【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
bujushishejirenyuanshouxianyaomianduideyigewenti。zheyiwentiqujueyutuzhizhongdebufenneirong,yixieshebeijiyuluojikaolvxuyaobeishezhizaiyiqi。danshiyinggaizhuyi,duiwendubijiaomingandeyuanjian,biruchuanganqi,yingdangyubaokuodianyuanzhuanhuanqizaineidechanshengreliangdeyuanjianfenkaishezhi。duiyuyongyouduozhongdianyuanshezhidesheji,12伏和15伏(fu)電(dian)源(yuan)轉(zhuan)換(huan)器(qi),可(ke)以(yi)分(fen)別(bie)設(she)置(zhi)在(zai)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)不(bu)同(tong)位(wei)置(zhi),因(yin)為(wei)它(ta)們(men)產(chan)生(sheng)的(de)熱(re)量(liang)和(he)電(dian)子(zi)噪(zao)聲(sheng)會(hui)對(dui)其(qi)它(ta)元(yuan)件(jian)以(yi)及(ji)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)性(xing)能(neng)造(zao)成(cheng)影(ying)響(xiang)。
shangshuyuanjianyehuiduidianlushejidediancixingnengzaochengyingxiang,zhebujinjinduiyudianlubandexingnenghenenghaoshifenzhongyao,duiyudianlubanjingjixingyehuidailaihendadeyingxiang,yincisuoyouzaiouzhouxiaoshoudedianlubanshebeidoubixuhuodeCE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)queshishiyigebudebuzhongshideyinsu。diancichuanraonenggouyuxindaochanshengouhe,congerjiangxinhaodaluanweizaosheng,yingxiangdianlubandezhengtixingneng。ruguoouhezaoshengguogao,zexinhaoyoukenenghuibeiwanquanfugai,yincibixujiazhuanggengjiaangguidexinhaofangdaqi,cainenggouhuifuzhengchang。buguo,ruguozaidianlubandeshejizhichu,jiunenggouchongfenkaolvdaoxinhaoxianlubujudehua,shangshuwentijiukeyibimian。youyudianlubandeshejihuigenjubutongshebei、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、在(zai)其(qi)中(zhong)一(yi)條(tiao)線(xian)路(lu)上(shang)加(jia)裝(zhuang)扭(niu)結(jie)從(cong)而(er)切(qie)斷(duan)耦(ou)合(he)等(deng)方(fang)式(shi),上(shang)述(shu)問(wen)題(ti)可(ke)以(yi)相(xiang)對(dui)容(rong)易(yi)地(di)加(jia)以(yi)解(jie)決(jue)。不(bu)過(guo),這(zhe)也(ye)需(xu)要(yao)工(gong)程(cheng)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)充(chong)分(fen)考(kao)慮(lv)生(sheng)產(chan)設(she)計(ji)原(yuan)則(ze),確(que)保(bao)設(she)計(ji)方(fang)案(an)便(bian)於(yu)製(zhi)造(zao),同(tong)時(shi)避(bi)免(mian)由(you)於(yu)線(xian)路(lu)彎(wan)折(zhe)角(jiao)度(du)過(guo)大(da)造(zao)成(cheng)的(de)任(ren)何(he)噪(zao)聲(sheng)輻(fu)射(she)。線(xian)路(lu)之(zhi)間(jian)的(de)距(ju)離(li)也(ye)有(you)可(ke)能(neng)會(hui)過(guo)近(jin),這(zhe)將(jiang)會(hui)在(zai)線(xian)路(lu)之(zhi)間(jian)產(chan)生(sheng)短(duan)的(de)回(hui)路(lu),尤(you)其(qi)是(shi)在(zai)線(xian)路(lu)彎(wan)折(zhe)處(chu),隨(sui)著(zhe)時(shi)間(jian)的(de)推(tui)移(yi),會(hui)出(chu)現(xian)金(jin)屬(shu)“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;yeyouyinshuadianlubanbujufangmiandefangfa。shejiyuanjiankeyitongguobujugongjujinxingzidonganzhuang,buguoruguonenggouduizidongbujujinxingshoudongtiaojie,jiangyouzhuyutigaodianlubanshejidezhiliang。tongguozheyicuoshi,shejiguizejiancejiangjiezhuyujishuwenjian,quebaodianlubandeshejinenggoumanzudianlubanshengchanchangshangdeyaoqiu。
jiangbutongdedianlubancengjinxingfenge,keyijianshaobanshengdianrong,buguo,zhejiangzengjiadianlubandecengshu,congerzengjiachengben,dailaigengduotongkongfangmiandewenti。jinguancaiyongzhengjiaodianwanggongdianxitonghejiedixianlushejikenenghuizengjiadianlubandewulichicun,danquekeyiyouxiaofahuishuangcengdianlubanzhongjiedicengdexiaoyong,jiangdidianronglianghedianlubanshengchanzhizaodefuzaxing。
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)的(de)編(bian)輯(ji)人(ren)員(yuan),在(zai)開(kai)始(shi)設(she)計(ji)之(zhi)初(chu)便(bian)需(xu)要(yao)對(dui)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)層(ceng)數(shu)有(you)所(suo)了(le)解(jie),例(li)如(ru),一(yi)個(ge)雙(shuang)層(ceng)的(de)電(dian)路(lu)板(ban),則(ze)需(xu)要(yao)有(you)一(yi)個(ge)接(jie)地(di)層(ceng)和(he)一(yi)個(ge)電(dian)源(yuan)層(ceng),兩(liang)個(ge)相(xiang)互(hu)獨(du)立(li)的(de)板(ban)層(ceng)構(gou)成(cheng)。元(yuan)件(jian)自(zi)動(dong)布(bu)局(ju)技(ji)術(shu)的(de)用(yong)處(chu)很(hen)大(da),可(ke)以(yi)幫(bang)助(zhu)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)花(hua)費(fei)更(geng)多(duo)的(de)時(shi)間(jian),來(lai)對(dui)設(she)備(bei)的(de)布(bu)局(ju)區(qu)域(yu)進(jin)行(xing)設(she)計(ji),例(li)如(ru),供(gong)電(dian)設(she)備(bei)如(ru)果(guo)與(yu)敏(min)感(gan)的(de)信(xin)號(hao)線(xian)路(lu)或(huo)者(zhe)是(shi)溫(wen)度(du)較(jiao)高(gao)的(de)區(qu)域(yu)距(ju)離(li)過(guo)近(jin)的(de)話(hua),就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)很(hen)多(duo)問(wen)題(ti)。與(yu)此(ci)相(xiang)同(tong)的(de)是(shi),信(xin)號(hao)線(xian)路(lu)也(ye)可(ke)以(yi)進(jin)行(xing)自(zi)動(dong)布(bu)線(xian),同(tong)時(shi)避(bi)免(mian)大(da)部(bu)分(fen)問(wen)題(ti)的(de)出(chu)現(xian),不(bu)過(guo),對(dui)高(gao)風(feng)險(xian)區(qu)域(yu)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)和(he)手(shou)動(dong)操(cao)作(zuo),將(jiang)有(you)助(zhu)於(yu)大(da)幅(fu)度(du)提(ti)高(gao)印(yin)刷(shua)電(dian)路(lu)板(ban)(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Excellon也ye將jiang帶dai來lai很hen大da幫bang助zhu,有you助zhu他ta們men為wei了le生sheng產chan出chu最zui終zhong的de設she計ji成cheng品pin,而er進jin行xing線xian路lu和he電dian路lu板ban印yin製zhi,以yi及ji通tong孔kong鑽zuan孔kong等deng方fang麵mian的de工gong作zuo。這zhe樣yang一yi來lai,技ji術shu文wen件jian就jiu與yu電dian路lu板ban製zhi造zao商shang緊jin密mi相xiang連lian。
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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