PCB設(shè)計的核心——解決問題、面對挑戰(zhàn)

PCB設(shè)計是指通過原理圖和電路布局的設(shè)計，以盡可能低的成本生產(chǎn)電路板。過去，這通常需要借助昂貴的專用工具來完成，但現(xiàn)在，隨著designSpark PCB等免費高性能軟件工具和設(shè)計模型的日益普及，電路板設(shè)計人員的設(shè)計速度大大加快。

盡管工程設(shè)計人員知道完美的設(shè)計方案是避免問題的最好方法，但這仍然是一種既浪費時間又浪費金錢、治標不治本的方法。例如，如果在電磁兼容（EMC）測試階段發(fā)現(xiàn)問題，就會造成大量的成本投入，甚至需要對原設(shè)計方案進行調(diào)整和重新生產(chǎn)，這需要幾個月的時間。

挑戰(zhàn)

布局是設(shè)計師首先要面對的問題。這個問題取決于圖中的一些內(nèi)容，一些設(shè)備需要基于邏輯考慮設(shè)置在一起。但需要注意的是，溫度敏感元件（例如傳感器）應(yīng)與發(fā)熱元件（包括功率轉(zhuǎn)換器）分開設(shè)置。對于具有多種電源設(shè)置的設(shè)計，可以將12V和15V電源轉(zhuǎn)換器設(shè)置在電路板的不同位置，因為它們產(chǎn)生的熱量和電子噪聲會影響其他元件和電路板的可靠性和性能。

上述元件也會影響電路設(shè)計的電磁性能，這不僅對電路板的性能和能耗很重要，而且對電路板的經(jīng)濟性也有很大影響。因此，所有在歐洲銷售的電路板設(shè)備都必須獲得CE標志，以證明其不會干擾其他系統(tǒng)。不過，這通常只是從電源的角度來看。還有許多設(shè)備會發(fā)出噪聲，例如 DC-DC 轉(zhuǎn)換器和高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。由于電路板設(shè)計上的缺陷，這些噪聲可以被通道捕獲并作為小天線輻射出去，從而產(chǎn)生噪聲和異常頻率區(qū)域。

遠場電磁干擾（EMI）問題可以通過在噪聲點安裝濾波器或使用金屬外殼屏蔽信號來解決。不過，應(yīng)適當關(guān)注電路板上能夠釋放電磁干擾（EMI）的設(shè)備，這使得電路板可以選擇更便宜的外殼，從而有效降低整個系統(tǒng)的成本。

在電路板設(shè)計過程中，電磁干擾（EMI）確實是一個必須關(guān)注的因素。電磁串擾可以與通道耦合，將信號擾亂成噪聲，影響電路板的整體性能。如果耦合噪聲太高，信號可能會被完全覆蓋。因此，必須安裝更昂貴的信號放大器才能恢復(fù)正常。但如果在電路板設(shè)計之初就能夠充分考慮信號電路布局，則可以避免上述問題。由于電路板的設(shè)計會根據(jù)不同的設(shè)備、不同的使用場所、不同的散熱要求、不同的電磁干擾（EMI）條件而有所不同，因此設(shè)計模板就會投入使用。

電容也是電路板設(shè)計中不可忽視的重要問題，因為電容會影響信號的傳播速度，增加電力的消耗。溝道會與相鄰的線路耦合或垂直穿過兩個電路層，從而無意中形成電容器。上述問題可以通過減少平行線的長度并在其中一根線上安裝扭結(jié)以切斷耦合來相對容易地解決。但也需要工程設(shè)計人員充分考慮生產(chǎn)設(shè)計原則，確保設(shè)計方案易于制造，避免線路彎曲角度過大而產(chǎn)生噪聲輻射。線路之間的距離也可能太近，這會造成線路之間的短路，尤其是線路彎曲處。 隨著時間的推移，金屬“晶須”就會出現(xiàn)。設(shè)計規(guī)則檢測通?？梢宰R別環(huán)路風險高于正常水平的區(qū)域。

這個問題在地平面的設(shè)計中尤為突出。金屬電路層可以與其上方和下方的所有線形成耦合。金屬層雖然可以有效阻擋噪聲，但也會產(chǎn)生關(guān)聯(lián)電容，影響線路的運行速度，增加功耗。

就多層電路板的設(shè)計而言，不同層電路板之間的通孔設(shè)計可能是最具爭議性的問題，因為通孔設(shè)計會給電路板的生產(chǎn)制造帶來很多問題。電路板層間的過孔會影響信號的性能，降低電路板設(shè)計的可靠性，應(yīng)予以充分重視。

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