北京廠家貼片SMT隨著PCB設(shè)計(jì)復(fù)雜度的逐步提高，對(duì)于信號(hào)完整性的分析除了反射，串?dāng)_以及EMI之外，廠家貼片SMT穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng)也成為設(shè)計(jì)者們重點(diǎn)研究的方向之一。尤其當(dāng)開(kāi)關(guān)器件數(shù)目不斷增加，核心電壓不斷減小的時(shí)候，電源的波動(dòng)往往會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)致命的影響，于是人們提出了新的名詞：電源完整性，簡(jiǎn)稱PI(powerintegrity)。當(dāng)今國(guó)際市場(chǎng)上，IC設(shè)計(jì)比較發(fā)達(dá)，但電源完整性設(shè)計(jì)還是一個(gè)薄弱的環(huán)節(jié)。因此本文提出了PCB板中電源完整性問(wèn)題的產(chǎn)生，分析了影響電源完整性的因素并提出了解決PCB板中電源完整性問(wèn)題的優(yōu)化方法與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)的理論分析與實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。二、電源噪聲的起因及分析對(duì)于電源噪聲的起因我們通過(guò)一個(gè)與非門(mén)電路圖進(jìn)行分析。圖1中的電路圖為一個(gè)三輸入與非門(mén)的結(jié)構(gòu)圖，因?yàn)榕c非門(mén)屬于數(shù)字器件，它是通過(guò)“1”和“0”電平的切換來(lái)工作的。隨著IC技術(shù)的不斷提高，數(shù)字器件的切換速度也越來(lái)越快，這就引進(jìn)了更多的高頻分量，同時(shí)回路中的電感在高頻下就很容易引起電源波動(dòng)。如在圖1中，當(dāng)與非門(mén)輸入全為高電平時(shí)，電路中的三極管導(dǎo)通，電路瞬間短路，電源向電容充電，同時(shí)流入地線。此時(shí)由于電源線和地線上存在寄生電感，我們由公式V=LdI/dt可知，這將在電源線和地線上產(chǎn)生電壓波動(dòng)，如圖2中所示的電平上升沿所引入的ΔI噪聲。當(dāng)與非門(mén)輸入為低電平時(shí)，此時(shí)電容放電，將在地線上產(chǎn)生較大的ΔI噪聲;而電源此時(shí)只有電路的瞬間短路所引起的電流突變，由于不存在向電容充電而使電流突變相對(duì)于上升沿來(lái)說(shuō)要小。從對(duì)與非門(mén)的電路進(jìn)行分析我們知道，造成電源不穩(wěn)定的根源主要在于兩個(gè)方面：一是器件高速開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，瞬態(tài)的交變電流過(guò)大;

一個(gè)布局是否合理沒(méi)有判斷標(biāo)準(zhǔn)，可以采用一些相對(duì)簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷布局的優(yōu)劣。最常用的標(biāo)準(zhǔn)就是使飛線總長(zhǎng)度盡可能短。一般來(lái)說(shuō)，飛線總長(zhǎng)度越短，意味著布線總長(zhǎng)度也是越短(注意：這只是相對(duì)于大多數(shù)情況是正確的，并不是完全正確);走線越短，走線所占據(jù)的印制板面積也就越小，布通率越高。在走線盡可能短的同時(shí)，還必須考慮布線密度的問(wèn)題。如何布局才能使飛線總長(zhǎng)度最短并且保證布局密度不至于過(guò)高而不能實(shí)現(xiàn)是個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題。因?yàn)椋{(diào)整布局就是調(diào)整封裝的放置位置，一個(gè)封裝的焊盤(pán)往往和幾個(gè)甚至幾十個(gè)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)相關(guān)聯(lián)，減小一個(gè)網(wǎng)絡(luò)飛線長(zhǎng)度可能會(huì)增長(zhǎng)另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的飛線長(zhǎng)度。如何能夠調(diào)整封裝的位置到最佳點(diǎn)實(shí)在給不出太實(shí)用的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際操作時(shí)，主要依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)觀查屏幕顯示的飛線是否簡(jiǎn)捷、有序和計(jì)算出的總長(zhǎng)度是否最短。飛線是手工布局和布線的主要參考標(biāo)準(zhǔn)，手工調(diào)整布局時(shí)盡量使飛線走最短路徑，手工布線時(shí)常常按照飛線指示的路徑連接各個(gè)焊盤(pán)。Protel的飛線優(yōu)化算法可以有效地解決飛線連接的最短路徑問(wèn)題。飛線的連接策略Protel提供了兩種飛線連接方式供使用者選擇：順序飛線和最短樹(shù)飛線。在布線參數(shù)設(shè)置中的飛線模式頁(yè)可以設(shè)置飛線連接策略，應(yīng)該選擇最短樹(shù)策略。動(dòng)態(tài)飛線在有關(guān)飛線顯示和控制一節(jié)中已經(jīng)講到： 執(zhí)行顯示網(wǎng)絡(luò)飛線、顯示封裝飛線和顯示全部飛線命令之一后飛線顯示開(kāi)關(guān)打開(kāi)，執(zhí)行隱含全部飛線命令后飛線顯示開(kāi)關(guān)關(guān)閉。

PCB設(shè)計(jì)是一個(gè)細(xì)致的工作，需要的就是細(xì)心和耐心。剛開(kāi)始做設(shè)計(jì)的新手經(jīng)常犯的錯(cuò)誤就是一些細(xì)節(jié)錯(cuò)誤。器件管腳弄錯(cuò)了，器件封裝用錯(cuò)了，管腳順序畫(huà)反了等等，有些可以通過(guò)飛線來(lái)解決，有些可能就讓一塊板子直接變成了廢品。畫(huà)封裝的時(shí)候多檢查一遍，投板之前把封裝打印出來(lái)和實(shí)際器件比一下，多看一眼，多檢查一遍不是強(qiáng)迫癥，只是讓這些容易犯的低級(jí)錯(cuò)誤盡量避免。否則設(shè)計(jì)的再好看的板子，上面布滿飛線，也就遠(yuǎn)談不上優(yōu)秀了。(二) 學(xué)會(huì)設(shè)置規(guī)則其實(shí)現(xiàn)在不光高級(jí)的PCB設(shè)計(jì)軟件需要設(shè)置布線規(guī)則，一些簡(jiǎn)單易用的PCB工具同樣可以進(jìn)行規(guī)則設(shè)置。人腦畢竟不是機(jī)器，那就難免會(huì)有疏忽有失誤。所以把一些容易忽略的問(wèn)題設(shè)置到規(guī)則里面，讓電腦幫助我們檢查，盡量避免犯一些低級(jí)錯(cuò)誤。另外，完善的規(guī)則設(shè)置能更好的規(guī)范后面的工作。所謂磨刀不誤砍柴工，板子的規(guī)模越復(fù)雜規(guī)則設(shè)置的重要性越突出。現(xiàn)在很多EDA工具都有自動(dòng)布線功能，如果規(guī)則設(shè)置足夠詳細(xì)，讓工具自己幫你去設(shè)計(jì)，你在一旁喝杯咖啡，不是更愜意的事情嗎?(三) 為別人考慮的越多，自己的工作越少在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)的時(shí)候，盡量多考慮一些最終使用者的需求。比如，如果設(shè)計(jì)的是一塊開(kāi)發(fā)板，那么在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)的時(shí)候就要考慮放置更多的絲印信息，這樣在使用的時(shí)候會(huì)更方便，不用來(lái)回的查找原理圖或者找設(shè)計(jì)人員支持了。如果設(shè)計(jì)的是一個(gè)量產(chǎn)產(chǎn)品，那么就要更多的考慮到生產(chǎn)線上會(huì)遇到的問(wèn)題，同類型的器件盡量方向一致，器件間距是否合適，板子的工藝邊寬度等等。這些問(wèn)題考慮的越早，越不會(huì)影響后面的設(shè)計(jì)，也可以減少后面支持的工作量和改板的次數(shù)。看上去開(kāi)始設(shè)計(jì)上用的時(shí)間增加了，實(shí)際上是減少了自己后續(xù)的工作量。在板子空間信號(hào)允許的情況下，盡量放置更多的測(cè)試點(diǎn)，提高板子的可測(cè)性，這樣在后續(xù)調(diào)試階段同樣能節(jié)省更多的時(shí)間，給發(fā)現(xiàn)問(wèn)題提供更多的思路。

這里主要是說(shuō)了從PCB設(shè)計(jì)封裝來(lái)解析選擇元件的技巧。元件的封裝包含很多信息，包含元件的尺寸，特別是引腳的相對(duì)位置關(guān)系，還有元件的焊盤(pán)類型。當(dāng)然我們根據(jù)元件封裝選擇元件時(shí)還有一個(gè)要注意的地方是要考慮元件的外形尺寸。引腳位置關(guān)系：主要是指我們需要將實(shí)際的元件的引腳和PCB元件的封裝的尺寸對(duì)應(yīng)起來(lái)。我們選擇不同的元件，雖然功能相同，但是元件的封裝很可能不一樣。我們需要保證PCB焊盤(pán)尺寸位置正確才能保證元件能正確焊接。焊盤(pán)的選擇：這個(gè)是我們需要考慮的比較多的地方。首先包括焊盤(pán)的類型。其類型包括兩種，一是電鍍通孔，一種是表貼類型。我們需要考慮的因素有器件成本、可用性、器件面積密度和功耗等因數(shù)。從制造角度看，表貼器件通常要比通孔器件便宜，而且一般可用性較高。對(duì)于我們一般設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，我們選擇表貼元件，不僅方便手工焊接，而且有利于查錯(cuò)和調(diào)試過(guò)程中更好的連接焊盤(pán)和信號(hào)。其次我們還應(yīng)該注意焊盤(pán)的位置。因?yàn)椴煌奈恢茫痛碓?shí)際當(dāng)中不同的位置。我們?nèi)绻缓侠戆才藕副P(pán)的位置，很有可能就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)區(qū)域元件過(guò)密，而另外一個(gè)區(qū)域元件很稀疏的情況，當(dāng)然情況更糟糕的是由于焊盤(pán)位置過(guò)近，導(dǎo)致元件之間空隙過(guò)小而無(wú)法焊接，下面就是我失敗的一個(gè)例子，我在一個(gè)光耦開(kāi)關(guān)旁邊開(kāi)了通孔，但是由于它們的位置過(guò)近，導(dǎo)致光耦開(kāi)關(guān)焊接上去以后，通孔無(wú)法再放置螺絲了。另外一種情況就是我們要考慮焊盤(pán)如何焊接。在實(shí)際過(guò)程中我們常按一個(gè)特定的方向排列焊盤(pán)，焊接起來(lái)比較方便。元件的外形尺寸：在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，一些元件(如有極性電容)可能有高度凈空限制，所以我們需要在元件選擇過(guò)程中加以考慮。我們?cè)谧畛蹰_(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)，可以先畫(huà)一個(gè)基本的電路板外框形狀，然后放置上一些計(jì)劃要使用的大型或位置關(guān)鍵元件(如連接器)。這樣，就能直觀快速地看到(沒(méi)有布線的)電路板虛擬透視圖，并給出相對(duì)精確的電路板和元器件的相對(duì)定位和元件高度。這將有助于確保PCB經(jīng)過(guò)裝配后元件能合適地放進(jìn)外包裝(塑料制品、機(jī)箱、機(jī)框等)內(nèi)。當(dāng)然我們還可以從工具菜單中調(diào)用三維預(yù)覽模式瀏覽整塊電路板。對(duì)于元件的選擇，除了要依據(jù)設(shè)計(jì)要求外，還要選擇正規(guī)廠家所生產(chǎn)的產(chǎn)品，這樣才能保證實(shí)現(xiàn)你的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

一個(gè)高明的CAD工程師需要做的是：如何綜合考慮各方意見(jiàn)，達(dá)到最佳結(jié)合點(diǎn)。以下為EDADOC專家根據(jù)個(gè)人在通訊產(chǎn)品PCB設(shè)計(jì)的多年經(jīng)驗(yàn)，所總結(jié)出來(lái)的層疊設(shè)計(jì)參考，與大家共享。 PCB層疊設(shè)計(jì)基本原則 CAD工程師在完成布局(或預(yù)布局)后，重點(diǎn)對(duì)本板的布線瓶徑處進(jìn)行分析，再結(jié)合EDA軟件關(guān)于布線密度(PIN/RAT)的報(bào)告參數(shù)、綜合本板諸如差分線、敏感信號(hào)線、特殊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等有特殊布線要求的信號(hào)數(shù)量、種類確定布線層數(shù);再根據(jù)單板的電源、地的種類、分布、有特殊布線需求的信號(hào)層數(shù)，綜合單板的性能指標(biāo)要求與成本承受能力，確定單板的電源、地的層數(shù)以及它們與信號(hào)層的相對(duì)排布位置。單板層的排布一般原則：A)與元件面相鄰的層為地平面，提供器件屏蔽層以及為頂層布線提供回流平面;B)所有信號(hào)層盡可能與地平面相鄰(確保關(guān)鍵信號(hào)層與地平面相鄰);C)主電源盡可能與其對(duì)應(yīng)地相鄰;D)盡量避免兩信號(hào)層直接相鄰;