屬外殼來屏蔽信號的方式加以解決。但是對電路板上能夠釋放電磁幹擾(EMI)的設備予以充分的重視,卻使得電路板可以選用更廉價的外殼,從而有效降低整個係統的成本。
在電路板的設計過程中,電磁幹擾(EMI)確que實shi是shi一yi個ge不bu得de不bu重zhong視shi的de因yin素su。電dian磁ci串chuan擾rao能neng夠gou與yu信xin道dao產chan生sheng耦ou合he,從cong而er將jiang信xin號hao打da亂luan為wei噪zao聲sheng,影ying響xiang電dian路lu板ban的de整zheng體ti性xing能neng。如ru果guo耦ou合he噪zao聲sheng過guo高gao,則ze信xin號hao有you可ke能neng會hui被bei完wan全quan覆fu蓋gai,因yin此ci必bi須xu加jia裝zhuang更geng加jia昂ang貴gui的de信xin號hao放fang大da器qi,才cai能neng夠gou恢hui複fu正zheng常chang。不bu過guo,如ru果guo在zai電dian路lu板ban的de設she計ji之zhi初chu,就jiu能neng夠gou充chong分fen考kao慮lv到dao信xin號hao線xian路lu布bu局ju的de話hua,上shang述shu問wen題ti就jiu可ke以yi避bi免mian。由you於yu電dian路lu板ban的de設she計ji會hui根gen據ju不bu同tong設she備bei、不同使用地點、不同散熱需求、以及不同的電磁幹擾(EMI)情況,而有所不同,這時設計模板便派上了大用場。
電容同樣也是電路板設計中一個不容忽視的重要問題,因為電容會影響信號的傳播速度、增加電量的消耗。信道會與旁邊的線路產生耦合或者垂直穿越兩個電路層,從而在無意中形成一個電容器。通過減少平行線路的長度、zaiqizhongyitiaoxianlushangjiazhuangniujiecongerqieduanouhedengfangshi,shangshuwentikeyixiangduirongyidijiayijiejue。buguo,zheyexuyaogongchengshejirenyuanchongfenkaolvshengchanshejiyuanze,quebaoshejifanganbianyuzhizao,tongshibimianyouyuxianluwanzhejiaoduguodazaochengderenhezaoshengfushe。xianluzhijiandejuliyeyoukenenghuiguojin,zhejianghuizaixianluzhijianchanshengduandehuilu,youqishizaixianluwanzhechu,suizheshijiandetuiyi,huichuxianjinshu“晶須”。設計規則檢測通常可以標示出回路風險比正常情況更高的區域。
這(zhe)一(yi)問(wen)題(ti)在(zai)接(jie)地(di)層(ceng)的(de)設(she)計(ji)中(zhong)顯(xian)得(de)尤(you)為(wei)突(tu)出(chu)。一(yi)個(ge)金(jin)屬(shu)電(dian)路(lu)層(ceng),有(you)可(ke)能(neng)會(hui)與(yu)其(qi)上(shang)方(fang)和(he)下(xia)方(fang)的(de)所(suo)有(you)線(xian)路(lu)形(xing)成(cheng)耦(ou)合(he)。盡(jin)管(guan)該(gai)金(jin)屬(shu)層(ceng)確(que)實(shi)能(neng)夠(gou)有(you)效(xiao)阻(zu)隔(ge)噪(zao)聲(sheng),不(bu)過(guo)該(gai)金(jin)屬(shu)層(ceng)同(tong)時(shi)也(ye)會(hui)產(chan)生(sheng)伴(ban)生(sheng)電(dian)容(rong),影(ying)響(xiang)線(xian)路(lu)的(de)運(yun)行(xing)速(su)度(du),並(bing)增(zeng)加(jia)電(dian)量(liang)的(de)消(xiao)耗(hao)。
jiuduocengdianlubandeshejieryan,butongdianlubancengzhijiandetongkongsheji,kongpashizuijuzhengyixingdeyigewenti,yinweitongkongshejihuigeidianlubandeshengchanzhizao,dailaixuduowenti。dianlubancengzhijiandetongkong,huiyingxiangxinhaodexingneng,jiangdidianlubanshejidekekaoxing,yinciyingdangyuyichongfendezhongshi。
解決方案
在印刷電路板(PCB)的設計過程中,可以采取許多不同的方法,來解決各種問題。其中既有設計方案本身的調整,比如調整線路布局,減少噪聲;也(ye)有(you)印(yin)刷(shua)電(dian)路(lu)板(ban)布(bu)局(ju)方(fang)麵(mian)的(de)方(fang)法(fa)。設(she)計(ji)元(yuan)件(jian)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)布(bu)局(ju)工(gong)具(ju)進(jin)行(xing)自(zi)動(dong)安(an)裝(zhuang),不(bu)過(guo)如(ru)果(guo)能(neng)夠(gou)對(dui)自(zi)動(dong)布(bu)局(ju)進(jin)行(xing)手(shou)動(dong)調(tiao)節(jie),將(jiang)有(you)助(zhu)於(yu)提(ti)高(gao)電(dian)路(lu)板(ban)設(she)計(ji)的(de)質(zhi)量(liang)。通(tong)過(guo)這(zhe)一(yi)措(cuo)施(shi),設(she)計(ji)規(gui)則(ze)檢(jian)測(ce)將(jiang)借(jie)助(zhu)於(yu)技(ji)術(shu)文(wen)件(jian),確(que)保(bao)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)設(she)計(ji)能(neng)夠(gou)滿(man)足(zu)電(dian)路(lu)板(ban)生(sheng)產(chan)廠(chang)商(shang)的(de)要(yao)求(qiu)。
將jiang不bu同tong的de電dian路lu板ban層ceng進jin行xing分fen隔ge,可ke以yi減jian少shao伴ban生sheng電dian容rong,不bu過guo,這zhe將jiang增zeng加jia電dian路lu板ban的de層ceng數shu,從cong而er增zeng加jia成cheng本ben,帶dai來lai更geng多duo通tong孔kong方fang麵mian的de問wen題ti。盡jin管guan采cai用yong正zheng交jiao電dian網wang供gong電dian係xi統tong和he接jie地di線xian路lu設she計ji可ke能neng會hui增zeng加jia電dian路lu板ban的de物wu理li尺chi寸cun,但dan卻que可ke以yi有you效xiao發fa揮hui雙shuang層ceng電dian路lu板ban中zhong接jie地di層ceng的de效xiao用yong,降jiang低di電dian容rong量liang和he電dian路lu板ban生sheng產chan製zhi造zao的de複fu雜za性xing。
包括DesignSpark PCB在內的設計工具,在設計之初,就可以幫助工程設計人員解決許多問題,不過工程設計人員還是需要對印刷電路板(PCB)的設計需求有充分的了解。舉例來說,如果印刷電路板(PCB)debianjirenyuan,zaikaishishejizhichubianxuyaoduidianlubandecengshuyousuolejie,liru,yigeshuangcengdedianluban,zexuyaoyouyigejiedicengheyigedianyuanceng,lianggexianghudulidebancenggoucheng。yuanjianzidongbujujishudeyongchuhenda,keyibangzhushejirenyuanhuafeigengduodeshijian,laiduishebeidebujuquyujinxingsheji,liru,gongdianshebeiruguoyumingandexinhaoxianluhuozheshiwendujiaogaodequyujuliguojindehua,jiuhuichanshenghenduowenti。yucixiangtongdeshi,xinhaoxianluyekeyijinxingzidongbuxian,tongshibimiandabufenwentidechuxian,buguo,duigaofengxianquyujinxingfenxiheshoudongcaozuo,jiangyouzhuyudafudutigaoyinshuadianluban(PCB)設計的質量、提高收益、降低總體成本。
設(she)計(ji)規(gui)則(ze)檢(jian)測(ce)同(tong)樣(yang)也(ye)是(shi)一(yi)個(ge)非(fei)常(chang)有(you)力(li)的(de)工(gong)具(ju),能(neng)夠(gou)對(dui)線(xian)路(lu)進(jin)行(xing)檢(jian)測(ce),確(que)保(bao)線(xian)路(lu)之(zhi)間(jian)的(de)距(ju)離(li)不(bu)至(zhi)於(yu)過(guo)近(jin),從(cong)而(er)造(zao)成(cheng)回(hui)路(lu)過(guo)短(duan)。不(bu)過(guo),整(zheng)體(ti)設(she)計(ji)仍(reng)然(ran)具(ju)有(you)很(hen)高(gao)的(de)經(jing)濟(ji)價(jia)值(zhi)。設(she)計(ji)規(gui)劃(hua)檢(jian)測(ce)工(gong)具(ju)同(tong)時(shi)也(ye)可(ke)以(yi)用(yong)來(lai)檢(jian)測(ce)和(he)調(tiao)整(zheng)電(dian)源(yuan)層(ceng)與(yu)接(jie)地(di)層(ceng),避(bi)免(mian)產(chan)生(sheng)大(da)的(de)伴(ban)生(sheng)電(dian)容(rong)區(qu)域(yu)。
上述工具對於Gerber和Excellonyejiangdailaihendabangzhu,youzhutamenweileshengchanchuzuizhongdeshejichengpin,erjinxingxianluhedianlubanyinzhi,yijitongkongzuankongdengfangmiandegongzuo。zheyangyilai,jishuwenjianjiuyudianlubanzhizaoshangjinmixianglian。
結論
在印刷電路板(PCB)的設計過程中需要考慮諸多問題,而包括DesignSpark PCB 在內的工具,能夠有效地處理其中的大部分問題。通過采用某些最佳實踐指導原則,工程設計人員能夠有效地減少成本、提高電路板的可靠性,同時滿足係統規格的要求,以較低的成本彎沉係統認證,從而避免出現更多問題。
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