詳細解釋設計 PCB 時的最佳實踐和注意事項

在設計PCB時，我們通常依賴于我們通常在互聯網上找到的經驗和技巧。 每個 PCB 設計都可以針對特定應用進行優化。 一般來說，它的設計規則只適用于目標應用。 例如，模數轉換器PCB規則不適用于RF PCB，反之亦然。 然而，一些指南可以被認為是適用于任何 PCB 設計的通用指南。 在本教程中，我們將介紹一些可以顯著改進 PCB 設計的基本問題和技術。

電源和信號分配

配電是任何電氣設計中的關鍵要素。 您的所有組件都依賴電源來執行其功能。 根據您的設計，某些組件可能具有最佳電源連接，而同一板上的某些組件可能具有最差電源連接。 例如，如果所有組件都由一根電線供電，則每個組件將觀察到不同的阻抗，從而導致多個接地參考。 例如，如果您有兩個 ADC 電路，一個在開頭，另一個在結尾，并且兩個 ADC 都讀取外部電壓，則每個模擬電路將讀取相對于自身的不同電位。

我們可以將功率分布概括為三種可能的方式：單點源、星源和多點源。

(a) 單點供電：各元器件的電源和地線相互分開。 所有組件的電源接線應僅匯聚在一個參考點。 單點被認為是最適合供電的。 但是，這對于復雜或大/中型項目是不可行的。

(b) 星源：星源可視為單點源的改進。 由于它的關鍵特性，它是不同的：組件之間的布線長度是相同的。 星型連接通常用于各種時鐘的復雜高速信號板。 在高速信號PCB中，信號通常來自邊緣，然后到達中心。 所有信號都可以從中心傳輸到電路板的任何區域，區域之間的延遲極小。

(c) 多點源：無論如何，它被認為是最差的。 但是，它最容易用于任何電路。 多點源可能會導致組件之間和公共阻抗耦合中的參考差異。 這種設計風格還允許高開關 IC、時鐘和 RF 電路在共享連接的附近電路中引入噪聲。

當然，在我們的日常生活中，我們不會總是只有一種分布類型。 我們可以實現的最佳折衷方案是將單點源與多點源混合。 基本上，模擬敏感設備和高速/射頻系統應放置在一個點上，而所有其他不太敏感的外圍設備應放置在多個點上。

動力飛機

你有沒有想過是否應該使用電源平面？ 好吧，答案應該是響亮的。 電源板是傳輸功率和降低任何電路噪聲的最佳方式之一。 電源層縮短了接地路徑，降低了電感，提高了電磁兼容（EMC）性能。 這也應該歸功于在兩側的電源平面上還產生了一個平行板去耦電容，從而阻止了噪聲傳播。

電源板還有一個明顯的優勢：由于面積大，允許更多的電流通過，從而增加了PCB的工作溫度范圍。 但請注意，電源層可以提高工作溫度，但布線也必須考慮。 跟蹤規則在 IPC-2221 和 IPC-9592 中給出

對于帶有射頻源的PCB（或任何高速信號應用），必須有完整的地平面，以提高電路板的性能。 信號必須在不同的平面上，使用兩層板同時滿足兩個要求幾乎是不可能的。 如果您想設計天線或任何低復雜度的射頻板，您可以使用兩層。

在混合信號設計中，制造商通常建議將模擬與數字分開。 敏感的模擬電路很容易受到高速開關和信號的影響。 如果模擬和數字接地不同，則接地層將分開。 然而，差異有其自身的挑戰需要克服。 應注意主要由地平面不連續引起的分地串擾和環路面積。

電磁兼容性和電磁干擾 (EMI)

對于高頻設計（如 RF 系統），EMI 可能是一個主要缺點。 前面討論的接地層有助于降低 EMI，但根據您的 PCB，接地層可能會導致其他問題。 在具有四層或更多層的層壓板中，飛機的距離至關重要。 當面內電容較小時，電場會在板上擴展。 同時，兩個平面之間的阻抗降低，允許返回電流流向信號平面。 這將為穿過平面的任何高頻信號產生 EMI。

避免 EMI 的一個簡單解決方案是防止高速信號跨越多個層。 加去耦電容； 并在信號線周圍放置接地過孔。 下圖顯示了具有高頻信號的良好 PCB 設計。

過濾噪聲

旁路電容器和鐵氧體磁珠用于過濾任何組件產生的噪聲。 基本上，如果用于任何高速應用，任何 I/O 引腳都可能成為噪聲源。 為了更好地利用這些內容，我們需要注意以下幾點：

始終將鐵氧體磁珠和旁路電容器放置在盡可能靠近噪聲源的位置。 當我們使用自動布局和自動布線時，他們通常不知道電路中每個元件的功能，因此您應該考慮檢查的距離。 避免過濾器和組件之間的過孔和任何其他布線。 如果您有地平面，請使用多個通孔將其正確接地。 PCB加工廠分享：詳細講解PCB設計中的最佳實踐和注意事項，可以針對具體應用優化每一個PCB設計。