工程师PCB Layout总结

2017/3/17 17:13:47 人评论 次浏览 分类:pcb技术

PCB Layout作为硬件设计中的一个重要环节,在硬件电路设计合理的情况下,它是影响性能的一个绝对重要的指标。很多的PCB Layout工程师都是按照硬件工程师或者PI SI工程师给出的约束规则来完成布局布线,这些就是俗称的“拉线工”。他们重复而机械的完成一块块PCB Layout,一段时间后,他们中的一些或许已经有了这样的一些经验:哪些要做等长,哪些要走粗、哪些要平行,保证合适的线距等等。但是,他们凭的是所谓的经验,很多是知其然不知其所以然。我觉得,要想有所突破的话,就必须要拓宽自己的知识面。也就是PCB Layout工程师不能让别人把自己当做“拉线工”来看待。


首先,你要具备一定的电路理解能力(当然像硬件工程师那样的设计能力不是必要的,如果能,那最好);


其次,需要具备SI/PI工程师做PI/SI分析的能力(当然需要有射频仿真的能力也不是必须的,如果能,那最好)。具备这些知识以后,你不但具备设计一款好的PCB能力,也有和硬件、SI/PI工程师理论的资本,甚至可以从PCB设计上给出他们电路设计的建议。


话不多说,从一些PCB设计中总结的一些原则:


一、关于布局


1.布局,就是将电路元件合理的放置。那怎么样的放置是合理的,一个简单的原则就是模块化划分清晰,也就是说有一定电路基础的人,拿到你的PCB就能够看出哪块是用来实现什么功能的。


2.具体的设计步骤:首先根据原理图,生成初始的PCB文件,完成PCB的预布局,确定一个相对的PCB Layout面积,然后告诉结构,结构根据我们给出的面积,然后根据整体的结构设计,给出具体的约束。


3.根据结构的约束完成板边、定位口以及一些禁布区的绘制,然后完成接插件的摆放。


4.元件的摆放原则:一般情况下主控MCU都是置于板子的中心位置,然后接口电路靠近接口放置(比如网口、USB、VGA等等),并且大部分接口都有ESD防护还有滤波处理。遵循的原则是先防护后滤波。


5.然后就是电源模块,一般主电源模块放置在电源入口处(比如系统5V),分立的电源模块(比如模块电路供电的2.5V)可以根据实际情况放置在相同电源网路比较密集的地方。


6.一些内部的电路,没有引到接插件的。我们一般遵循这样一个基本原则:高速、低速分区域,模拟、数字分区域,干扰源、敏感受体分区域。


7.然后对于单个电路模块来说,遵循电路设计的时候的电流流向来设计。


总体的电路布局,大概就是这样,欢迎大神补充和指正。


二、关于布线


1.布线,最基本的要求就是要保证所有网络有效连通。连通,是很容易做到的,有效又是一个比较模糊的概念。其实,电路中的信号无外乎两种:数字信号和模拟信号,对数字电路来说就是保证足够的噪声容限,对模拟信号来说,尽量做到零损失。


2.布线前,一般需要了解整个PCB板层叠设计,即把所有的布线层规划为:最优布线层、次优布线层。。。。,最优布线层,也就是相邻面试完整的地平面,这层我们一般用来布重要的信号(包括DDR中的所有信号、差分信号、模拟信号等等)。其他信号(I2C、UART、SPI、GPIO)走其他层,并且保证重要区域只存在此电路相关信号(比如DDR、网口等)


3.然后高速信号布线时需要考虑反射、串扰、EMC等问题,所以一般都需要做阻抗匹配,比如单线50R、差分线100R等等,具体以实际设计为准(原则是保证阻抗相等、连续),串扰方面主要考虑3W/2W原则,包地处理等等。


4.电源和功率电路,首先要保证足够的带载能力,即电源的整个回流路劲尽可能的粗和短,从EMC角度叫,回流为环路,形成环路天线,对外辐射,所以尽可能的减小环路面积。


总体的电路布线,大概就是这样,欢迎大神补充和指正。


三、关于地


1.接地和地设计在PCB设计中是非常重要的一环,因为地作为一个重要的参考平面,假如地平面设计出问题了,其他信号也是没办法稳定。


2.地一般我们分为机壳地和系统地,机壳地顾名思义就是产品的钣金连接到的地,系统地即是作为整个电路系统的参考平面。


3.一般系统地和机壳的实际原则是:机壳地和系统地分割,然后系统地通过磁珠和高压电容单点或者多点连接。


4.关于系统地:从功能上分为数字地、模拟地、功率地。(关于地分分割一直存在争论,我这里人观点。)


首先,布局非常合理的情况下,我认为地可以不用分割。何谓布局非常合理,即数字区域只有数字信号、模拟区域只有模拟信号、功率区域只有功率信号,并且在他们的下方都存在完整的地平面。因为电流和水流很相似,他们都是往低处流,他们下方都存在完整的地平面,所以从最短、最低原则,他们直接在下方回流,而不会窜到其他的地方去。


但是,有些时候,并不是这么理想,各区域都存在一些交叉,这个时候一般选择单点了解,使用0R电阻(不建议使用磁珠,因为高频时,磁珠有滤波效果)。电阻的摆放位置靠近交叉最密集的地方,是会流面积最小。