PCB和電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識

在電子設(shè)計(jì)中，PCB是我們設(shè)計(jì)內(nèi)容的物理載體，所有我們設(shè)計(jì)意圖的最終實(shí)現(xiàn)就是通過PCB板來表現(xiàn)的。這樣PCB設(shè)計(jì)在任何項(xiàng)目中是不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)。

但在以前的設(shè)計(jì)中，由于頻率很低，密度很小，器件的管教間的間距很大，PCB設(shè)計(jì)的工作是以連通為目的的，沒有任何其他功能和性能的挑戰(zhàn)。所以在很長的一段時(shí)間里，PCB設(shè)計(jì)在整個(gè)項(xiàng)目中的地位是很低的。通常是由硬件邏輯連接設(shè)計(jì)人員來進(jìn)行PCB的物理連接的。目前在有的一些小產(chǎn)品上還是這樣的開發(fā)模式。

隨著電子、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，今天的PCB設(shè)計(jì)面臨的已經(jīng)是與以往截然不同的、全新的挑戰(zhàn)。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1、信號邊緣速率越來越快，片內(nèi)和片外時(shí)鐘速率越來越高，現(xiàn)在的時(shí)鐘頻率不再是過去的幾兆了，上百兆上千兆的時(shí)鐘在單板上越來越普遍。由于芯片工藝的飛速發(fā)展，信號的邊沿速率也是越來越快，目前信號的上升沿都在1ns左右。這樣就會導(dǎo)致系統(tǒng)和板級SI、EMC問題更加突出；

2、電路的集成規(guī)模越來越大，I/O數(shù)越來越多，使得單板互連密度不斷加大；由于功能的越來越強(qiáng)大，電路的集成度越來越高。芯片的加工工藝水平也越來越高。過去的DIP封裝在現(xiàn)在的單板上幾乎銷聲匿跡了，小間距的BGA、QFP成為芯片的主流封裝。這樣使得PCB設(shè)計(jì)的密度也就隨之加大。

3、產(chǎn)品研發(fā)以及推向市場的時(shí)間不斷減少，使得我們必須面臨一次性設(shè)計(jì)成功的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)；時(shí)間就是成本，時(shí)間就是金錢。在電子產(chǎn)品這樣更新?lián)Q代特別快的領(lǐng)域，產(chǎn)品面世早一天，他的利潤機(jī)會窗就會大很多。

4、由于PCB是產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的物理載體。在高速電路中，PCB質(zhì)量的好壞之間關(guān)系到產(chǎn)品的功能和性能。同樣的器件和連接，不同的PCB載體，他們的結(jié)果是不同的。

所以，現(xiàn)在設(shè)計(jì)的流程已經(jīng)在慢慢的轉(zhuǎn)變了。以前設(shè)計(jì)中邏輯功能的設(shè)計(jì)往往占了硬件開發(fā)設(shè)計(jì)的80％以上，但現(xiàn)在這個(gè)比例一直在下降，在目前硬件設(shè)計(jì)中邏輯功能設(shè)計(jì)方面的只占到50％，有關(guān)PCB設(shè)計(jì)部分則也占據(jù)了50％的時(shí)間。專家預(yù)計(jì)在將來的設(shè)計(jì)中，硬件的邏輯功能開銷要越來越小，而開發(fā)設(shè)計(jì)規(guī)則等高速PCB設(shè)計(jì)方面的開銷將達(dá)到80%甚至更高。

所有的這些只是說明，PCB設(shè)計(jì)將是現(xiàn)在和未來設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。

通常，我們的PCB設(shè)計(jì)中主要關(guān)注以下幾點(diǎn)：

1、 功能的實(shí)現(xiàn)

2、 性能的穩(wěn)定

3、 加工的簡易

4、 單板的美觀

功能的實(shí)現(xiàn)是我們PCB的第一步。在過去的設(shè)計(jì)中由于信號邊沿的速率和時(shí)鐘頻率比較低，只要邏輯的連接沒有錯(cuò)誤，物理連接的好壞不會影響到使用的性能。但這樣的觀點(diǎn)在現(xiàn)在的設(shè)計(jì)中是不使用的。有一個(gè)例子可以很好的表明這一點(diǎn)：

美國一家著名的影象探測系統(tǒng)制造商的電路板設(shè)計(jì)師們最近碰到一件奇特的事：一個(gè)7年前就已經(jīng)成功設(shè)計(jì)、制造并且上市的產(chǎn)品，一直以來都能夠非常穩(wěn)定可靠地工作，而最近從生產(chǎn)線上下線的產(chǎn)品卻出現(xiàn)了問題，產(chǎn)品不能正常運(yùn)行。

所以，邏輯的真確連接也不能使功能真確實(shí)現(xiàn)。物理連接的好壞也是功能實(shí)現(xiàn)的主要條件。

性能的保證就靠PCB的設(shè)計(jì)了，這個(gè)觀點(diǎn)大家都有體會。同樣的邏輯連接，同樣的器件，不同的PCB他們的性能測試結(jié)果就不同。好的設(shè)計(jì)不光產(chǎn)品穩(wěn)定性高，而且可以通過各種要求苛刻的測試。但不理想的設(shè)計(jì)就不可能達(dá)到這樣的效果。在一些低端產(chǎn)品中，很多廠家使用的芯片組是相同的，邏輯連接也是相似的。唯一的不同就是各自的PCB設(shè)計(jì)水平的高低，產(chǎn)品的差異性主要就是體現(xiàn)在PCB的設(shè)計(jì)上了。

加工的簡易程度也是PCB設(shè)計(jì)好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。好的PCB設(shè)計(jì)是方便加工，維護(hù)，測試、制造的。PCB的好壞不僅和PCB加工廠家，SMT廠家的生產(chǎn)效率有關(guān)，還和我們測試、調(diào)試方便息息相關(guān)。

美觀大方也是PCB設(shè)計(jì)的一個(gè)要素。整體的美觀和大氣，使人看到就覺得舒服。PCB也是一件工藝品。好的PCB會讓人駐足留戀的。

PCB設(shè)計(jì)是一門綜合性的學(xué)科，是質(zhì)量、成本、時(shí)間等多方面相互協(xié)調(diào)的產(chǎn)物。在PCB設(shè)計(jì)中沒有最好，只有更好。總之，高速PCB的設(shè)計(jì)是今天系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域面臨的嚴(yán)肅挑戰(zhàn)，無論是設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)工具、還是設(shè)計(jì)隊(duì)伍的構(gòu)成以及工程師的設(shè)計(jì)思路，都需要積極認(rèn)真地去應(yīng)對。

審核編輯 ：李倩