電子產(chǎn)品的PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn)

上海潤(rùn)欣科技股份有限公司創(chuàng)研社

引言

隨著電子產(chǎn)品的不斷發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的要求越來(lái)越高，不僅要求產(chǎn)品性能好而且要求產(chǎn)品的美觀性，便捷性。這對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，就轉(zhuǎn)化為PCB的尺寸越來(lái)越小，器件密度越來(lái)越高，PCB的設(shè)計(jì)難度也越來(lái)越高，怎樣在有限的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀的PCB設(shè)計(jì)呢?本文就來(lái)談?wù)勔豢顑?yōu)秀的PCB設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。

PCB設(shè)計(jì)—前期準(zhǔn)備

在著手PCB layout工作之前，一定要清楚的做到以下幾點(diǎn)：

1. 畫(huà)好原理圖

熟讀主芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)，清楚各管腳的功能及電氣特性是畫(huà)好原理圖的基礎(chǔ)。好的原理圖在后續(xù)調(diào)試電路時(shí)更便于工程師工作，所以我們要養(yǎng)成在原理圖上做標(biāo)注的習(xí)慣，把在layout設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題標(biāo)注在原理圖上。在設(shè)計(jì)原理圖的時(shí)候做到模塊化，把不同功能，不同模塊的電路整理劃分在不同頁(yè)，無(wú)論是讀圖還是重復(fù)使用都能明顯減少工作量。

2.元器件封裝庫(kù)的準(zhǔn)備

常見(jiàn)的阻容感封裝，畫(huà)圖工具中都會(huì)自帶標(biāo)準(zhǔn)的，我們只需檢查我們所需的封裝尺寸是否符合要求即可。其他的主芯片、外圍的芯片及連接器的封裝，我們就要根據(jù)資料里的封裝尺寸自己建立，建立封裝用的單位一定要和PCB設(shè)計(jì)用的設(shè)計(jì)單位一致，（mm/mil）；減少因單位換算引起的設(shè)計(jì)誤差。

3.評(píng)估PCB的疊層

根據(jù)所要求的PCB尺寸和設(shè)計(jì)走線的難易程度來(lái)評(píng)估PCB的疊層，綜合制板成本和難度等各方面因素，選擇最佳的層數(shù)及板層順序。

就拿wifi芯片來(lái)說(shuō)，片上系統(tǒng)集成度高，一個(gè)主芯片少則幾十個(gè)管腳，多則上百個(gè)管腳，這時(shí)我們就要重點(diǎn)關(guān)注比如通訊總線、DDR總線等特殊信號(hào)線的種類和數(shù)量，整個(gè)PCB的布線密度，從而確定PCB的信號(hào)層的層數(shù)，然后根據(jù)電源的種類，隔離和抗干擾的要求來(lái)確定內(nèi)電層的數(shù)目。常見(jiàn)的4層板的wifi產(chǎn)品各層之間的放置順序?yàn)閟ignal_1（top）--> GND(inner_1)—> POWER (inner_2)-- >Signal_2(Bottom) .TOP層用來(lái)放置元器件，inner_1為完整的地。

PCB設(shè)計(jì)—布局

布局的好壞直接會(huì)影響到PCB設(shè)計(jì)的工作效率，好的布局可以讓后續(xù)的布線工作變得非常簡(jiǎn)單。前期準(zhǔn)備工作中，我們已經(jīng)生成了網(wǎng)絡(luò)表且建好了元器件庫(kù)，這時(shí)，我們只需要在PCB中導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表，所有的器件就會(huì)出現(xiàn)在PCB中。我們就可以遵循以下幾個(gè)設(shè)計(jì)原則來(lái)布局元器件了：

1.元器件盡量布局在同一平面。

2.定位孔、連接器、螺絲孔等機(jī)械定位器件先按固定要求布局并確定位置，不能再移動(dòng)。主芯片的位置也要優(yōu)先確定好！

3.布局模塊化

按照不同功能，不同電氣特性把各元器件分區(qū)放好，模擬數(shù)字分開(kāi)，電源信號(hào)分開(kāi)，發(fā)熱器件和易感器件分開(kāi)，體積較大的器件不能靠邊，射頻信號(hào)的屏蔽等等。

4.電源部分電容布局：濾波電容的擺放規(guī)則是“先大后小”。在高速IC芯片的電源管腳，需要足夠多的去耦電容，且要靠近芯片管腳擺放，否則就起不到去耦的作用。

5.通信總線布局：通信總線都有走線盡量直且短的要求，芯片與芯片之間的位置擺放關(guān)系。做到交叉走線最少。

6.RF布局：要求器件緊促擺放，發(fā)射鏈路器件和接收鏈路器件盡可能遠(yuǎn)離，遠(yuǎn)離敏感信號(hào)（比如晶體）減少干擾。天線與天線之間盡可能遠(yuǎn)距離擺放，滿足最小隔離度。

7.布局要均衡，疏密有序。

最后，需要注意的是，在放置元器件時(shí)，要考慮生產(chǎn)安裝及后續(xù)調(diào)試的可行性及便利性，在保證以上原則能實(shí)現(xiàn)的前提下，適當(dāng)修改器件的擺放，同樣的器件方向一致等。

PCB設(shè)計(jì)—布線

在基本完成元器件的布局后，就可以布線了。

1.確定禁布區(qū)，PCB板邊≤40mil區(qū)域內(nèi)，安裝孔附近，禁止布線。

2.確定布線順序及走線線寬：布線順序應(yīng)先電源線、再有特殊要求的信號(hào)線。地線線寬>電源線線寬>信號(hào)線線寬；電源線寬要盡可能的寬，通常情況下，電源線寬要≥2倍的載流線寬。常溫下1A的電流建議走20mil線寬。信號(hào)線的最小線寬4mil。

3.特殊要求信號(hào)線走線：差分信號(hào)要成對(duì)走線，盡量平行靠近，并且長(zhǎng)短相差不大，盡量少打孔。相同屬性的總線要等長(zhǎng)，且每對(duì)總線或差分對(duì)之間要有地保護(hù)。

4.每層信號(hào)線走線方向與相鄰板層的走線方向要成垂直方向，且防止信號(hào)線在不同層之間形成自環(huán)。

5. 同一網(wǎng)絡(luò)的布線寬度應(yīng)保持一致，線寬的變化會(huì)造成線路特性阻抗的不均勻，當(dāng)傳輸?shù)乃俣容^高時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射。

6.晶體布線：晶體的輸入輸出布線盡量短，且晶體的地要直接打孔下主地。

7.RF鏈路布線：50Ω的阻抗匹配！RF走線盡量走在表層，短且直，敏感信號(hào)線遠(yuǎn)離RF鏈路；RF鏈路下有完整的地。RF鏈路要有2-3w的禁布區(qū)。

8.鋪地：用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒(méi)被用上的地方都與地相連接作為地線用。模擬地和數(shù)字地分開(kāi)，低頻電路的地采用單點(diǎn)并聯(lián)接地，高頻電路采用多點(diǎn)串聯(lián)接地。

9.布線優(yōu)化及DRC檢查：保證布線連接關(guān)系及電氣屬性的正確性！

10.審核檢查無(wú)誤后就可以出gerber打板。

以上是PCB整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程需準(zhǔn)備及注意的要點(diǎn)。PCB設(shè)計(jì)是一個(gè)考驗(yàn)?zāi)托牡囊患?，只要足夠?xì)心、充分考慮各方面因素，綜合規(guī)則、后續(xù)可操作性等得出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，就可以設(shè)計(jì)出一款優(yōu)秀的PCB產(chǎn)品。