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PCB的設(shè)計(jì)中,其實(shí)在正式布線前,還要經(jīng)過(guò)很漫長(zhǎng)的步驟,以下就是主要設(shè)計(jì)的流程:
1. 系統(tǒng)規(guī)格
首先要先規(guī)劃出該電子設(shè)備的各項(xiàng)系統(tǒng)規(guī)格。包含了系統(tǒng)功能,成本限制,大小,運(yùn)作情形等等。
2. 系統(tǒng)功能區(qū)塊圖
接下來(lái)必須要制作出系統(tǒng)的功能區(qū)塊圖。區(qū)塊間的關(guān)系也必須要標(biāo)示出來(lái)。
3. 將系統(tǒng)分割幾個(gè)PCB
將系統(tǒng)分割數(shù)個(gè)PCB的話,不僅在尺寸上可以縮小,也可以讓系統(tǒng)具有升級(jí)與交換零件的能力。系統(tǒng)功能區(qū)塊圖就提供了我們分割的依據(jù)。像是電腦就可以分成主機(jī)板、顯示卡、音效卡、軟碟和電源供應(yīng)器等等。
4. 決定使用封裝方法,和各PCB的大小
當(dāng)各PCB使用的技術(shù)和電路數(shù)量都決定好了,接下來(lái)就是決定板子的大小了。如果設(shè)計(jì)的過(guò)大,那么封裝技術(shù)就要改變,或是重新作分割的動(dòng)作。在選擇技術(shù)時(shí),也要將線路圖的品質(zhì)與速度都考量進(jìn)去。
5. 繪出所有PCB的電路概圖
概圖中要表示出各零件間的相互連接細(xì)節(jié)。所有系統(tǒng)中的PCB都必須要描出來(lái),現(xiàn)今大多采用CAD(電腦輔助設(shè)計(jì),Computer Aided Design)的方式。
PCB的電路概圖
初步設(shè)計(jì)的模擬運(yùn)作是為了確保設(shè)計(jì)出來(lái)的電路圖可以正常運(yùn)作,這必須先用電腦軟體來(lái)模擬一次。這類軟體可以讀取概圖,并且用許多方式顯示電路運(yùn)作的情況。這比起實(shí)際做出一塊樣本PCB,然后用手動(dòng)測(cè)量要來(lái)的有效率多了。
將零件放上PCB
零件放置的方式,是根據(jù)它們之間如何相連來(lái)決定的。它們必須以最有效率的方式與路徑相連接。所謂有效率的布線,就是牽線越短并且通過(guò)層數(shù)越少(這也同時(shí)減少導(dǎo)孔的數(shù)目)越好,不過(guò)在真正布線時(shí),我們會(huì)再提到這個(gè)問題。下面是匯流排在PCB上布線的樣子。為了讓各零件都能夠擁有完美的配線,放置的位置是很重要的。
測(cè)試布線可能性,與高速下的正確運(yùn)作
現(xiàn)今的部份電腦軟體,可以檢查各零件擺設(shè)的位置是否可以正確連接,或是檢查在高速運(yùn)作下,這樣是否可以正確運(yùn)作。這項(xiàng)步驟稱為安排零件,不過(guò)我們不會(huì)太深入研究這些。如果電路設(shè)計(jì)有問題,在實(shí)地導(dǎo)出線路前,還可以重新安排零件的位置。
導(dǎo)出PCB上線路
在概圖中的連接,現(xiàn)在將會(huì)實(shí)地作成布線的樣子。這項(xiàng)步驟通常都是全自動(dòng)的,不過(guò)一般來(lái)說(shuō)還是需要手動(dòng)更改某些部份。下面是2層板的導(dǎo)線范本。紅色和藍(lán)色的線條,分別代表PCB的零件層與焊接層。白色的文字與四方形代表的是網(wǎng)版印刷面的各項(xiàng)標(biāo)示。紅色的點(diǎn)和圓圈代表鉆洞與導(dǎo)孔。最右方我們可以看到PCB上的焊接面有金手指。這個(gè)PCB的最終構(gòu)圖通常稱為工作底片(Artwork)。
每一次的設(shè)計(jì),都必須要符合一套規(guī)定,像是線路間的最小保留空隙,最小線路寬度,和其他類似的實(shí)際限制等。這些規(guī)定依照電路的速度,傳送訊號(hào)的強(qiáng)弱,電路對(duì)耗電與雜訊的敏感度,以及材質(zhì)品質(zhì)與制造設(shè)備等因素而有不同。如果電流強(qiáng)度上升,那導(dǎo)線的粗細(xì)也必須要增加。為了減少PCB的成本,在減少層數(shù)的同時(shí),也必須要注意這些規(guī)定是否仍舊符合。如果需要超過(guò)2層的構(gòu)造的話,那么通常會(huì)使用到電源層以及地線層,來(lái)避免訊號(hào)層上的傳送訊號(hào)受到影響,并且可以當(dāng)作訊號(hào)層的防護(hù)罩。
導(dǎo)線后電路測(cè)試
為了確定線路在導(dǎo)線后能夠正常運(yùn)作,它必須要通過(guò)最后檢測(cè)。這項(xiàng)檢測(cè)也可以檢查是否有不正確的連接,并且所有連線都照著概圖走。
建立制作檔案
因?yàn)槟壳坝性S多
設(shè)計(jì)PCB的CAD工具,制造廠商必須有符合標(biāo)淮的檔案,才能制造板子。標(biāo)淮規(guī)格有好幾種,不過(guò)最常用的是Gerber files規(guī)格。一組Gerber files包括各訊號(hào)、電源以及地線層的平面圖,防焊層與網(wǎng)板印刷面的平面圖,以及鉆孔與取放等指定檔案。
電磁相容問題
沒有照EMC(電磁相容)規(guī)格設(shè)計(jì)的電子設(shè)備,很可能會(huì)散發(fā)出電磁能量,并且干擾附近的電器。EMC對(duì)電磁干擾(EMI),電磁場(chǎng)(EMF)和射頻干擾(RFI)等都規(guī)定了最大的限制。這項(xiàng)規(guī)定可以確保該電器與附近其他電器的正常運(yùn)作。EMC對(duì)一項(xiàng)設(shè)備,散射或傳導(dǎo)到另一設(shè)備的能量有嚴(yán)格的限制,并且設(shè)計(jì)時(shí)要減少對(duì)外來(lái)EMF、EMI、RFI等的磁化率。換言之,這項(xiàng)規(guī)定的目的就是要防止電磁能量進(jìn)入或由裝置散發(fā)出。這其實(shí)是一項(xiàng)很難解決的問題,一般大多會(huì)使用電源和地線層,或是將PCB放進(jìn)金屬盒子當(dāng)中以解決這些問題。電源和地線層可以防止訊號(hào)層受干擾,金屬盒的效用也差不多。對(duì)這些問題我們就不過(guò)于深入了。
電路的最大速度得看如何照EMC規(guī)定做了。內(nèi)部的EMI,像是導(dǎo)體間的電流耗損,會(huì)隨著頻率上升而增強(qiáng)。如果兩者之間的的電流差距過(guò)大,那么一定要拉長(zhǎng)兩者間的距離。這也告訴我們?nèi)绾伪苊飧邏?,以及讓電路的電流消耗降到最低。布線的延遲率也很重要,所以長(zhǎng)度自然越短越好。所以布線良好的小PCB,會(huì)比大PCB更適合在高速下運(yùn)作。
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