緊湊型PCB設計入門(mén)技巧

2021-02-26

我指導了一位研究生工程師，他最近第一次遇到了為設計項目創(chuàng )建高密度布局PCB的問(wèn)題。作為專(zhuān)業(yè)工程師，這是見(jiàn)證他們如何完成這項任務(wù)的有趣經(jīng)歷。完成后，我問(wèn)我的導師他們在項目中學(xué)到了什么。他們的反饋非常有啟發(fā)性，因此我想我將與更廣泛的受眾分享每個(gè)提出的觀(guān)點(diǎn)。

在原理圖設計期間，請始終仔細考慮布局并選擇具有正確封裝的組件。這在空間有限的高密度布局中尤其重要。放置組件時(shí)，請考慮是否可以在其下方布線(xiàn)。

不要自動(dòng)選擇占地面積最小的組件。選擇占位面積較大的組件并不會(huì )總占用最多的空間。有時(shí)，放置一個(gè)具有較大總體占用空間的組件可以打開(kāi)在其下方布線(xiàn)的選項。如果沒(méi)有此選項，則高密度設計可能很難布線(xiàn)。

在包含微控制器的高密度設計中，請研究您的MCU，以便了解其具有的功能以及可以執行的功能，以便在不增加附加組件的情況下盡可能多地使用MCU。例如，如果使用包含內部下拉和上拉組件的MCU，則可以從設計中消除任何外部下拉和上拉。

從原理圖設計中刪除所有不必要的組件。例如，如果您使用MCU的內置模數轉換器功能，則可能會(huì )在MCU的數據手冊中添加推薦的其他外部濾波。但是，如果僅將ADC用于非關(guān)鍵功能（例如電池電量監控），那么您真的需要該濾波器嗎？如果卸下過(guò)濾器不會(huì )對功能造成不利影響，則可以節省急需的電路板空間。

從組件放置開(kāi)始，始終從一開(kāi)始就在地面上添加一個(gè)過(guò)孔，以確保在需要時(shí)有足夠的空間。

從手動(dòng)布線(xiàn)開(kāi)始時(shí)，請始終從較大的過(guò)孔和較寬的走線(xiàn)開(kāi)始。這樣，布線(xiàn)將更加簡(jiǎn)單，并且您將知道，如果通孔和走線(xiàn)不適合，您始終可以選擇使其更小或更薄。 

按其功能將各個(gè)組件分組在一起，不要將它們散布在整個(gè)電路板區域中。這將使PCB易于布線(xiàn)，因為連接之間的走線(xiàn)會(huì )更短，從而節省了PCB空間，并使該器件更不受EMI（電磁干擾）的影響并發(fā)出更少的輻射。

放置組件時(shí)，請同時(shí)布線(xiàn)所有關(guān)鍵信號。這意味著(zhù)您將確保正確布線(xiàn)所有需要特別注意的重要連接。否則，在路由這些信號時(shí)很有可能會(huì )遇到問(wèn)題，這意味著(zhù)您可能需要從頭開(kāi)始使用其他組件放置。

務(wù)必先放置任何需要特定且嚴格放置的特殊組件，例如連接器。僅在放置了這些組件之后，您才能看到還剩下多少空間來(lái)放置所有其他組件。

設計高密度布局時(shí)，請不要忘記PCB設計的基本規則。有時(shí)，當您試圖在較小的區域中安裝Ev + ry組件時(shí)，您可能會(huì )忘記，除了類(lèi)似俄羅斯方塊的挑戰之外，還需要遵循PCB設計的電氣規則。這些規則包括：將去耦電容放置在盡可能靠近IC電源引腳的位置；以最小的電流環(huán)路實(shí)現最佳的開(kāi)關(guān)電源設計；將TVS二極管與其他連接的串聯(lián)電路放置在盡可能靠近連接器的位置。

如果這是您的第一個(gè)高密度設計，請不要害怕開(kāi)始。您可能需要再次重做設計，但這沒(méi)關(guān)系；那就是你的學(xué)習方式。我的研究生工程師不得不重做他們的設計四到五次，并且每次都學(xué)到一些新東西。如果您認為空間不足，請嘗試重新考慮布局。通常，PCB上有足夠的空間。它只需要被發(fā)現。我的畢業(yè)生認為沒(méi)有足夠的空間容納所有東西。仍然，然后我建議他將所有0201 SMD組件都更改為較大的0402 SMD類(lèi)型，并將連接器更改為較大的連接器，以方便手工組裝原型。為此，他需要打開(kāi)更多的布線(xiàn)空間并設法解決該問(wèn)題。

使用現有的PCB設計軟件工具。例如，AltiumDesigner?在布局期間為您提供了許多快捷鍵和工具，可節省您的時(shí)間，并讓您知道您的布局是否正確以及是否可以路由。請根據制造商的能力盡早創(chuàng )建規則，因為如果事實(shí)證明無(wú)法制造PCB，則可能會(huì )遇到麻煩。

不要害怕在PCB設計過(guò)程中更改您的MCU引腳功能。諸如GPIO之類(lèi)的引腳在大多數情況下都可以輕松更改，這可以使您的PCB布局更簡(jiǎn)單。

多次檢查設計，因為在提交工作或訂購PCB后發(fā)現任何錯誤可能為時(shí)已晚，無(wú)法修復。錯誤不僅會(huì )出現在您的PCB布局上，而且還會(huì )出現在原理圖中。例如，我的研究生工程師發(fā)現他們的一些組件沒(méi)有任何連接，一開(kāi)始他們并沒(méi)有注意到這一點(diǎn)。如果未糾正這些錯誤，則這些錯誤將很?chē)乐?，并且該設備將無(wú)法正常工作。組裝好設備后，總是很難發(fā)現它為什么不工作，因為除了簡(jiǎn)單的設計錯誤外，還有更多可能的原因。