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能看懂PCB布线,你就是个天才!

[导读]PCB布线,就是铺设通电信号的道路连接各个器件。

  PCB布线,就是铺设通电信号的道路连接各个器件,这好比修道路,连接各个城市通汽车,道路建设要求一去一回两条线,PCB布线同样道理,需要形成一个两条线的回路,对于低频电路角度上讲,是回路,对于高速电磁场来讲,是传输线,最常见的如差分信号线。比如USB、网线等。

  差分信号线,是连接器件信号的理想模型。对信号要求越高的,越要靠近差分信号线。

  一块板子器件非常多,若都按差分线布,一是PCB的面积太大,二是要布2N条线,工作量太大,难度也很大,于是人们针对实际需求提出了多层PCB的概念,最典型的就是双面PCB板。把底部一层作为公共的参考回路,这样布线只需要布N+1根即可,PCB版面也大大缩小。

  每个layout工程师对layout都有自己的理解方式,同一块PCB,不同的layout工程师会画出不同的效果,在不影响PCB的性能的前提下,元器件的placement和layout是否美观这就是看layout工程师的能力了,可以说一位优秀的layout工程师就是一个艺术家!

  下图为VPX机箱板卡的TOP丝印层:

  可以看出从器件排布来看,一些芯片的滤波退耦电容都紧靠芯片周围,FPGA挂的几颗DDR尽量也都靠近FPGA,并且排布整齐,打开TOP层:是否就感觉很复杂很高端的样子了?

  归根到底,PCBlayout再好看,前提得把功能,性能跑通了,否则就是渣。像这种系统级板卡,硬件成本上万,能把功能实现就不错了,从老手来讲,看到你的的元器件导入以后,基本就可以估计出板卡layout需要多长时间,板卡不是层数越多越牛逼,层数多的有些时候是为了照顾敏感信号才加的,有可能一层才有几根线,为什么有些时候别人布板用四层,你却用六层,你有没有考虑过你对有些信号的布线长度是信号线还是传输线,是否会受干扰等方面考虑。

  一般情况下,板卡优先看布局是否模块化,整齐的前提是要保证敏感信号是否是经过优先处理的整体器件的摆放是否整齐,都是要看时间的,有经验的会在布局初期的时候就把敏感信号的走向,走层,器件第一管腿朝向,阻容方向,焊接时板卡过机器的的方向,板卡出问题时器件维修时对周围器件的影响都考虑在内。

  一般常见的丝印呀,注释呀,测试点呀等等的放置位置也体现了基本功,对于那些同一板卡用了多个相同的电路的,我只想说这只是调整移动间距分分钟就能实现的,高手高在哪里,同样是板卡,还是看谁的性能稳定,出板速度快。

  一般PCB基本设计流程如下:前期准备-----PCB结构设计-----PCB布局-----布线-----布线优化和丝印-----网络和DRC检查和结构检查-----制版。

  PCB布线的顺序:

  布线要整齐划一,不能纵横交错毫无章法。这些都要在保证电器性能和满足其他个别要求的情况下实现,否则就是舍本逐末了,在PCB的设计过程中,布线一般有这么三种境界的划分:

  (1)首先是布通,这时PCB设计时的最基本的要求。如果线路都没布通,搞得到处是飞线,那将是一块不合格的板子,可以说还没入门。

  (2)其次是电器性能的满足,这是衡量一块 印刷电路板是否合格的标准。这是在布通之后,认真调整布线,使其能达到最佳的电器性能。

  (3)接着是美观,假如你的布线布通了,也没有什么影响电器性能的地方, 但是一眼看过去杂乱无章的,加上五彩缤纷、花花绿绿的,那就算你的电器性能怎么好,在别人眼里还是垃圾一块。这样给测试和维修带来极大的不便。

  PCB布线原则:

  (1)关键的线尽量短而粗,并在两边加上保护地。

  (2)关键信号应预留测试点,以方便生产和维修检测用

  (3)任何信号线都不要形成环路,如不可避免,环路应尽量小;信号线的过孔要尽量少;

  (4)通过扁平电缆传送敏感信号和噪声场带信号时,要用“地线-信号-地线”的方式引出。

  (5)预先对要求比较严格的线(如高频线)进行布线,输入端与输出端的边线应避免相邻平行,以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离,两相邻层的布线要互相垂直,平行容易产生寄生耦合。

  (6)振荡器外壳接地,时钟线要尽量短,且不能引得到处都是。时钟振荡电路下面、特殊高速逻辑电路部分要加大地的面积,而不应该走其它信号线,以使周围电场趋近于零;

  (7)尽可能采用45o的折线布线,不可使用90o折线,以减小高频信号的辐射;(要求高的线还要用双弧线)

  (8)原理图布线完成后,应对布线进行优化;同时,经初步网络检查和DRC检查无误后,对未布线区域进行地线填充,用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板,电源,地线各占用一层。

  (9)一般情况下,首先应对电源线和地线进行布线,以保证电路板的电气性能。在条件允许的范围内,尽量加宽电源、地线宽度,最好是地线比电源线宽,它们的关系 是:地线>电源线>信号线,通常信号线宽为:0.2~0.3mm,最细宽度可达0.05~0.07mm,电源线一般为1.2~2.5mm。对数字电路的 PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地则不能这样使用)

  PCBLayout工程师设计完成的PCB板,看能否符合如下要求,符合条数越多,设计水平越厉害:

  1、功能运行正常;

  2、满足EMC测试要求;

  3、PCB性价比高;

  4、布局、布线整洁美观;

  5、设计时间短,工作效率高;

  对于高频、大电流方面的PCB布线,比如开关电源等,最忌讳的就是驱动信号被输出强电流、强电压干扰。MOS管的驱动信号,很容易受输出强电流的影响,两者要保持一定的距离,不要靠的太近。模拟音响时代,运放放大倍数过高,就会出现自激效应,原因同MOS管一样。

  PCB布线的载体是PCB板,一般参考地跟PCB板边离1mm附近,信号线离参考地边缘1mm附近,这样把信号都约束在PCB板内,可以降低EMC辐射,当对PCB设计还没有概念的,就多想想我们日常的道路,两者完全一致。

  总之,单单讲PCB的层数和速率是不能评定技术厉害与否,当器件数量多、信号速率高等相同的条件下,能以面积越小,层数越少,设计生产成本越低的板子完成设计,并保证良好的电气性能和布局布线美观。做到这些,相对比较厉害。

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