PCB设计

在谈到印制电路板时，新手经常将“ PCB原理图”和“ PCB设计文件”搞混，但实际上它们是指不同的事物。理解它们之间的差异是成功制造PCB的关键，因此为了让初学者更好的做到这一点，本文将分解PCB原理图和PCB设计之间的关键差异。

<strong>什么是PCB</strong>

在进入原理图和设计之间的差异之前，需要了解的是，什么是PCB？

在电子设备内部基本都有印制电路板，也称为印刷线路板。这种由贵金属制成的绿色电路板连接了设备的所有电气组件，并使其能够正常运行。没有PCB，电子设备将无法工作。

<strong> PCB原理图与PCB设计 </strong>

PCB原理图是一个简单的二维电路设计，显示了不同组件之间的功能和连接性。而PCB设计是三维布局，在保证电路正常工作后标示组件的位置。

因此，PCB原理图是设计印刷电路板的第一部分。这是一种图形表示形式，无论是书面形式还是数据形式，均使用商定的符号来描述电路连接。它还提示将要使用的组件以及它们的连接方式。

顾名思义，PCB原理图是一个计划，是一个蓝图。它说明的并不是组件将专门放置在何处。而是，该原理图列出了PCB将如何最终实现连通性，并构成了规划过程的关键部分。

PCB层叠结构设计对产品成本、产品EMC的好坏都有直接的影响。板层的增加，方便了布线，但也增加了成本。设计的时候需要考虑各方面的需求，以达到最佳的平衡。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2020-12/wen_zhang_/100059533-115034-1.j…; alt=“图1"></center><center><i>图1</i></center>

在完成元器件的预布局后，一般需要对PCB的布线瓶颈处进行重点分析。

结合其他EDA工具分析电路板的布线密度；再综合有特殊布线要求的信号线如差分线、敏感信号线等的数量和种类来确定信号层的层数；然后根据电源的种类、隔离和抗干扰的要求来确定内电层的数目。

<strong>层叠选择因素考虑</strong>

在纸上或任何物理形式上设计真实的电路板的关键是什么？ 让我们探讨设计一个可制造，功能可靠的PCB时需要了解的前5个设计指南。

<strong>工程师的5大PCB设计指南</strong>

在开始新设计时，因为将大部分时间都花在了电路设计和元件的选择上，在PCB布局布线阶段往往会因为经验不足，考虑不够周全。如果没有为PCB布局布线阶段的设计提供充足的时间和精力，可能会导致设计从数字领域转化为物理现实的时候，在制造阶段出现问题，或者在功能方面产生缺陷。 那么设计一个在纸上和物理形式上都真实可靠的电路板的关键是什么？ 让我们探讨设计一个可制造，功能可靠的PCB时需要了解的前5个PCB设计指南。

<strong>1号 - 微调您的元件布置</strong>

PCB布局过程的元件放置阶段既是科学又是艺术，需要对电路板上可用的主要元器件进行战略性考虑。 虽然这个过程可能具有挑战性，但您放置电子元件的方式将决定您的电路板的制造难易程度，以及它如何满足您的原始设计要求。

虽然存在元件放置的常规通用顺序，如按顺序依次放置连接器，印刷电路板的安装器件，电源电路，精密电路，关键电路等，但也有一些具体的指导方针需要牢记，包括：

<strong>1、PCB布局设计时，应充分遵守沿信号流向直线放置的设计原则，尽量避免来回环绕。</strong>

原因：避免信号直接耦合，影响信号质量。

<strong>2、在PCB板上，接口电路的滤波、防护以及隔离器件应该靠近接口放置。</strong>

原因：可以有效的实现防护、滤波和隔离的效果。

</strong>3、如果接口处既有滤波又有防护电路，应该遵从先防护后滤波的原则。</strong>

原因：防护电路用来进行外来过压和过流抑制，如果将防护电路放置在滤波电路之后，滤波电路会被过压和过流损坏。

<strong>4、PCB时钟频率超过5MHZ或信号上升时间小于5ns，一般需要使用多层板设计。</strong>

原因：采用多层板设计信号回路面积能够得到很好的控制。

<strong>5、对于多层板，关键布线层（时钟线、总线、接口信号线、射频线、复位信号线、片选信号线以及各种控制信号线等所在层）应与完整地平面相邻，优选两地平面之间。</strong>

本文主要介绍PCB设计中的过孔。

过孔（via）是多层PCB的重要组成部分，一般多层PCB钻孔的费用通常占制板费用的30%到40%。PCB上的过孔从工艺制程上可以分为三类：盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路的连接。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔，它不会延伸到线路板的表面。通孔是穿过整个线路板，可用于实现内外层之间、内层和内层之间、外层和外层之间的互连。由于通孔在工艺上更易于实现，成本较低，所以绝大部分PCB均使用通孔，盲埋孔在高密度板上用得多一些。

<strong>过孔结构</strong>

在PCB设计中，through via的结构如下图所示：

<strong>为什么要等长，等长的重要性</strong>

在 PCB 设计中，等长走线主要是针对一些高速的并行总线来讲的。由于这类并行总线往往有多根数据信号基于同一个时钟采样，每个时钟周期可能要采样两次（DDR SDRAM）甚至 4 次，而随着芯片运行频率的提高，信号传输延迟对时序的影响的比重越来越大，为了保证在数据采样点（时钟的上升沿或者下降沿）能正确采集所有信号的值，就必须对信号传输的延迟进行控制。等长走线的目的就是为了尽可能的减少所有相关信号在 PCB 上的传输延迟的差异。

至于 USB/SATA/PCIE 等串行信号，并没有上述并行总线的时钟概念，其时钟是隐含在串行数据中的。数据发送方将时钟包含在数据中发出，数据接收方通过接收到的数据恢复出时钟信号。这类串行总线没有上述并行总线等长布线的概念。但因为这些串行信号都采用差分信号，为了保证差分信号的信号质量，对差分信号对的布线一般会要求等长且按总线规范的要求进行阻抗匹配的控制。

<strong>绕等长的命令和技巧</strong>

方法一：

第一步：连接好需要绕等长的线。
第二步：T+R 开始绕等长，TAB 键调出等长属性设置框，如下图：

元器件正朝着高速低耗小体积高抗干扰性的方向发展，这一发展趋势对印刷电路板的设计提出了很多新要求。

PCB设计是电子产品设计的重要阶段，当电原理图已经设计好后，根据结构要求，按照功能划分确定采用几块功能板，并确定每块功能板PCB外型尺寸、安装方式，还必须同时考虑调试、维修的方便性，以及屏蔽、散热、EMI性能等因素。

需要工程人员确定布局布线方案，确定关键电路和信号线和布线方法细节，以及应该遵从的布线原则。

PCB设计过程的几个阶段都必须进行检查、分析和修改。整个布线完成后，再经过全面规则检查，才能拿去加工。

<strong>一、引言</strong>

长期以来，设计人员往往将精力花在对程序、电原理、参数冗余等方面的核查上，却极少将精力花在对PCB设计的审核方面，而往往正是由于PCB设计缺陷，导致大量的产品性能问题。

PCB设计原则涉及到许多方方面面，包括各项基本原则、抗干扰、电磁兼容、安全防护，等等。对于这些方面，特别在高频电路（尤其在微波级高频电路）方面，相关理念的缺乏，往往导致整个研发项目的失败。

许多人还停留在“将电原理用导体连接起来发挥预定作用”基础上，甚至认为“PCB设计属于结构、工艺和提高生产效率等方面的考虑范畴”。