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浅谈PCB在设计工作中的重要性

像所有新技术一样 ， 工程师花了一段时间才接受并推广PCB 。在1960年代 ， Zeneth曾经吹嘘使用点对点布线 。现在 ， 一切都通过PCB完成 。多年来 ， PCB在电气工程领域一直处于无名英雄状态 。经理们认为PCB布局是一个琐碎的制造问题 ， 设计工程师无需担心 。但是 ， 随着数字电路变得越来越快 ， RF电路已经安装在PCB上 ， 电路板成为许多设计中的限制因素 。计算机辅助设计（CAD）帮助工程师设计了电路板 ， 但是CAD自动布线器经常引起更多问题 。
PCB的中心性
我的导师 ， 大约翰·马萨（Big John Massa）教会了我PCB在设计工作中的重要性 。Massa一直在寻找设计和制造电路板的新方法 。当我们的同龄人谈论68020芯片中的指令缓存架构时 ， Massa谈论的是电路板布局程序和通宵原型设计 。
Massa指出：“在我从事电子产品的40年中 ， 总是电路板是每个项目的承受力和限制因素 。” 您不仅可以制作大量的示意图来谋生 。您有更高的义务要确保这些原理图可以转化为可以制造和销售的产品 。
现代PCB不仅是进度计划的杀手 ， 它还是具有精确设计要求的关键组件 。电子设备中信号的工作频率以及上升和下降时间越来越快 。因此PCB变得越来越重要 。
PC主板的故事
1985年 ， 33 MHz总线出现在PC芯片组上 。Massa接到了本地PC主板制造商的电话 。他们的新主板不起作用 。IC供应商参考设计有效 ， 但是该公司需要不同的尺寸 。Massa注意到PCB走线在组件之间布线时有很多尖角和尖角 。他还看到了一些关键信号 ， 这些信号处于一个大环路中 ， 并具有许多通孔 ， 当迹线从电路板的顶部到底部变化时 ， 这些小孔将迹线连接起来 。该公司表示 ， PCB是由科罗拉多州的一个人完成的 。他们说 ， 这家伙工作便宜 ， 转身很快 ， 一两天 。Massa礼貌地告诉他们 ， 布局是自动布线的 ， 因此永远无法在具有33 MHz信号的板上工作 。

浅谈PCB在设计工作中的重要性
文章插图
自动布线器会出错 。原始的PCB软件只是确保了信号与引脚之间的电流连接 。它不需要担心需要短走线的快速信号 ， 也不必担心由于阻抗不匹配（例如通孔或走线宽度变化）而导致的信号上升时间急剧下降的情况 。
自动布线器会首先连接所有总线信号 ， 因为它们数量众多并且都在同一芯片和连接器之间传输 。然后 ， 它们将在总线周围路由快速关键控制信号 ， 而无需考虑由走线更长而引起的延迟 ， 也无需考虑将控制信号路由到首先放入的总线所需要的所有过孔的反射 。
自动布线器要输入的最后一个信号是高速时钟 ， 因为其中只有一个或两个 。当信号爬到总线周围的曲折路径并控制自动布线器已经放下的控制信号时 ， 该信号将在板的外边缘上下缠绕 ， 绕线 。
较长的扭曲走线确保了较大的时钟偏斜以及通孔产生的各种信号干扰 。最重要的是 ， 时钟信号产生的大循环肯定会辐射大量能量并引起其他电路的干扰 ， 并且使它无法通过FCC EMI法规 。
视频芯片的故事
1995年 ， 另一位好友在一家视频芯片公司工作 。同样的交易；他们的参考设计有效 ， 但是台湾的一个主要客户指责他们的芯片不能在新的PCB中工作 。该设计具有相同的PCB布局错误 。
芯片公司有两种选择 。他们要么叫客户称职 ， 要么告诉他们重新布局电路板 ， 或者他们可以对视频IC进行廉价的金属掩模更换 ， 以补偿这种特殊的不良PCB布局 。他们选择了后者 。顾客很高兴 。他们知道他们一直以来都是对的 ， 当视频芯片供应商向他们发送可以使用的新芯片时 ， 他们就喜欢出色的客户服务 。
我的朋友指出 ， 对于半导体公司来说 ， 这是明智的策略 。一家IC公司希望将IP（知识产权）引入其芯片中 。您无需花钱教客户 ， 而可以在芯片内部进行工作并为此付费 。
一架F-16战斗机的故事
在研究F-16战斗机的雷达干扰舱时 ， 我了解到一些公司遇到的系统性PCB问题 。电路板布局被认为是机械工程任务 ， 因此我们的电气工程师将原理图扔到墙上 ， 然后让其他部门对电路板进行布局 。
我的一块板上有一个非常高速的ECL（发射极耦合逻辑）振荡器 。8层原型板不起作用 。我想知道既然我们有足够的图层来容纳完整的地平面 ， 他们怎么会把它弄糟 。事实证明 ， 机械工程师按形状排列了组件 ， 以简化所有零件下的铝制散热器的设计 。ECL芯片位于左上方 ， 电阻位于中间 ， 晶体位于右下方 ， 距离芯片8英寸 。从那时起 ， 我们确保电气工程师坐在ME上 ， 就像他在PCB上放置元件一样 ， 然后在布局进行制造之前检查布局 。
电源的故事
1998年我向HP咨询时 ， 我设计了Linear Tech LT1513IR SEPIC转换器芯片 。我查看了数据表 ， 并告诉我的LT应用程序工程师Jon Dutra ， 凌力尔特在数据表中的布局有误 。好的 ， 您现在可以停止笑了 。不 ， 真的 ， 别笑了 。我小而笨 。
现就职于Microsoft的Dutra耐心地浏览了数据表应用程序部分 ， 并解释了为何按建议的方式布置转换器 。我有从Linear Technology退休的好朋友 ， 他们向我保证Linear Tech有许多坚持使用LT的客户 ， 因为他们拥有某种应用工程支持 ， 从我的对错中汲取了教训 。我以线性技术的方式设计了SEPIC转换器 ， 并在第一次旋转时就工作了 。
掌上电脑的故事
当我在掌上电脑公司工作时 ， 我们犯了一个错误 ， 那就是让SPECCTRA自动布线12层PCB 。我们认为SPECCTRA非常智能（而且价格昂贵） ， 因此可以在没有监督或人工干预的情况下使用自动布线器 。当PCI总线不工作时 ， 我们制作了一个夹具来探测PCI总线中的每个信号 。他们都在那儿 ， 时机已经接近 ， 但显然还不够接近 ， 无法处理挂在公共汽车上的筹码 。而这是在没有连接器的总线中 ， 只有走线 ， 只跑了4或5英寸 。永远不要相信无监督的自动路由器 。曾经
消费者DVD播放器的故事
在一家半导体公司期间 ， 我们制造了芯片来为PC DVD刻录机中的激光器供电 。我看了客户设计的柔性电路原型 ， 并知道他们没有高速或散热设计的经验 。毕竟 ， 他们以前工作过的CD刻录机的数据速率很慢 ， 而且该芯片并没有散发很多热量 。我们用了半年的时间教客户如何设计他们的PCB 。
提供帮助
不要轻视您的PCB设计 。请密切注意数据表中的建议 。半导体公司的应用工程师会在这里为您提供帮助 。但是要意识到他们是筹码专家 ， 而不是系统人员 。因此 ， 到目前为止 ， 他们将告诉您使用分离的模拟和数字接地层 ， 并将它们连接在模数转换器芯片下 。如果板上有五个A至D芯片 ， 他们不会告诉您该怎么办 。亨利·奥特（Henry Ott）是世界上噪声和PCB设计最重要的方面 ， 他将向您收取1300美元的费用 ， 以参加他的研讨会并学习设计完整PCB系统而不是IC演示板的正确方法 。他将向您展示如何使用组件放置和布线规则来防止设计产生或对噪声敏感 。
同样 ， Eric Bogatin和Howard Johnson都有培训和课程 ， 以确保您的设计具有良好的信号和电源完整性 。您的整个部门可能没有必要参加 ， 但是应该有人来解决PCB设计问题的最新解决方案 。Ridley Engineering是电源供应商的另一个不错的资源 ， 它可以制造测试设备 ， 并提供有关布局和设计的课程 。
【浅谈PCB在设计工作中的重要性】 如果您不希望出现片状和有问题的设计 ， 那么您应该学习有关印刷电路板设计和制造的全部知识 。这是您设计的基础 ， 没有人想要摇摇欲坠的基础 。
责任编辑:tzh

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