【原创】PCB设计过程的点点滴滴

2021-5-6 15:25

#申请原创#

【原创】针对特殊要求的拼板方式
https://bbs.21ic.com/icview-3056778-1-1.html?fromuser=hobbye501

【原创】详细介绍如何使用拼板矩阵拼板
https://bbs.21ic.com/icview-3057108-1-1.html?fromuser=hobbye501

【原创】介绍如何新建一个完整的PCB工程及输出文档
https://bbs.21ic.com/icview-3057736-1-1.html

【原创】原理图绘制过程中的几点特殊用法
https://bbs.21ic.com/icview-3127508-1-1.html

前几篇分别介绍了拼板方式和如何使用拼板矩阵，还有就是如何新建一个完整的PCB工程呢，还有原理图好UI在过程中的几点特殊用法，
那接下来我们又要开始做什么呢？那就是PCB设计过程的点点滴滴吧！
主要就是：布局，布线，DRC规则，检测等等。

@21小跑堂 @21小跑堂 @21小跑堂

由原理图设计转成PCB设计后，就像是走进了另一扇门，另一个世界一样。完全不一样了。
PCB设计是整个硬件设计最核心的地方了。它就跟你手里的PCB板子一模一样。
就跟一个画家，画出了眼前的美景美物一样。那种成就感，满足感是无法形容的。

首先，布局来说的话，就是根据电气结构及板子外型放置不同功能模块的电路。

在布局之前要先确定板子的形状和大小，这关乎制作的成本和现实中的实际使用。画好板子形状之后，主控芯片放在板卡的中心位置，当然这不是必须的，根据原理图和实际使用的情况在制定。外接顶针要放置在板卡的边缘位置。电源放置在板卡的开阔地带，便于散热。实时存储芯片放置在主芯片的周围便于存储。

在板子上布置去耦电容，需要在合适的位置布置合适的电容。例：在模拟器件的供电端口就近添加，并且需要用不同的电容值去滤除不同频率的杂散信号

其次，叠层设计，采用多层板首先可以提供完整的地平面，另外可以提供更多的信号层，方便走线。所以叠层的时候根据自己的实际情况决定就行。多层板布局时，因为电源和地层在内层，要注意不要有悬浮的地平面或电源平面，另外要确保打到地上的过孔确实连到了地平面上，最后是要为一些重要的信号加一些测试点，方便调试的时候进行测量

再次，布线，在布线的时候可以模块化布线。将所有元器件分成几组分别进行布线。当然在布线之前需要对信号线做阻抗仿真计算出线宽和线和地的距离。电源线需要根据电流的大小决定线宽地在混合信号PCB时候一般不用“线”了，而是用整个平面，这样才能保证回路电阻最小，并且信号线下面有一个完整的平面。

线宽和与之匹配的过孔大小比例关系很难说有一个简单的比例关系，因为这两个的模拟不一样。一个是面传输一个是环状传输。对这种比例关系可以在网上找一个过孔的阻抗计算软件，然后保持过孔的阻抗和传输线的阻抗一致就行。如果板卡中有多个AD转换芯片，要尽量将几个ADC放在一起模拟地数字地在ADC下方单点连接。

一个好的 PCB 设计，需要做到自身尽量少的向外发射电磁辐射，还要防止外来的电磁辐射对自身的干扰。最好的方法是屏蔽，阻止外部干扰进入。电路上，比如有 INA 时，需要在 INA 前加
RFI滤波器滤除 RF 干扰。
对于电路板的铺铜设置，如果内部有完整的地平面和电源平面，则顶层和底层可以不敷铜

有些器件的引脚较细，有些人会担心 PCB 板上走线较粗，连接后会不会造成阻抗不匹配的问题？这要看是什么器件．而且器件的阻抗一般在数据手册上给出，一般和引脚粗细关系不

差分线可以通过走蛇形线来解决等长的问题，现在大多数的 PCB 软件都可以自动走等长线，很方便

在设计 PCB 时，好的 EMI/EMC 设计必须一开始布局时就要考虑到器件的位置, PCB 叠层的安排，重要联机的走法，器件的选择等。例如时钟产生器的位置尽量不要靠近对外的连接器，高速信号尽量走内层并注意特性阻抗匹配与参考层的连续以减少反射，器件所推的信号之斜率(slew rate)尽量小以减低高频成分，选择去耦合(decoupling/bypass)电容时注意其频率响应是否符合需求以降低电源层噪声。另外，注意高频信号电流之回流路径使其回路面积尽量小(也就是回路阻抗 loop impedance尽量小)以减少辐射，还可以用分割地层的方式以控制高频噪声的范围，最后，适当的选择PCB 与外壳的接地点(chassis ground)。

采用盲孔或埋孔是提高多层板密度、减少层数和板面尺寸的有效方法，并大大减少了镀覆通孔的数量。但相比较而言，通孔在工艺上好实现，成本较低，所以一般设计中都使用通孔。

在布板时，过孔的多少问题，对于低频信号，过孔不要紧，高频信号尽量减少过孔。如果线多可以考虑多层板；

PCB板布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，同时也需确认所制定的规则是否符合PCB板生产工艺的需求，一般检查有如下几个方面：

　　(1)线与线，线与元件焊盘，线与贯通孔，元件焊盘与贯通孔，贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理，是否满足生产要求。

　　(2)电源线和地线的宽度是否合适，电源与地线之间是否紧耦合(低的波阻抗)，在PCB板中是否还有能让地线加宽的地方。

　　(3)对于关键的信号线是否采取了最佳措施，如长度最短，加保护线，输入线及输出线被明显地分开。

　　(4)模拟电路和数字电路部分，是否有各自独立的地线。

　　(5)后加在PCB板中的图形(如图标、注标)是否会造成信号短路。对一些不理想的线形进行修改。

　　(6)在PCB板上是否加有工艺线，阻焊是否符合生产工艺的要求，阻焊尺寸是否合适，字符标志是否压在器件焊盘上，以免影响电装质量。

　　(7)多层PCB板中的电源地层的外框边缘是否缩小，如电源地层的铜箔露出板外容易造成短路。