PCB(Printed Circuit Board),中文名稱(chēng)為印制電路板,又稱(chēng)印刷電路板、印刷線(xiàn)路板,是重要的電子部件,是電子元器件的支撐體,是電子元器件電氣連接的提供者。自從人類(lèi)第一次連接碳片和硅片形成可工作電子產(chǎn)品以來(lái)PCB一直是電子行業(yè)的支柱。
選擇PCB 板材必須在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求和可量產(chǎn)性及成本中間取得平衡點(diǎn)。設(shè)計(jì)需求包含電氣和機(jī)構(gòu)這兩部分。通常在設(shè)計(jì)非常高速的PCB 板子(大于GHz 的頻率)時(shí)這材質(zhì)問(wèn)題會(huì)比較重要。例如,現(xiàn)在常用的FR-4 材質(zhì),在幾個(gè)GHz 的頻率時(shí)的介質(zhì)損(dielectric loss)會(huì)對(duì)信號(hào)衰減有很大的影響,可能就不合用。
復(fù)雜度日益增加的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求高性能FPGA的設(shè)計(jì)與PCB設(shè)計(jì)并行進(jìn)行。通過(guò)整合FPGA和PCB設(shè)計(jì)工具以及采用高密度互連(HDI)等先進(jìn)的制造工藝,這種設(shè)計(jì)方法可以降低系統(tǒng)成本、優(yōu)化系統(tǒng)性能并縮短設(shè)計(jì)周期。
電源電路是一個(gè)電子產(chǎn)品的重要組成部分,電源電路設(shè)計(jì)的好壞,直接牽連產(chǎn)品性能的好壞。我們電子產(chǎn)品的電源電路主要有線(xiàn)性電源和高頻開(kāi)關(guān)電源。從理論上講,線(xiàn)性電源是用戶(hù)需要多少電流,輸入端就要提供多少電流;開(kāi)關(guān)電源是用戶(hù)需要多少功率,輸入端就提供多少功率。
PCB設(shè)計(jì)軟件就是以電路原理圖為根據(jù),實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)所需的功能。電路板的設(shè)計(jì)主要指版圖設(shè)計(jì),需要考慮元器件和連線(xiàn)的整體布局,包括內(nèi)部電子元件的優(yōu)化布局;金屬連線(xiàn)和通孔的優(yōu)化布局;電磁防護(hù);散熱等各種因素。
PCB的檢查有很多個(gè)細(xì)節(jié)的要素,本文列舉了一些自認(rèn)為最基本的并且最容易出錯(cuò)的要素,作為后期檢查。
布線(xiàn)(Layout)是PCB設(shè)計(jì)工程師最基本的工作技能之一。走線(xiàn)的好壞將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能,大多數(shù)高速的設(shè)計(jì)理論也要最終經(jīng)過(guò)Layout得以實(shí)現(xiàn)并驗(yàn)證,由此可見(jiàn),布線(xiàn)在高速PCB設(shè)計(jì)中是至關(guān)重要的。
盡管現(xiàn)在的EDA工具很強(qiáng)大,但隨著PCB尺寸要求越來(lái)越小,器件密度越來(lái)越高,PCB設(shè)計(jì)的難度并不小。如何實(shí)現(xiàn)PCB高的布通率以及縮短設(shè)計(jì)時(shí)間呢?本文介紹PCB規(guī)劃、布局和布線(xiàn)的設(shè)計(jì)技巧和要點(diǎn)。
這種刷焊焊盤(pán)在調(diào)試或者后端維修時(shí)最左邊的地焊盤(pán)很容易脫落,后果是整個(gè)板子就報(bào)廢了,產(chǎn)生這種問(wèn)題的原因是:此處焊盤(pán)和地的連接面積過(guò)大,那么導(dǎo)熱就很快,焊接過(guò)程中很快就冷卻了,拉扯過(guò)程中自然就容易脫落了。
對(duì)于印刷電路板(PCB)設(shè)計(jì)而言,這種形勢(shì)尤為明顯。在這個(gè)市場(chǎng)中,消費(fèi)者更希望得到體積更小、價(jià)格更低、速度更快和功能更多的電子產(chǎn)品,再加上不斷縮短的設(shè)計(jì)周期以及在地理上分散的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì),正在不斷推進(jìn)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,并將傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具的使用推向其極限水平。
PCB 設(shè)計(jì)可以減少故障檢查及返工所帶來(lái)的不必要成本。在PCB 設(shè)計(jì)中,由于采用了瞬態(tài)電壓抑止器(TVS)二極管來(lái)抑止因ESD 放電產(chǎn)生的直接電荷注入,因此PCB 設(shè)計(jì)中更重要的是克服放電電流產(chǎn)生的電磁干擾(EMI)電磁場(chǎng)效應(yīng)。本文將提供可以?xún)?yōu)化ESD防護(hù)的PCB 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。
在數(shù)字和模擬并存的系統(tǒng)中,我看到過(guò)有2種處理方法,一個(gè)是數(shù)字地和模擬地分開(kāi),比如在地層,數(shù)字地是獨(dú)立地一塊,模擬地獨(dú)立一塊,單點(diǎn)用銅皮或FB磁珠連接,而電源不分開(kāi);另一種是模擬電源和數(shù)字電源分開(kāi)用FB連接,而地是統(tǒng)一地地。請(qǐng)問(wèn)這兩種方法效果是否一樣?
模擬地/數(shù)字地以及模擬電源/數(shù)字電源只不過(guò)是相對(duì)的概念。提出這些概念的主要原因是數(shù)字電路對(duì)模擬電路的干擾已經(jīng)到了不能容忍的地步。目前的標(biāo)準(zhǔn)處理辦法如下:
因?yàn)檎麄€(gè)設(shè)計(jì)流程是基于信號(hào)完整性分析的,所以在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)之前,必須建立或獲取高速數(shù)字信號(hào)傳輸系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的信號(hào)完整性模型。
由于PCB板上的電子器件密度越來(lái)越大,走線(xiàn)越來(lái)越窄,走線(xiàn)密度也越來(lái)越高,信號(hào)的頻率也越來(lái)越高,不可避免地會(huì)引入EMC(電磁兼容)和EMI(電磁干擾)的問(wèn)題,所以對(duì)電子產(chǎn)品的電磁兼容分析以及應(yīng)用就非常重要了。
Altium公司作為EDA領(lǐng)域里的一個(gè)領(lǐng)先公司,在原來(lái)Protel 99SE的基礎(chǔ)上,應(yīng)用最先進(jìn)的軟件設(shè)計(jì)方法,率先推出了一款基于Windows2000和Windows XP操作系統(tǒng)的EDA設(shè)計(jì)軟件Protel DXP。Protel DXP是第一個(gè)將所有設(shè)計(jì)工具集于一身的板級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng),電子設(shè)計(jì)者從最初的項(xiàng)目模塊規(guī)劃到最終形成生產(chǎn)數(shù)據(jù)都可以按照自己的設(shè)計(jì)方式實(shí)現(xiàn)。
阻抗匹配阻抗匹配是指信號(hào)源或者傳輸線(xiàn)跟負(fù)載之間的一種合適的搭配方式。根據(jù)接入方式阻抗匹配有串行和并行兩種方式;根據(jù)信號(hào)源頻率阻抗匹配可分為低頻和高頻兩種。
解決EMI問(wèn)題的辦法很多,現(xiàn)代的EMI抑制方法包括:利用EMI抑制涂層、選用合適的EMI抑制零配件和EMI仿真設(shè)計(jì)等。本文從最基本的PCB布板出發(fā),討論P(yáng)CB分層堆疊在控制EMI輻射中
在任何開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中,PCB板的物理設(shè)計(jì)都是最后一個(gè)環(huán)節(jié),如果設(shè)計(jì)方法不當(dāng),PCB可能會(huì)輻射過(guò)多的電磁干擾,造成電源工作不穩(wěn)定,以下針對(duì)各個(gè)步驟中所需注意的事項(xiàng)進(jìn)行分析:
在IC的電源引腳附近合理地安置適當(dāng)容量的電容,可使IC輸出電壓的跳變來(lái)得更快。然而,問(wèn)題并非到此為止。由于電容呈有限頻率響應(yīng)的特性,這使得電容無(wú)法在全頻帶上生成干凈地驅(qū)動(dòng)IC輸出所需要的諧波功率。