【原創】PCB設計的核心——解決問題
發布時間:2014-09-05 責任編輯:stone
【導讀】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。
進行印刷電路板(PCB)設(she)計(ji)是(shi)指(zhi)通(tong)過(guo)設(she)計(ji)原(yuan)理(li)圖(tu)紙(zhi),進(jin)行(xing)線(xian)路(lu)布(bu)局(ju),以(yi)盡(jin)可(ke)能(neng)低(di)的(de)成(cheng)本(ben)生(sheng)產(chan)電(dian)路(lu)板(ban)。過(guo)去(qu),這(zhe)通(tong)常(chang)需(xu)要(yao)借(jie)助(zhu)於(yu)價(jia)格(ge)昂(ang)貴(gui)的(de)專(zhuan)用(yong)工(gong)具(ju)才(cai)能(neng)完(wan)成(cheng),但(dan)是(shi)現(xian)在(zai),隨(sui)著(zhe)免(mian)費(fei)的(de)高(gao)性(xing)能(neng)軟(ruan)件(jian)工(gong)具(ju)——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。
jinguangongchengshejirenyuanzhidao,yigewanmeideshejifanganshibimianwentichuxiandezuijiafangshi,buguozherengshiyizhongjilangfeishijianyoulangfeijinqian,tongshizhibiaobuzhibendefangfa。biru,ruguozaidiancijianrongxing(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。

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)。
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deCE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、以及高速數據轉換器等。由於電路板設計存在缺陷, 這些噪聲能夠被信道捕獲,並作為小型天線進行輻射,從而產生雜頻噪聲及頻率異常區域。
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;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。
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。
shejiguizejiancetongyangyeshiyigefeichangyoulidegongju,nenggouduixianlujinxingjiance,quebaoxianluzhijiandejulibuzhiyuguojin,congerzaochenghuiluguoduan。buguo,zhengtishejirengranjuyouhengaodejingjijiazhi。shejiguihuajiancegongjutongshiyekeyiyonglaijiancehetiaozhengdianyuancengyujiediceng,bimianchanshengdadebanshengdianrongquyu。
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。
作者:RS Components全球技術營銷總監Mark Cundle
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