PCB設(shè)計(jì)是一個(gè)細(xì)致的工作,需要的就是細(xì)心和耐心。剛開(kāi)始做設(shè)計(jì)的新手經(jīng)常犯的錯(cuò)誤就是一些細(xì)節(jié)錯(cuò)誤。器件管腳弄錯(cuò)了,器件封裝用錯(cuò)了,管腳順序畫(huà)反了等等,有些可以通過(guò)飛線來(lái)解決,有些可能就讓一塊板子直接變成了廢品。畫(huà)封裝的時(shí)候多檢查一遍,投板之前把封裝打印出來(lái)和實(shí)際器件比一下,多看一眼,多檢查一遍不是強(qiáng)迫癥,只是讓這些容易犯的低級(jí)錯(cuò)誤盡量避免。否則設(shè)計(jì)的再好看的板子,上面布滿(mǎn)飛線,也就遠(yuǎn)談不上優(yōu)秀了。(二) 學(xué)會(huì)設(shè)置規(guī)則其實(shí)現(xiàn)在不光高級(jí)的PCB設(shè)計(jì)軟件需要設(shè)置布線規(guī)則,一些簡(jiǎn)單易用的PCB工具同樣可以進(jìn)行規(guī)則設(shè)置。人腦畢竟不是機(jī)器,那就難免會(huì)有疏忽有失誤。所以把一些容易忽略的問(wèn)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(jí)錯(cuò)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(dòng)布線功能,如果規(guī)則設(shè)置足夠詳細(xì),讓工具自己幫你去設(shè)計(jì),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(jìn)行PCB設(shè)計(jì)的時(shí)候,盡量多考慮一些最終使用者的需求。比如,如果設(shè)計(jì)的是一塊開(kāi)發(fā)板,那么在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)的時(shí)候就要考慮放置更多的絲印信息,這樣在使用的時(shí)候會(huì)更方便,不用來(lái)回的查找原理圖或者找設(shè)計(jì)人員支持了。如果設(shè)計(jì)的是一個(gè)量產(chǎn)產(chǎn)品,那么就要更多的考慮到生產(chǎn)線上會(huì)遇到的問(wèn)題,同類(lèi)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(wèn)題考慮的越早,越不會(huì)影響后面的設(shè)計(jì),也可以減少后面支持的工作量和改板的次數(shù)??瓷先ラ_(kāi)始設(shè)計(jì)上用的時(shí)間增加了,實(shí)際上是減少了自己后續(xù)的工作量。在板子空間信號(hào)允許的情況下,盡量放置更多的測(cè)試點(diǎn),提高板子的可測(cè)性,這樣在后續(xù)調(diào)試階段同樣能節(jié)省更多的時(shí)間,給發(fā)現(xiàn)問(wèn)題提供更多的思路。
臺(tái)灣專(zhuān)業(yè)FPC柔性版線路板打樣本身的基板是由隔熱、并不易彎曲的材質(zhì)所制作成。在表層能夠看到的很小線路材料是銅箔,FPC柔性版生產(chǎn)廠原本銅箔是覆蓋在整個(gè)線路板板上的,并且在生產(chǎn)過(guò)程中部份被蝕刻掉,留下來(lái)的就變成網(wǎng)狀的細(xì)小線路了。這些線路被稱(chēng)作導(dǎo)線或稱(chēng)布線,用來(lái)提供線路板上零件的電路連接。通常PCB板的顏色都是棕色或是綠色,這是阻焊漆的顏色。是絕緣的防護(hù)層,可以保護(hù)銅線,也可以防止零件被焊到錯(cuò)誤的地方。現(xiàn)在顯卡和主板上都是多層板,很大程度上可以增加布線的面積。多層板用上了更多單或雙面的布線板,并在每層板間放進(jìn)一層絕緣層后壓合。PCB板的層數(shù)就代表了有幾層獨(dú)立的布線層,通常層數(shù)都是偶數(shù),并且包含最外側(cè)的兩層,常見(jiàn)的PCB板一般是4~8層的結(jié)構(gòu)。很多PCB板的層數(shù)可以通過(guò)觀看PCB板的切面看出來(lái)。但實(shí)際上,沒(méi)有人能有這么好的眼力。所以,下面再教大家一種方法。多層板打樣的電路連接是通過(guò)埋孔和盲孔技術(shù),主板和顯示卡大多使用4層的PCB板,也有些是采用6、8層,甚至10層的PCB板。要想看出是PCB有多少層,通過(guò)觀察導(dǎo)孔就可以辯識(shí),因?yàn)樵谥靼搴惋@示卡上使用的4層板是第1、第4層走線,其他幾層另有用途(地線和電源)。所以,同雙層板一樣,導(dǎo)孔會(huì)打穿PCB板。如果有的導(dǎo)孔在PCB板正面出現(xiàn),卻在反面找不到,那么就一定是6/8層板了。如果PCB板的正反面都能找到相同的導(dǎo)孔,自然就是4層板了。把主板對(duì)著有光處,看到導(dǎo)孔的位置,如果能透光,這就是8/6層板,否就是四層板.
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(yǔ)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(shí)現(xiàn)PCB的設(shè)計(jì)呢?在開(kāi)始布線之前對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行認(rèn)真的分析以及對(duì)工具軟件進(jìn)行認(rèn)真的設(shè)置將使設(shè)計(jì)更加符合要求。下面是一般的設(shè)計(jì)過(guò)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(jì)初期確定。如果設(shè)計(jì)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(huì)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(shí)現(xiàn)期望的設(shè)計(jì)效果。多年來(lái),人們總是認(rèn)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(lái),多層板之間的成本差別已經(jīng)大大減小。在開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)臨近結(jié)束時(shí)才發(fā)現(xiàn)有少量信號(hào)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(jì)之前認(rèn)真的規(guī)劃將減少布線中很多的麻煩。2、設(shè)計(jì)規(guī)則和限制自動(dòng)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(hào)線有不同的布線要求,要對(duì)所有特殊要求的信號(hào)線進(jìn)行分類(lèi),不同的設(shè)計(jì)分類(lèi)也不一樣。每個(gè)信號(hào)類(lèi)都應(yīng)該有優(yōu)先級(jí),優(yōu)先級(jí)越高,規(guī)則也越嚴(yán)格。規(guī)則涉及印制線寬度、過(guò)孔的最大數(shù)量、平行度、信號(hào)線之間的相互影響以及層的限制,這些規(guī)則對(duì)布線工具的性能有很大影響。認(rèn)真考慮設(shè)計(jì)要求是成功布線的重要一步。
覆銅,就是將PCB上閑置的空間作為基準(zhǔn)面,然后用固體銅填充,這些銅區(qū)又稱(chēng)為灌銅。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(zhǔn)參考來(lái)獨(dú)立覆銅,數(shù)字地和模擬地分開(kāi)來(lái)敷銅自不多言。同時(shí)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(lái),就形成了多個(gè)不同形狀的多變形結(jié)構(gòu)。覆銅需要處理好幾個(gè)問(wèn)題:一是不同地的單點(diǎn)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(wèn)題,如果覺(jué)得很大,那就定義個(gè)地過(guò)孔添加進(jìn)去也費(fèi)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(guò)波峰焊時(shí),板子就可能會(huì)翹起來(lái),甚至?xí)鹋?。從這點(diǎn)來(lái)說(shuō),網(wǎng)格的散熱性要好些。通常是高頻電路對(duì)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(bǔ)充下:在數(shù)字電路中,特別是帶MCU的電路中,兆級(jí)以上工作頻率的電路,敷銅的作用就是為了降低整個(gè)地平面的阻抗。更具體的處理方法我一般是這樣來(lái)操作的:各個(gè)核心模塊(也都是數(shù)字電路)在允許的情況下也會(huì)分區(qū)敷銅,然后再用線把各個(gè)敷銅連接起來(lái),這樣做的目的也是為了減小各級(jí)電路之間的影響。對(duì)于數(shù)字電路模擬電路 混合的電路,地線的獨(dú)立走線,以及到最后到電源濾波電容處的匯總就不多說(shuō)了,大家都清楚。不過(guò)有一點(diǎn):模擬電路里的地線分布,很多時(shí)候不能簡(jiǎn)單敷成一片銅皮就了事,因?yàn)槟M電路里很注重前后級(jí)的互相影響,而且模擬地也要求單點(diǎn)接地,所以能不能把模擬地敷成銅皮還得根據(jù)實(shí)際情況處理。(這就要求對(duì)所用到的模擬IC的一些特殊性能還是要了解的)
如果阻抗變化只發(fā)生一次,例如線寬從8mil變到6mil后,一直保持6mil寬度這種情況,要達(dá)到突變處信號(hào)反射噪聲不超過(guò)電壓擺幅的5%這一噪聲預(yù)算要求,阻抗變化必須小于10%。這有時(shí)很難做到,以 FR4板材上微帶線的情況為例,我們計(jì)算一下。如果線寬8mil,線條和參考平面之間的厚度為4mil,特性阻抗為46.5歐姆。線寬變化到6mil后特性阻抗變成54.2歐姆,阻抗變化率達(dá)到了20%。反射信號(hào)的幅度必然超標(biāo)。至于對(duì)信號(hào)造成多大影響,還和信號(hào)上升時(shí)間和驅(qū)動(dòng)端到反射點(diǎn)處信號(hào)的時(shí)延有關(guān)。但至少這是一個(gè)潛在的問(wèn)題點(diǎn)。幸運(yùn)的是這時(shí)可以通過(guò)阻抗匹配端接解決問(wèn)題。如果阻抗變化發(fā)生兩次,例如線寬從8mil變到6mil后,拉出2cm后又變回8mil。那么在2cm長(zhǎng)6mil寬線條的兩個(gè)端點(diǎn)處都會(huì)發(fā)生反射,一次是阻抗變大,發(fā)生正反射,接著阻抗變小,發(fā)生負(fù)反射。如果兩次反射間隔時(shí)間足夠短,兩次反射就有可能相互抵消,從而減小影響。假設(shè)傳輸信號(hào)為1V,第Y次正反射有0.2V被反射,1.2V繼續(xù)向前傳輸,第二次反射有 -0.2*1.2 = 0.24v被反射回。再假設(shè)6mil線長(zhǎng)度極短,兩次反射幾乎同時(shí)發(fā)生,那么總的反射電壓只有0.04V,小于5%這一噪聲預(yù)算要求。因此,這種反射是否影響信號(hào),有多大影響,和阻抗變化處的時(shí)延以及信號(hào)上升時(shí)間有關(guān)。研究及實(shí)驗(yàn)表明,只要阻抗變化處的時(shí)延小于信號(hào)上升時(shí)間的20%,反射信號(hào)就不會(huì)造成問(wèn)題。如果信號(hào)上升時(shí)間為1ns,那么阻抗變化處的時(shí)延小于0.2ns對(duì)應(yīng)1.2英寸,反射就不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。也就是說(shuō),對(duì)于本例情況,6mil寬走線的長(zhǎng)度只要小于3cm就不會(huì)有問(wèn)題。