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每個設計師都應該知道的五個PCB設計基礎知識
每個設計師都應該知道的五個PCB設計基礎知識
工程師的PCB設計基礎
良好的設計實踐將確保您的設計能夠大批量生產并以高速工作，無論您是設計印刷電路板還是高速移動。本指南包含現代電路板最重要的PCB設計指南。雖然某些專業設計可能需要遵守額外的布局指南，但此處介紹的PCB設計指南是一個很好的起點。
這些指南旨在幫助您進行布線和可制造性以及基本的信號完整性和組裝。
定義設計規則以確保制造和裝配良率
組件放置是組件放置的目標是確保可解決性以及布線的簡易性
為避免在電路板上布線，請按類型對組件進行分組。
PCB疊層中接地和電源的位置。這包括混合信號PCB布局的一些要點。
尊重機械限制，例如外殼限制和連接器位置
#1 - 在布局PCB設計規則之前，請確定以下內容：
當您開始新設計時，很容易忘記指導您的印刷電路板項目的設計規則。通過在設計早期建立簡單的間隙，可以消除組件移位和重新布線。在哪里可以找到這些信息？
首先與您的PCB制造商聯系。優秀的制造商通常會在網上發布他們的能力，或在文檔中提供這些信息。如果郵件不在他們網站的顯眼位置，請向他們發送電子郵件以詢問他們的能力。在開始放置組件之前，這是一個好主意。當您使用它時，請提交您的疊加以供審核。或者，查找要使用的標準疊加數據。
在您編制了它們的功能列表后，您可以將它們與您將使用的行業可靠性標準（2 類與 3 類或特殊標準）進行比較。在確定了這些點之后，您將需要選擇可制造性或可靠性所需的最保守的設計布局限制。這些可以編碼到您的設計規則中。
您的設計規則將指導您完成布局過程，并幫助消除可能導致裝配或制造問題的任何設計錯誤。一旦您建立了設計規則，就該開始放置過程了。
#2 - 微調你的組件布局
元件放置是PCB設計過程中的關鍵階段。它需要對董事會上所有可用的房地產進行戰略評估。元件放置是關于創建一個易于布線的電路板，盡可能少的層過渡。設計必須遵守設計規則并滿足組件放置的要求。盡管這些點很難平衡，但一個簡單的過程可以幫助設計人員放置滿足這些要求的組件。
必須先放置使用必備組件。有時，由于機械外殼限制或其尺寸，組件必須位于特定位置。這些組件應首先放置，然后鎖定到位，然后再繼續布局的下一部分。
使用大型處理器和集成電路。將高引腳數 IC 連接到您設計中的其他組件。通過集中定位這些組件，可以更輕松地跟蹤PCB的布局。
避免過網。當元件放置在PCB布局中時，可以看到未布線的網絡。應盡量減少交叉網。網絡的每個交叉點都需要通過過孔進行層轉換。如果您可以通過創造性的組件放置消除凈橫截面，您將更容易為您的PCB布局創建最佳布線指南。
SMDPCB設計規則。建議將所有表面貼裝器件 (SMD) 組件放置在同一側。這是因為每個板面都需要自己的SMD焊接線。因此，最好將所有SMD放置在同一側。
玩方向。旋轉零部件以消除交叉點。這可以通過定向連接的焊盤使它們彼此面對來簡化布線。
此PCB設計中的主處理器位于中央，走線從邊緣引出。這是較大IC和外圍設備的理想放置。
如果您遵循第 1 點和第 2 點，則可以更輕松地安排板的其余部分。您的板也將具有現代的外觀和感覺。中央處理器為電路板周邊的所有組件提供數據。
#3 - 使用電源、接地和信號走線
現在您已經準備好所有組件，是時候布置電源、接地和信號走線了。這將確保信號遵循清晰且無故障的路徑。這些是一些提示，可幫助您瀏覽布局過程的這一階段。
電源層和接地層的放置位置
電源和接地通常放置在內部層內的兩層上。這可能不適用于 2 層板。您可以在其中一層上放置一個大的接地層，然后將信號或電源走線路由到第二層。接地平面比嘗試布線接地走線更好。如果組件需要直接電源連接，建議您使用共軌。共軌適用于最小100密耳的組件。
一些指南規定平面層放置應該是對稱的。然而，這不是制造的要求。這對于大型電路板來說可能是必要的，以盡量減少翹曲。但是，對于較小的電路板則不需要。首先，關注電源和接地。接下來，確保所有走線與最近的接地層具有強返回路徑耦合。然后，擔心 PCB疊層內的完美對稱性。
PCB布局布線指南
接下來，連接您的信號跡線以匹配您的原理圖。PCB布局最佳實踐建議應盡可能頻繁地將組件放置在彼此之間。但是，這可能并不總是適用于較大的電路板。如果組件放置需要水平走線，請將走線垂直布線到另一側。這只是眾多重要的PCB設計規則之一。
隨著疊層數量的增加，印刷電路板布局指南和設計印刷電路板的規則變得更加復雜。如果您不使用參考平面分隔信號層，您的布線策略將要求您在交替層中使用交替的水平和垂直線。復雜電路板中常用的許多PCB最佳實踐不適用于專業應用。您將需要根據您的特定應用設計您的PCB。
確定走線寬度
PCB的布局需要走線來連接組件。但是這些走線寬度應該有多寬呢？三個因素會影響不同網絡所需的走線寬度：
制造業。走線不能太薄，否則將無法可靠地制造。大多數情況下，您需要使用比制造商可以生產的更大的走線寬度。
當前的。這決定了防止走線升溫所需的最小寬度。如果電流更大，則跡線必須更大。
阻抗。高速數字信號或無線電波需要具有指定的跡線寬度才能達到所需的阻抗值。這不適用于所有信號和網絡。因此，您不必在設計指南中對每個網絡都設置阻抗控制。
對于大多數低電流模擬和數字信號來說，10 mil 的走線寬度就足夠了。可能需要使印刷電路板走線的寬度超過 0.3 A。您可以使用IPC-2152 nomograph進行檢查。這將確定電流和溫升限制所需的PCB走線寬度。
平面連接器，用于通孔組件的散熱
接地層充當散熱器并在整個電路板上均勻加熱。如果過孔連接到接地層，散熱焊盤將從該過孔移除，以允許熱量流到接地層。這將防止熱量逸出到表面。如果您使用波峰焊將通孔組件連接到板上，這可能會成為一個問題。你需要熱量才能停留在地表附近。
需要PCB布局的散熱功能，以確保可以在波峰焊工藝中制造電路板。這是指直接連接到平面的通孔組件。當通孔直接連接到平面時，可能難以維持工藝溫度。因此，建議使用散熱片。熱釋放會在焊接過程中減慢散熱到平面的速度，以防止出現冷接點。
設計人員通常會告訴您對連接到內部電源或接地層的任何通孔或孔使用散熱圖案。這個建議通常過于籠統。在將您的電路板投入生產之前，請務必向您的制造商尋求指導。
#4 - 將事物分開
您可以找到PCB布線指南，這些指南將幫助您對組件和跟蹤進行分組和分離，從而使您的布線變得簡單并防止電氣干擾。這些指南對于熱管理也很有用，因為您可能需要分離高功率部件。
分組組件
最好將組件組合在PCB布局中的一個位置。因為它們可以是電路的一部分，并且只能相互連接，所以沒有必要將它們放置在不同的側面或區域。PCB布局是一個設計和布局電路的過程，以便于將它們與走線連接起來。
許多布局將同時具有模擬和數字組件。您應該確保數字組件不會干擾模擬組件。這是過去幾十年的做法。然而，現代設計不允許這樣做。這是一種過時的設計選擇，可能會導致 EMI。
相反，在您的組件下方放置一個完整的平面圖。不要把它分成幾塊。您可以將模擬組件與以相同頻率運行的其他模擬組件保持在一起。將數字組件與其他數字部件放在一起。這可以看作是每個組件在PCB布局中占據不同的區域。然而，地平面在大多數設計中應該保持不變。
大功率元件的分離
分離在板上產生大量熱量的組件也是一個好主意。在PCB設計上分離高功率組件是一種平衡溫度并避免產生高溫組件聚集在一起的熱點的方法。為此，您可以先查看組件數據表的“熱阻”額定值，然后根據計算出的散熱量計算溫升。為了降低組件的溫度，可以使用散熱器或冷卻風扇。在設計布線策略時，很難在這些部件的放置與保持走線長度之間取得平衡。
#5 - 增強您的PCB設計
當您嘗試將最終部件組合在一起進行制造時，很容易不知所措。它可以通過雙重和三重檢查來決定您的制造項目是成功還是失敗。
檢查電氣規則 (ERC)和設計規則 (DRC)是個好主意，以確保您滿足所有約束條件。這兩個系統允許您輕松定義間隙、走線寬度和常見的制造要求。這使您可以自動化PCB設計審查指南并驗證您的布局。
許多設計過程要求您在設計過程的每個階段運行設計規則檢查。這是為了確保制造過程順利進行。使用正確的軟件進行設計，您可以在整個設計過程中進行檢查。這使您可以快速識別潛在的設計問題并在它們變得嚴重之前對其進行修復。在您的最終ERC或 DRC沒有產生任何錯誤后，您可以檢查每個信號的路由并確認沒有任何遺漏。您也可以一次通過原理圖一根線來確認您的發現。
這些是我們可以應用于所有電路板設計的頂級PCB設計技巧。這些指南雖然數量不多，但可以作為設計功能性和可制造電路板的一個很好的起點。這些PCB設計指南只是整體情況的一小部分。但是，它們為構建和繼續改進您的設計流程提供了堅實的基礎。