硬件設計重要總結:工程師PCB Layout知識彙總
發布時間:2015-08-28 責任編輯:sherry
【導讀】PCB Layout作為硬件設計中的一個重要環節,在硬件電路設計合理的情況下,它是影響性能的一個絕對重要的指標。很多的PCB Layout工程師都是按照硬件工程師或者PI SI工程師給出的約束規則來完成布局布線,這些就是俗稱的“拉線工”。
他們重複而機械的完成一塊塊PCB Layout,一段時間後,他們中的一些或許已經有了這樣的一些經驗:哪些要做等長,哪些要走粗、哪(na)些(xie)要(yao)平(ping)行(xing),保(bao)證(zheng)合(he)適(shi)的(de)線(xian)距(ju)等(deng)等(deng)。但(dan)是(shi),他(ta)們(men)憑(ping)的(de)是(shi)所(suo)謂(wei)的(de)經(jing)驗(yan),很(hen)多(duo)是(shi)知(zhi)其(qi)然(ran)不(bu)知(zhi)其(qi)所(suo)以(yi)然(ran)。我(wo)覺(jiao)得(de),要(yao)想(xiang)有(you)所(suo)突(tu)破(po)的(de)話(hua),就(jiu)必(bi)須(xu)要(yao)拓(tuo)寬(kuan)自(zi)己(ji)的(de)知(zhi)識(shi)麵(mian)。也(ye)就(jiu)是(shi)PCB Layout工程師不能讓別人把自己當做“拉線工”來看待。
首先,你要具備一定的電路理解能力(當然像硬件工程師那樣的設計能力不是必要的,如果能,那最好);
其次,需要具備SI/PI工程師做PI/SI分析的能力(當然需要有射頻仿真的能力也不是必須的,如果能,那最好)。具備這些知識以後,你不但具備設計一款好的PCB能力,也有和硬件、SI/PI工程師理論的資本,甚至可以從PCB設計上給出他們電路設計的建議。
話不多說,從一些PCB設計中總結的一些原則:
一、關於布局
1.布bu局ju,就jiu是shi將jiang電dian路lu元yuan件jian合he理li的de放fang置zhi。那na怎zen麼me樣yang的de放fang置zhi是shi合he理li的de,一yi個ge簡jian單dan的de原yuan則ze就jiu是shi模mo塊kuai化hua劃hua分fen清qing晰xi,也ye就jiu是shi說shuo有you一yi定ding電dian路lu基ji礎chu的de人ren,拿na到dao你ni的dePCB就能夠看出哪塊是用來實現什麼功能的。
2.具體的設計步驟:首先根據原理圖,生成初始的PCB文件,完成PCB的預布局,確定一個相對的PCB Layout麵積,然後告訴結構,結構根據我們給出的麵積,然後根據整體的結構設計,給出具體的約束。
3.根據結構的約束完成板邊、定位口以及一些禁布區的繪製,然後完成接插件的擺放。
4.元件的擺放原則:一般情況下主控MCU都是置於板子的中心位置,然後接口電路靠近接口放置(比如網口、USB、VGA等等),並且大部分接口都有ESD防護還有濾波處理。遵循的原則是先防護後濾波。
5.然後就是電源模塊,一般主電源模塊放置在電源入口處(比如係統5V),分立的電源模塊(比如模塊電路供電的2.5V)可以根據實際情況放置在相同電源網路比較密集的地方。
6.一些內部的電路,沒有引到接插件的。我們一般遵循這樣一個基本原則:高速、低速分區域,模擬、數字分區域,幹擾源、敏感受體分區域。
7.然後對於單個電路模塊來說,遵循電路設計的時候的電流流向來設計。
總體的電路布局,大概就是這樣,歡迎大神補充和指正。
二、關於布線
1.布bu線xian,最zui基ji本ben的de要yao求qiu就jiu是shi要yao保bao證zheng所suo有you網wang絡luo有you效xiao連lian通tong。連lian通tong,是shi很hen容rong易yi做zuo到dao的de,有you效xiao又you是shi一yi個ge比bi較jiao模mo糊hu的de概gai念nian。其qi實shi,電dian路lu中zhong的de信xin號hao無wu外wai乎hu兩liang種zhong:數字信號和模擬信號,對數字電路來說就是保證足夠的噪聲容限,對模擬信號來說,盡量做到零損失。
2.布線前,一般需要了解整個PCB板層疊設計,即把所有的布線層規劃為:最優布線層、次優布線層。。。。,最優布線層,也就是相鄰麵試完整的地平麵,這層我們一般用來布重要的信號(包括DDR中的所有信號、差分信號、模擬信號等等)。其他信號(I2C、UART、SPI、GPIO)走其他層,並且保證重要區域隻存在此電路相關信號(比如DDR、網口等)
3.然後高速信號布線時需要考慮反射、串擾、EMC等問題,所以一般都需要做阻抗匹配,比如單線50R、差分線100R等等,具體以實際設計為準(原則是保證阻抗相等、連續),串擾方麵主要考慮3W/2W原則,包地處理等等。
4.電源和功率電路,首先要保證足夠的帶載能力,即電源的整個回流路勁盡可能的粗和短,從EMC角度叫,回流為環路,形成環路天線,對外輻射,所以盡可能的減小環路麵積。
總體的電路布線,大概就是這樣,歡迎大神補充和指正。
三、關於地
1.接地和地設計在PCB設計中是非常重要的一環,因為地作為一個重要的參考平麵,假如地平麵設計出問題了,其他信號也是沒辦法穩定。
2.地一般我們分為機殼地和係統地,機殼地顧名思義就是產品的鈑金連接到的地,係統地即是作為整個電路係統的參考平麵。
3.一般係統地和機殼的實際原則是:機殼地和係統地分割,然後係統地通過磁珠和高壓電容單點或者多點連接。
4.關於係統地:從功能上分為數字地、模擬地、功率地。(關於地分分割一直存在爭論,我這裏人觀點。)
首先,布局非常合理的情況下,我認為地可以不用分割。何謂布局非常合理,即數字區域隻有數字信號、模擬區域隻有模擬信號、功gong率lv區qu域yu隻zhi有you功gong率lv信xin號hao,並bing且qie在zai他ta們men的de下xia方fang都dou存cun在zai完wan整zheng的de地di平ping麵mian。因yin為wei電dian流liu和he水shui流liu很hen相xiang似si,他ta們men都dou是shi往wang低di處chu流liu,他ta們men下xia方fang都dou存cun在zai完wan整zheng的de地di平ping麵mian,所suo以yi從cong最zui短duan、最低原則,他們直接在下方回流,而不會竄到其他的地方去。
但是,有些時候,並不是這麼理想,各區域都存在一些交叉,這個時候一般選擇單點了解,使用0R電阻(不建議使用磁珠,因為高頻時,磁珠有濾波效果)。電阻的擺放位置靠近交叉最密集的地方,是會流麵積最小。
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