【導(dǎo)讀】PCB就好比電子電路的骨架和神經(jīng)脈絡(luò)，在電子工程項(xiàng)目中起著舉足輕重的作用，但很多人對(duì)PCB設(shè)計(jì)并不了解或了解不夠。其實(shí)，PCB設(shè)計(jì)的樂(lè)趣有很多，只有去實(shí)踐，才會(huì)有深刻體會(huì)。
我在大學(xué)那時(shí)候，就對(duì)電路板設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)特別感興趣，也學(xué)得比較認(rèn)真。當(dāng)時(shí)覺(jué)得畢業(yè)后能找到一份坐在辦公室進(jìn)行計(jì)算機(jī)繪圖的工作是多么好。畢業(yè)后，也如愿進(jìn)入了東莞一家汽車(chē)電子公司，從事電子研發(fā)的工作，包括制作BOM表、樣機(jī)調(diào)試和PCB繪圖工作。當(dāng)時(shí)2002年畢業(yè)時(shí)，還沒(méi)有PCB工程師這個(gè)工種，基本上就是什么事情都要會(huì)一點(diǎn)，包括原理圖繪制、器件選型、PCB繪圖、樣板焊接、調(diào)試、BOM制作、作業(yè)指導(dǎo)書(shū)等，也從此走上了電子研發(fā)這條路。
01原理圖
盡管優(yōu)良的原理圖不能保證好的布線，但是好的布線開(kāi)始于優(yōu)良的原理圖。在繪制原理圖時(shí)要深思熟慮，并且必須考慮整個(gè)電路的信號(hào)流向。如果在原理圖中從左到右具有正常穩(wěn)定的信號(hào)流，那么在PCB上也應(yīng)具有同樣好的信號(hào)流。在原理圖上盡可能多給出有用的信息。
因?yàn)橛袝r(shí)候電路設(shè)計(jì)工程師不在，客戶(hù)會(huì)要求我們幫助解決電路的問(wèn)題，從事此工作的設(shè)計(jì)師、技術(shù)員和工程師都會(huì)非常感激，也包括我們。除了普通的參考標(biāo)識(shí)符、功耗和誤差容限外，原理圖中還應(yīng)該給出哪些信息呢?下面給出一些建議，可以將普通的原理圖變成一流的原理圖。加入波形、有關(guān)外殼的機(jī)械信息、印制線長(zhǎng)度、空白區(qū);標(biāo)明哪些元件需要置于PCB上面;給出調(diào)整信息、元件取值范圍、散熱信息、控制阻抗印制線、注釋、扼要的電路動(dòng)作描述……(以及其它)。
02誰(shuí)都別信
如果不是你自己設(shè)計(jì)布線，一定要留出充裕的時(shí)間仔細(xì)檢查布線人的設(shè)計(jì)。在這點(diǎn)上很小的預(yù)防抵得上一百倍的補(bǔ)救。不要指望布線的人能理解你的想法。在布線設(shè)計(jì)過(guò)程的初期你的意見(jiàn)和指導(dǎo)是最重要的。你能提供的信息越多，并且整個(gè)布線過(guò)程中你介入的越多，結(jié)果得到的PCB就會(huì)越好。給布線設(shè)計(jì)工程師設(shè)置一個(gè)暫定的完成點(diǎn)——按照你想要的布線進(jìn)展報(bào)告快速檢查。這種“閉合環(huán)路”方法可以防止布線誤入歧途，從而將返工的可能性降至最低。
需要給布線工程師的指示包括：電路功能的簡(jiǎn)短描述，標(biāo)明輸入和輸出位置的PCB略圖，PCB層疊信息(例如，板子有多厚，有多少層，各信號(hào)層和接地平面的詳細(xì)信息——功耗、地線、模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)和RF信號(hào));各層需要那些信號(hào);要求重要元件的放置位置;旁路元件的確切位置;哪些印制線很重要;哪些線路需要控制阻抗印制線;哪些線路需要匹配長(zhǎng)度;元件的尺寸;哪些印制線需要彼此遠(yuǎn)離(或靠近);哪些線路需要彼此遠(yuǎn)離(或靠近);哪些元器件需要彼此遠(yuǎn)離(或靠近);哪些元器件要放在PCB的上面，哪些放在下面。永遠(yuǎn)不要抱怨需要給別人的信息太多——太少嗎?是;太多嗎?不。
分享一條學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)：大約10年前，我設(shè)計(jì)一塊多層的表面貼電路板——板子的兩面都有元件。用很多螺釘將板子固定在一個(gè)鍍金的鋁制外殼中(因?yàn)橛泻車(chē)?yán)格的防震指標(biāo))。提供偏置饋通的引腳穿過(guò)板子。該引腳是通過(guò)焊接線連接到PCB上的。
這是一個(gè)很復(fù)雜的裝置。板子上的一些元件是用于測(cè)試設(shè)定(SAT)的。但是我已經(jīng)明確規(guī)定了這些元件的位置。你能猜出這些元件都安裝在什么地方嗎?對(duì)了，在板子的下面。當(dāng)產(chǎn)品工程師和技術(shù)員不得不將整個(gè)裝置拆開(kāi)，完成設(shè)定后再將它們重新組裝的時(shí)候，顯得很不高興。從那以后我再也沒(méi)有犯過(guò)這種錯(cuò)誤了。
03位置
正像在PCB中，位置決定一切。將一個(gè)電路放在PCB上的什么位置，將其具體的電路元件安裝在什么位置，以及其相鄰的其它電路是什么，這一切都非常重要。
通常，輸入、輸出和電源的位置是預(yù)先確定好的，但是它們之間的電路就需要“發(fā)揮各自的創(chuàng)造性”了。這就是為什么注意布線細(xì)節(jié)將產(chǎn)生巨大回報(bào)的原因。從關(guān)鍵元件的位置入手，根據(jù)具體電路和整個(gè)PCB來(lái)考慮。從一開(kāi)始就規(guī)定關(guān)鍵元件的位置以及信號(hào)的路徑有助于確保設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)期的工作目標(biāo)。一次就得到正確的設(shè)計(jì)可以降低成本和壓力——也就縮短了開(kāi)發(fā)周期。
另外，說(shuō)點(diǎn)有意思的，PCB板上那些“特殊焊盤(pán)“
第一個(gè)，淚滴焊盤(pán)
淚滴是焊盤(pán)與導(dǎo)線或者是導(dǎo)線與導(dǎo)孔之間的滴裝連接過(guò)度，設(shè)置淚滴的目的是在電路板受到巨大外力的沖撞時(shí)，避免導(dǎo)線與焊盤(pán)或者導(dǎo)線與導(dǎo)孔的接觸點(diǎn)斷開(kāi)，另外，設(shè)置淚滴也可使PCB電路板顯得更加美觀。
teardrop的作用是避免信號(hào)線寬突然變小而造成反射，可使走線與元件焊盤(pán)之間的連接趨于平穩(wěn)過(guò)渡化，解決了焊盤(pán)與走線之間的連接容易斷裂的問(wèn)題。
1、焊接上，可以保護(hù)焊盤(pán)，避免多次焊接是焊盤(pán)的脫落
2、加強(qiáng)連接的可靠性(生產(chǎn)是可以避免蝕刻不均，過(guò)孔偏位出現(xiàn)的裂縫等)
3、平滑阻抗，減少阻抗的急劇跳變
在電路板設(shè)計(jì)中，為了讓焊盤(pán)更堅(jiān)固，防止機(jī)械制板時(shí)焊盤(pán)與導(dǎo)線之間斷開(kāi)，常在焊盤(pán)和導(dǎo)線之間用銅膜布置一個(gè)過(guò)渡區(qū)，形狀像淚滴，故常稱(chēng)做補(bǔ)淚滴( Teardrops )
第二個(gè)，放電齒
此物被稱(chēng)之為放電齒、放電間隙或者火花間隙。采用放電間隙(Sparkgaps )放電間隙是一對(duì)指向彼此相對(duì)的銳角的三角形，指尖相距最大10mil 最小6mil 。一個(gè)三角形接地，另一個(gè)接到信號(hào)線。此三角形不是一種元件，而是由在PCB 布線過(guò)程中使用銅箔層作出來(lái)的。這些三角形需設(shè)置在PCB 板的頂層(componentside )，且不能被防焊涂料所籠蓋。
1、在開(kāi)關(guān)電源浪涌測(cè)試或者ESD測(cè)試時(shí)共模電感兩端將產(chǎn)生高壓，出現(xiàn)飛弧。若與周?chē)骷g距較近，可能使周?chē)骷p壞。因此可在其上并聯(lián)一個(gè)放電管或壓敏電阻限制其電壓，從而起到滅弧的作用。放置防雷器件效果很好但是成本比較高。
2、另一種辦法是在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，在共模電感兩端加入放電齒，使得電感通過(guò)兩放電尖端放電，避免通過(guò)其他路徑放電，從而使得對(duì)周?chē)秃蠹?jí)器件的影響減到最小。
放電間隙不需要另外的成本，在畫(huà)pcb板時(shí)畫(huà)上去就可以了，但是需要特別留意的是此種形式的放電間隙為空氣形式的放電間隙，只能在偶有ESD 產(chǎn)生的環(huán)境中使用。若在經(jīng)常有ESD 發(fā)生的場(chǎng)合中使用，則放電間隙間會(huì)因?yàn)槌３５姆烹姸趦蓚€(gè)三角點(diǎn)上產(chǎn)生積碳，并終極在放電間隙上造成短路，并造成信號(hào)線的永久對(duì)地短路，從而造成系統(tǒng)的故障。
