PCB設計基礎

您的電子電路項目的性能很大程度上取決于在PCB上的布局或設計方式?？偟膩碚f，PCB設計可能是一項復雜的任務。通過使用謹慎的方法來設計電路板，可以確保您更有效，更經濟地為項目開發(fā)正確的電路。

首先，在設計PCB之前，重要的是創(chuàng)建電子電路項目的原理圖。該原理圖用作在電路板上布局走線和放置元件的藍圖。為了使事情變得容易，您可以使用PCB設計軟件。您可以從現在可用的各種PCB設計軟件解決方案中進行選擇，例如Eagle，Multisim，EasyEDA和CAD。這些軟件應用程序具有可用于構建電路的組件庫，并允許您方便地根據需要進行電路設計更改和修改。

確定要使用的軟件后，現在該將您的項目原理圖繪制到所選軟件中了。下一步是將原理圖轉換為PCB圖。在板上完成繪圖后，在將設計轉換為個本文件之前，請檢查是否存在一些錯誤。

接下來，選擇要制造PCB的PCB制造商。

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高速電路設計面臨的問題

信號完整性

信號完整性（Signal Integrity，SI）是指信號在信號線上的質量，即信號在電路中以正確的時序和電壓作出響應的能力。如果電路中信號能夠以要求的時序、持續(xù)時間和電壓幅度到達接1收器，則可確定該電路具有較好的信號完整性。反之，當信號不能正常響應時，就出現了信號完整性問題。

高速PCB的信號完整性問題主要包括信號反射、串擾、信號延遲和時序錯誤。

● 反射：信號在傳輸線上傳輸時，當高速PCB上傳輸線的特征阻抗與信號的源端阻抗或負載阻抗不匹配時，信號會發(fā)生反射，使信號波形出現過沖、下沖和由此導致的振鈴現象。過沖（Overshoot）是指信號跳變的初個峰值（或谷值），它是在電源電平之上或參考地電平之下的額外電壓效應；下沖（Undershoot）是指信號跳變的下一個谷值（或峰值）。過大的過沖電壓經常長期性地沖擊會造成器件的損壞，下沖會降低噪聲容限，振鈴增加了信號穩(wěn)定所需要的時間，從而影響到系統(tǒng)時序。

● 串擾：在PCB中，串擾是指當信號在傳輸線上傳播時，因電磁能量通過互容和互感耦合對相鄰的傳輸線產生的不期望的噪聲干擾，它是由不同結構引起的電磁場在同一區(qū)域里的相互作用而產生的?；ト菀l(fā)耦合電流，稱為容性串擾；而互感引發(fā)耦合電壓，稱為感性串擾。在PCB上，串擾與走線長度、信號線間距，以及參考地平面的狀況等有關。

● 信號延遲和時序錯誤：信號在PCB的導線上以有限的速度傳輸，信號從驅動端發(fā)出到達接收端，其間存在一個傳輸延遲。過多的信號延遲或者信號延遲不匹配可能導致時序錯誤和邏輯器件功能混亂。

高速PCB的疊層設計

現在系統(tǒng)工作頻率的提高，使PCB的設計復雜度逐步提高，對于信號完整性的分析除了反射，串繞，以及EMI等之外，疊層設計的合理性和電源系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠也是重要的設計思想。合理而優(yōu)良的PCB疊層設計可以提高整個系統(tǒng)的EMC性能，并減小PCB回路的輻射效應，同樣，穩(wěn)定可靠的電源可以為信號提供理想的返回路徑，減小環(huán)路面積。現在普遍使用的是高速數字系統(tǒng)設計中多層板和多個工作電源，這就涉及多層板的板層結構設計、介質的選擇和電源/地層的設計等，其中電源（地）層的設計是至關重要的。同時，合理的疊層設計為好的布線和互連提供基礎，是設計一個優(yōu)1質PCB的前提。

PCB的疊層設計通常由PCB的性能要求、目標成本、制造技術和系統(tǒng)的復雜程度等因素決定。對于大多數的設計，存在許多相互沖突的要求，通常完成的設計策略是在考慮各方面的因素后折中決定的。對于高速、高1性能系統(tǒng)，通常采用多層板，層數可能高達30層或更多。

pcb設計簡易的幾個原則

1、遵照“先大后小，先難后易”的布置原則，即重要的單元電路、核心元器件應當優(yōu)先布局。這個和吃自助餐的道理是一樣的：自助餐胃口有限先挑喜歡的吃，PCB空間有限先挑重要的擺。

2、布局中應參考原理框圖，根據單板的主信號流向規(guī)律安排主要元器件。布局應盡量滿足以下要求：總的連線盡可能短，關鍵信號線短;去耦電容的布局要盡量靠近IC的電源管腳，并使之與電源和地之間形成的回路短 ;減少信號跑的冤枉路，防止在路上出意外。

3、元器件的排列要便于調試和維修，亦即小元件周圍不能放置大元件、需調試的元器件周圍要有足夠的空間，弄得太擠局面往往會變得很尷尬。

4、相同結構電路部分，盡可能采用“對稱式”標準布局;按照均勻分布、重1心平衡、版面美觀的標準優(yōu)化布局。

5、同類型插裝元器件在X或Y方向上應朝一個方向放置。同一種類型的有極性分立元件也要力爭在X或Y方向上保持一致，便于生產和檢驗。

6、發(fā)熱元件要一般應均勻分布，以利于單板和整機的散熱，除溫度檢測元件以外的溫度敏感器件應遠離發(fā)熱量大的元器件。

7、高電壓、大電流信號與小電流，低電壓的弱信號完全分開;模擬信號與數字信號分開;高頻信號與低頻信號分開;高頻元器件的間隔要充分。元件布局時，應適當考慮使用同一種電源的器件盡量放在一起，以便于將來的電源分隔。