PCB设计的主要流程

出处:面包板 发布于:2020-02-21 12:39:42

  在PCB的设计中,其实在正式布线前,还要经过很漫长的步骤,以下就是主要设计的流程:
1. 系统规格
首先要先规划出该电子设备的各项系统规格。包含了系统功能,成本限制,大小,运作情形等等。
2. 系统功能区块图
接下来必须要制作出系统的功能区块图。区块间的关系也必须要标示出来。
3. 将系统分割几个PCB
将系统分割数个PCB的话,不仅在尺寸上可以缩小,也可以让系统具有升级与交换零件的能力。系统功能区块图就提供了我们分割的依据。像是电脑就可以分成主机板、显示卡、音效卡、软碟和电源供应器等等。
4. 决定使用封装方法,和各PCB的大小
当各PCB使用的技术和电路数量都决定好了,接下来就是决定板子的大小了。如果设计的过大,那么封装技术就要改变,或是重新作分割的动作。在选择技术时,也要将线路图的品质与速度都考量进去。
5. 绘出所有PCB的电路概图
概图中要表示出各零件间的相互连接细节。所有系统中的PCB都必须要描出来,现今大多采用CAD(电脑辅助设计,Computer Aided Design)的方式。
PCB的电路概图
初步设计的模拟运作是为了确保设计出来的电路图可以正常运作,这必须先用电脑软体来模拟一次。这类软体可以读取概图,并且用许多方式显示电路运作的情况。这比起实际做出一块样本PCB,然后用手动测量要来的有效率多了。
将零件放上PCB
零件放置的方式,是根据它们之间如何相连来决定的。它们必须以最有效率的方式与路径相连接。所谓有效率的布线,就是牵线越短并且通过层数越少(这也同时减少导孔的数目)越好,不过在真正布线时,我们会再提到这个问题。下面是汇流排在PCB上布线的样子。为了让各零件都能够拥有完美的配线,放置的位置是很重要的。
测试布线可能性,与高速下的正确运作
现今的部份电脑软体,可以检查各零件摆设的位置是否可以正确连接,或是检查在高速运作下,这样是否可以正确运作。这项步骤称为安排零件,不过我们不会太深入研究这些。如果电路设计有问题,在实地导出线路前,还可以重新安排零件的位置。
导出PCB上线路
在概图中的连接,现在将会实地作成布线的样子。这项步骤通常都是全自动的,不过一般来说还是需要手动更改某些部份。下面是2层板的导线范本。红色和蓝色的线条,分别代表PCB的零件层与焊接层。白色的文字与四方形代表的是网版印刷面的各项标示。红色的点和圆圈代表钻洞与导孔。最右方我们可以看到PCB上的焊接面有金手指。这个PCB的最终构图通常称为工作底片(Artwork)。
每一次的设计,都必须要符合一套规定,像是线路间的最小保留空隙,最小线路宽度,和其他类似的实际限制等。这些规定依照电路的速度,传送讯号的强弱,电路对耗电与杂讯的敏感度,以及材质品质与制造设备等因素而有不同。如果电流强度上升,那导线的粗细也必须要增加。为了减少PCB的成本,在减少层数的同时,也必须要注意这些规定是否仍旧符合。如果需要超过2层的构造的话,那么通常会使用到电源层以及地线层,来避免讯号层上的传送讯号受到影响,并且可以当作讯号层的防护罩。
导线后电路测试
为了确定线路在导线后能够正常运作,它必须要通过最后检测。这项检测也可以检查是否有不正确的连接,并且所有连线都照着概图走。
建立制作档案
因为目前有许多设计PCB的CAD工具,制造厂商必须有符合标淮的档案,才能制造板子。标淮规格有好几种,不过最常用的是Gerber files规格。一组Gerber files包括各讯号、电源以及地线层的平面图,防焊层与网板印刷面的平面图,以及钻孔与取放等指定档案。
电磁相容问题
没有照EMC(电磁相容)规格设计的电子设备,很可能会散发出电磁能量,并且干扰附近的电器。EMC对电磁干扰(EMI),电磁场(EMF)和射频干扰(RFI)等都规定了最大的限制。这项规定可以确保该电器与附近其他电器的正常运作。EMC对一项设备,散射或传导到另一设备的能量有严格的限制,并且设计时要减少对外来EMF、EMI、RFI等的磁化率。换言之,这项规定的目的就是要防止电磁能量进入或由装置散发出。这其实是一项很难解决的问题,一般大多会使用电源和地线层,或是将PCB放进金属盒子当中以解决这些问题。电源和地线层可以防止讯号层受干扰,金属盒的效用也差不多。对这些问题我们就不过于深入了。
电路的最大速度得看如何照EMC规定做了。内部的EMI,像是导体间的电流耗损,会随着频率上升而增强。如果两者之间的的电流差距过大,那么一定要拉长两者间的距离。这也告诉我们如何避免高压,以及让电路的电流消耗降到最低。布线的延迟率也很重要,所以长度自然越短越好。所以布线良好的小PCB,会比大PCB更适合在高速下运作。
关键词:PCB

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