在與硬件企業(yè)家合作的多年中，我們看到太多設(shè)計不佳的印刷電路板（PCB）案例，這些案例永遠都無法滿足商業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量要求。

在某些情況下，這些委員會是由企業(yè)家自己設(shè)計的，而有時又是由自由工程師設(shè)計的。

尤其是，如果您要聘請假想的專家來設(shè)計PCB，那么能夠判斷其工作質(zhì)量很重要。

正如我認為許多電氣工程師會同意的那樣，大多數(shù)工程師從來沒有在學校教過PCB設(shè)計，因此，請務必避免雇用缺乏實際PCB設(shè)計經(jīng)驗的工程師。

盡管確實需要PCB設(shè)計專家來進行適當?shù)耐暾O(shè)計審查，但仍有一些方法可以快速判斷PCB設(shè)計的質(zhì)量。

原理圖可以告訴您如何將各個組件連接在一起以提供給定的功能。然而，就其本身而言，它提供了有關(guān)如何將組件實際放置和連接在一起以提供功能產(chǎn)品的非常有限的信息。

例如，原理圖線轉(zhuǎn)換為印刷電路板（PCB）上的走線。但是，除非在原理圖中明確記錄，否則原理圖幾乎不會提供有關(guān)這些線路所承載信號種類的信息。

如果由與設(shè)計原理圖的工程師不同的工程師設(shè)計PCB布局，則此原理圖文檔特別重要。

這些線路中的信號可能是低電平，低噪聲的信號，必須將其從更嘈雜的電路板走線引開，以免產(chǎn)生噪聲。

或者，它們可能是快速的數(shù)據(jù)或時鐘信號，它們扇出到多個芯片上的許多引腳。在這種情況下，走線的長度應匹配，并保持較短，以避免延遲不匹配。

如果沒有正確設(shè)計這些走線，則某些線路板可能會起作用，有些可能不會起作用，這取決于用于填充每個線路板的組件的特性和公差。

換句話說，即使電路板忠實地實現(xiàn)了完整工作原理圖的所有組件互連，最終產(chǎn)品也可能無法按預期工作。

本文介紹了7種快速判斷PCB設(shè)計質(zhì)量的方法。

這里的重點是布局和組件放置，而不是電路板結(jié)構(gòu)本身的實際質(zhì)量（這完全取決于電路板制造商）。

最后，本文并非旨在具有很高的技術(shù)性，并且當然不會涵蓋所有可能性，尤其是對于高度復雜的設(shè)計或具有獨特要求的設(shè)計。

本文的目的是向您展示如何快速確定您是否有不良的PCB設(shè)計，因為在PCB設(shè)計中有一些特定的領(lǐng)域，新設(shè)計師最有可能做錯這些事情。

＃1 – 電路板走線

總體看一下電路板上的可見跡線。這些將被阻焊劑覆蓋，阻焊劑是聚合物的類似漆的薄層，覆蓋銅跡線以防止氧化和短路。

該層通常為綠色，但也可以使用其他顏色。請注意，白色阻焊層往往會使痕跡最難看見。在大多數(shù)情況下，只需使用標準綠色即可。

另外，實際上只有頂層和底層是可見的，并且如果木板有兩層以上，您將看不到內(nèi)部層。盡管如此，僅審查外部層仍應提供一些有關(guān)設(shè)計質(zhì)量的線索。

首先，查看所有跡線是否都在沒有急劇彎曲的直線段中延伸。銳角對于某些高功率和高頻走線可能會造成麻煩。

與其嘗試確定哪些跡線可以彎曲90度，不如直接避開它們。無論如何，可以設(shè)置大多數(shù)CAD PCB布局軟件包來避免此問題。

請注意，有一些例外。一些印刷電感器是方形的同心螺旋形，一些印刷天線具有急劇的彎曲。但是，這兩個都易于識別。

＃2 –去耦電容器

所有芯片都需要電源才能起作用，但是，如果電源與需要電源的芯片相距一定距離，會發(fā)生什么情況？在這些情況下，必須通過電路板走線（雖然通常通過內(nèi)層上的PCB電源板）為芯片供電。

去耦電容器的位置非?？拷酒碾娫匆_，以濾除高頻噪聲對芯片的負面影響。

通常，如果一個芯片具有多個VDD引腳，則每個這樣的引腳都需要至少一個去耦電容，有時還需要更多。

這些去耦電容器的物理位置應非?？拷鼈儜撊ヱ畹囊_。如果這沒有發(fā)生，那么其效果將大大降低。

如果您的PCB設(shè)計沒有在大多數(shù)微芯片的電源引腳旁邊放置去耦電容器，則說明您的設(shè)計未正確完成。

如果您雇用了某人來設(shè)計PCB，但他們沒有正確處理去耦電容器，那么您應該找一名新設(shè)計師。

＃3 – PCB走線的長度均衡

在要求多個信號之間具有精確定時關(guān)系的設(shè)計中，PCB跡線的長度必須匹配。 例如，當將高速時鐘信號路由到多個芯片或在微處理器和RAM存儲器之間運行的數(shù)據(jù)和地址總線時，這一點至關(guān)重要。

這樣可以確保所有信號以相同的延遲到達目的地，從而保留了信號沿之間的關(guān)系。 這需要訪問原理圖，并知道哪一組信號線需要精確的時序關(guān)系。

然后，跟蹤走線以查看是否已實現(xiàn)某種走線長度均衡（稱為延遲線）。 這些延遲線通?？雌饋硐駨澢木€，如下圖1所示。

請注意，信號路徑中的過孔會導致額外的延遲。 如果無法避免這些問題，請檢查所有需要精確時序關(guān)系的走線，并確保它們具有相同數(shù)量的通孔?；蛘撸梢允褂醚舆t線來補償通孔引起的延遲。

＃4 –天線饋線

如果您的設(shè)計包括無線電發(fā)射器，接收器或收發(fā)器（發(fā)射器和接收器組合在一起），則它必須具有天線。

為了獲得最佳性能，RF芯片上射頻（RF）引腳之間的饋線應與與其相連的饋線阻抗匹配。反過來，該饋線必須匹配天線的阻抗。

為了使天線和無線電芯片之間的功率傳輸最大化，此阻抗匹配是必需的。

任何不匹配都會導致實際傳輸功率的減小，從而減小工作范圍。該饋線只是具有受控阻抗的PCB走線，該阻抗與天線阻抗（通常為50Ω）匹配。

如果變送器的輸出阻抗與饋線的阻抗不匹配，則通常采用由電感器和電容器組成的匹配網(wǎng)絡(luò)。

為了實現(xiàn)受控阻抗，饋線是PCB走線，其計算出的寬度在接地層上延伸。該走線的寬度取決于銅走線的厚度，PCB基板的厚度和介電常數(shù)。

有許多在線工具可用于計算給定銅厚度和基板材料所需的確切寬度，并且最好在實際的PCB中確認這種情況。我最喜歡的是可以從Broadcom下載的名為AppCad的免費軟件。

如果天線是PCB天線，則應位于PCB的一側(cè)，沒有任何接地平面。應該清除任何其他痕跡，并遠離任何大型組件。

天線周圍的絲網(wǎng)印刷標記通常很好，但是銅制標記（例如PCB編號或公司名稱）會使天線失諧。

＃5 –元件放置

除了放置去耦電容器外，在電路板上放置元件還有其他一些注意事項。

這里有一些注意事項：

如果電路包含電感器，則不應將它們放置得太近。電感產(chǎn)生磁場。將它們緊密地放置在一起，尤其是首尾相連可能會導致它們之間不必要的耦合。

此外，電感器不應靠近大型金屬物體放置。磁場會在這些物體中感應出電流，這會改變電感器的值。

環(huán)形或圓環(huán)形的電感器通常不易產(chǎn)生雜散磁場，因此其影響較小。如果無法避免將電感器靠近放置，則應將它們彼此垂直放置以減少不必要的互耦。

如果該板包含功率電阻器或任何會產(chǎn)生大量熱量的組件，則需要考慮熱量對附近其他組件的影響。

例如，如果電路中包含熱敏電阻以補償環(huán)境溫度影響，則不應將其靠近任何功率電阻器放置。溫度補償電容器也是如此。

如果電路包含板載開關(guān)穩(wěn)壓器，則與之相關(guān)的所有組件都應物理定位在PCB的一部分上，并盡可能遠離處理小信號的部分。這些往往會產(chǎn)生很大的開關(guān)噪聲，可能會對敏感電路部分產(chǎn)生負面影響。

如果PCB通常在電源部分直接將交流電源應用于其上，則交流側(cè)應位于電路板的一部分上。

此外，PCB本身應具有物理屏障，以將AC與板的其余部分分隔開。通常，這是通過在PCB中有一個將兩個部分分開的插槽來實現(xiàn)的。

＃6 –跡線寬度和布線

攜帶大電流的走線應適當調(diào)整大小。 下圖2顯示了針對不同額定電流的IPC（印刷電路研究所）推薦的走線（有時也稱為走線）寬度：

由于噪聲拾取問題，攜帶小模擬信號的走線不應與攜帶數(shù)字或快速變化信號的走線平行。

同樣，通常，連接電感的走線不應超出必要的寬度。 它們可能像天線一樣工作，并產(chǎn)生有害的射頻發(fā)射。

＃7 –地面和地面

對于任何中等復雜的PCB，最好至少使用四層板，兩層內(nèi)層為電源和接地層。

如果設(shè)計同時包含模擬和數(shù)字部分，則應將接地層分開，并僅在公共點（通常電源負極）處連接。 這樣可以避免來自數(shù)字部分的大接地電流尖峰對模擬部分產(chǎn)生不利影響。

如果僅使用兩層，則每個子電路的接地回路走線應分開，然后將它們?nèi)窟B接至電源負極端子。

如下圖3所示，使任何子部分或IC的接地回路連接到一條公共接地回路路徑，再返回到電源負極，這是不好的設(shè)計。

這里的問題是PCB銅走線確實具有一定的電阻。 因此，通過走線的電流將導致電壓下降。 在上面的示例中，走線最右端的芯片將看到其接地參考電壓高于實際接地參考電壓。

而且，它的接地將根據(jù)圖中左側(cè)所有芯片的返回電流而反彈。

結(jié)論

無論您是學習設(shè)計自己的PCB，還是打算將其外包給電氣工程師，都需要能夠判斷PCB設(shè)計的質(zhì)量。

如果您沒有設(shè)計經(jīng)驗并且將PCB設(shè)計外包，那么請注意本文中突出顯示的七個方面，以確定您的工程師是否值得您付出這些。

實際上，如果他們不符合這七個標準中的任何一個，那么我建議您考慮尋找新設(shè)計師。 另一方面，如果要設(shè)計自己的PCB，請確保避免這些常見錯誤。

無論如何，在進行PCB打樣開發(fā)之前，由獨立工程師進行完整的設(shè)計審查總是一個好主意。