PCB設(shè)計是一個細致的工作,需要的就是細心和耐心。剛開始做設(shè)計的新手經(jīng)常犯的錯誤就是一些細節(jié)錯誤。器件管腳弄錯了,器件封裝用錯了,管腳順序畫反了等等,有些可以通過飛線來解決,有些可能就讓一塊板子直接變成了廢品。畫封裝的時候多檢查一遍,投板之前把封裝打印出來和實際器件比一下,多看一眼,多檢查一遍不是強迫癥,只是讓這些容易犯的低級錯誤盡量避免。否則設(shè)計的再好看的板子,上面布滿飛線,也就遠談不上優(yōu)秀了。(二) 學(xué)會設(shè)置規(guī)則其實現(xiàn)在不光高級的PCB設(shè)計軟件需要設(shè)置布線規(guī)則,一些簡單易用的PCB工具同樣可以進行規(guī)則設(shè)置。人腦畢竟不是機器,那就難免會有疏忽有失誤。所以把一些容易忽略的問題設(shè)置到規(guī)則里面,讓電腦幫助我們檢查,盡量避免犯一些低級錯誤。另外,完善的規(guī)則設(shè)置能更好的規(guī)范后面的工作。所謂磨刀不誤砍柴工,板子的規(guī)模越復(fù)雜規(guī)則設(shè)置的重要性越突出?,F(xiàn)在很多EDA工具都有自動布線功能,如果規(guī)則設(shè)置足夠詳細,讓工具自己幫你去設(shè)計,你在一旁喝杯咖啡,不是更愜意的事情嗎?(三) 為別人考慮的越多,自己的工作越少在進行PCB設(shè)計的時候,盡量多考慮一些最終使用者的需求。比如,如果設(shè)計的是一塊開發(fā)板,那么在進行PCB設(shè)計的時候就要考慮放置更多的絲印信息,這樣在使用的時候會更方便,不用來回的查找原理圖或者找設(shè)計人員支持了。如果設(shè)計的是一個量產(chǎn)產(chǎn)品,那么就要更多的考慮到生產(chǎn)線上會遇到的問題,同類型的器件盡量方向一致,器件間距是否合適,板子的工藝邊寬度等等。這些問題考慮的越早,越不會影響后面的設(shè)計,也可以減少后面支持的工作量和改板的次數(shù)??瓷先ラ_始設(shè)計上用的時間增加了,實際上是減少了自己后續(xù)的工作量。在板子空間信號允許的情況下,盡量放置更多的測試點,提高板子的可測性,這樣在后續(xù)調(diào)試階段同樣能節(jié)省更多的時間,給發(fā)現(xiàn)問題提供更多的思路。
在基于信號完整性計算機分析的PCB設(shè)計方法中,最為核心的部分就是PCB板級信號完整性模型的建立,這是與傳統(tǒng)的設(shè)計方法的區(qū)別之處。SI模型的正確性將決定設(shè)計的正確性,而SI模型的可建立性則決定了這種設(shè)計方法的可行性。目前構(gòu)成器件模型的方法有兩種:一種是從元器件的電學(xué)工作特性出發(fā),把元器件看成‘黑盒子’,測量其端口的電氣特性,提取器件模型,而不涉及器件的工作原理,稱為行為級模型。這種模型的代表是IBIS模型和S參數(shù)。其優(yōu)點是建模和使用簡單方便,節(jié)約資源,適用范圍廣泛,特別是在高頻、非線性、大功率的情況下行為級模型是一個選擇。缺點是精度較差,一致性不能保證,受測試技術(shù)和精度的影響。另一種是以元器件的工作原理為基礎(chǔ),從元器件的數(shù)學(xué)方程式出發(fā),得到的器件模型及模型參數(shù)與器件的物理工作原理有密切的關(guān)系。SPICE 模型是這種模型中應(yīng)用最廣泛的一種。其優(yōu)點是精度較高,特別是隨著建模手段的發(fā)展和半導(dǎo)體工藝的進步和規(guī)范,人們已可以在多種級別上提供這種模型,滿足不同的精度需要。缺點是模型復(fù)雜,計算時間長。一般驅(qū)動器和接收器的模型由器件廠商提供,傳輸線的模型通常從場分析器中提取,封裝和連接器的模型即可以由場分析器提取,又可以由制造廠商提供。在電子設(shè)計中已經(jīng)有多種可以用于PCB板級信號完整性分析的模型,其中最為常用的有三種,分別是SPICE、IBIS和Verilog-AMS、VHDL-AMS。
浙江專業(yè)電路板組裝測試覆銅,就是將PCB上閑置的空間作為基準面,然后用固體銅填充,這些銅區(qū)又稱為灌銅。專業(yè)電路板組裝測試敷銅的意義在于,減小地線阻抗,提高抗干擾能力;降低壓降,提高電源效率;還有,與地線相連,減小環(huán)路面積。如果PCB的地較多,有SGND、AGND、GND,等等,如何覆銅?我的做法是,根據(jù)PCB板面位置的不同,分別以最主要的“地”作為基準參考來獨立覆銅,數(shù)字地和模擬地分開來敷銅自不多言。同時在覆銅之前,首先加粗相應(yīng)的電源連線:V5.0V、V3.6V、V3.3V(SD卡供電),等等。這樣一來,就形成了多個不同形狀的多變形結(jié)構(gòu)。覆銅需要處理好幾個問題:一是不同地的單點連接,二是晶振附近的覆銅,電路中的晶振為一高頻發(fā)射源,做法是在環(huán)繞晶振敷銅,然后將晶振的外殼另行接地。三是孤島(死區(qū))問題,如果覺得很大,那就定義個地過孔添加進去也費不了多大的事。另外,大面積覆銅好還是網(wǎng)格覆銅好,不好一概而論。為什么呢?大面積覆銅,如果過波峰焊時,板子就可能會翹起來,甚至?xí)鹋?。從這點來說,網(wǎng)格的散熱性要好些。通常是高頻電路對抗干擾要求高的多用網(wǎng)格,低頻電路有大電流的電路等常用完整的鋪銅。補充下:在數(shù)字電路中,特別是帶MCU的電路中,兆級以上工作頻率的電路,敷銅的作用就是為了降低整個地平面的阻抗。更具體的處理方法我一般是這樣來操作的:各個核心模塊(也都是數(shù)字電路)在允許的情況下也會分區(qū)敷銅,然后再用線把各個敷銅連接起來,這樣做的目的也是為了減小各級電路之間的影響。對于數(shù)字電路模擬電路 混合的電路,地線的獨立走線,以及到最后到電源濾波電容處的匯總就不多說了,大家都清楚。不過有一點:模擬電路里的地線分布,很多時候不能簡單敷成一片銅皮就了事,因為模擬電路里很注重前后級的互相影響,而且模擬地也要求單點接地,所以能不能把模擬地敷成銅皮還得根據(jù)實際情況處理。(這就要求對所用到的模擬IC的一些特殊性能還是要了解的)
(一) 畫好原理圖很多工程師都覺得layout工作更重要一些,原理圖就是為了生成網(wǎng)表方便PCB做檢查用的。其實,在后續(xù)電路調(diào)試過程中原理圖的作用會更大一些。無論是查找問題還是和同事交流,還是原理圖更直觀更方便。另外養(yǎng)成在原理圖中做標(biāo)注的習(xí)慣,把各部分電路在layout的時候要注意到的問題標(biāo)注在原理圖上,對自己或者對別人都是一個很好的提醒。層次化原理圖,把不同功能不同模塊的電路分成不同的頁,這樣無論是讀圖還是以后重復(fù)使用都能明顯的減少工作量。使用成熟的設(shè)計總是要比設(shè)計新電路的風(fēng)險小。每次看到把所有電路都放在一張圖紙上,一片密密麻麻的器件,腦袋就能大一圈。(二) 好好進行電路布局心急的工程師畫完原理圖,把網(wǎng)表導(dǎo)入PCB后就迫不及待的把器件放好,開始拉線。其實一個好的PCB布局能讓你后面的拉線工作變得簡單,讓你的PCB工作的更好。每一塊板子都會有一個信號路徑,PCB布局也應(yīng)該盡量遵循這個信號路徑,讓信號在板子上可以順暢的傳輸,人們都不喜歡走迷宮,信號也一樣。如果原理圖是按照模塊設(shè)計的,PCB也一樣可以。按照不同的功能模塊可以把板子劃分為若干區(qū)域。模擬數(shù)字分開,電源信號分開,發(fā)熱器件和易感器件分開,體積較大的器件不要太靠近板邊,注意射頻信號的屏蔽等等……多花一分的時間去優(yōu)化PCB的布局,就能在拉線的時候節(jié)省更多的時間。
現(xiàn)在市面上流行的EDA工具軟件很多,但除了使用的術(shù)語和功能鍵的位置不一樣外都大同小異,如何用這些工具更好地實現(xiàn)PCB的設(shè)計呢?在開始布線之前對設(shè)計進行認真的分析以及對工具軟件進行認真的設(shè)置將使設(shè)計更加符合要求。下面是一般的設(shè)計過程和步驟。1、確定PCB的層數(shù)電路板尺寸和布線層數(shù)需要在設(shè)計初期確定。如果設(shè)計要求使用高密度球柵數(shù)組(BGA)組件,就必須考慮這些器件布線所需要的最少布線層數(shù)。布線層的數(shù)量以及層疊(stack-up)方式會直接影響到印制線的布線和阻抗。板的大小有助于確定層疊方式和印制線寬度,實現(xiàn)期望的設(shè)計效果。多年來,人們總是認為電路板層數(shù)越少成本就越低,但是影響電路板的制造成本還有許多其它因素。近幾年來,多層板之間的成本差別已經(jīng)大大減小。在開始設(shè)計時最好采用較多的電路層并使敷銅均勻分布,以避免在設(shè)計臨近結(jié)束時才發(fā)現(xiàn)有少量信號不符合已定義的規(guī)則以及空間要求,從而被迫添加新層。在設(shè)計之前認真的規(guī)劃將減少布線中很多的麻煩。2、設(shè)計規(guī)則和限制自動布線工具本身并不知道應(yīng)該做些什幺。為完成布線任務(wù),布線工具需要在正確的規(guī)則和限制條件下工作。不同的信號線有不同的布線要求,要對所有特殊要求的信號線進行分類,不同的設(shè)計分類也不一樣。每個信號類都應(yīng)該有優(yōu)先級,優(yōu)先級越高,規(guī)則也越嚴格。規(guī)則涉及印制線寬度、過孔的最大數(shù)量、平行度、信號線之間的相互影響以及層的限制,這些規(guī)則對布線工具的性能有很大影響。認真考慮設(shè)計要求是成功布線的重要一步。