《电子技术应用》

PCB和电子产品设计知识

2017/2/18 13:00:00

在电子设计中,PCB是我们设计内容的物理载体,所有我们设计意图的最终实现就是通过PCB板来表现的。这样PCB设计在任何项目中是不可缺少的一个环节。

但在以前的设计中,由于频率很低,密度很小,器件的管教间的间距很大,PCB设计的工作是以连通为目的的,没有任何其他功能和性能的挑战。所以在很长的一段时间里,PCB设计在整个项目中的地位是很低的。通常是由硬件逻辑连接设计人员来进行PCB的物理连接的。目前在有的一些小产品上还是这样的开发模式。

随着电子、通信技术的飞速发展,今天的PCB设计面临的已经是与以往截然不同的、全新的挑战。主要表现在以下几个方面:

1、信号边缘速率越来越快,片内和片外时钟速率越来越高,现在的时钟频率不再是过去的几兆了,上百兆上千兆的时钟在单板上越来越普遍。由于芯片工艺的飞速发展,信号的边沿速率也是越来越快,目前信号的上升沿都在1ns左右。这样就会导致系统和板级SI、EMC问题更加突出;

2、电路的集成规模越来越大,I/O数越来越多,使得单板互连密度不断加大;由于功能的越来越强大,电路的集成度越来越高。芯片的加工工艺水平也越来越高。过去的DIP封装在现在的单板上几乎销声匿迹了,小间距的BGA、QFP成为芯片的主流封装。这样使得PCB设计的密度也就随之加大。

3、产品研发以及推向市场的时间不断减少,使得我们必须面临一次性设计成功的严峻挑战;时间就是成本,时间就是金钱。在电子产品这样更新换代特别快的领域,产品面世早一天,他的利润机会窗就会大很多。

4、由于PCB是产品实现的物理载体。在高速电路中,PCB质量的好坏之间关系到产品的功能和性能。同样的器件和连接,不同的PCB载体,他们的结果是不同的。

所以,现在设计的流程已经在慢慢的转变了。以前设计中逻辑功能的设计往往占了硬件开发设计的80%以上,但现在这个比例一直在下降,在目前硬件设计中逻辑功能设计方面的只占到50%,有关PCB设计部分则也占据了50%的时间。专家预计在将来的设计中,硬件的逻辑功能开销要越来越小,而开发设计规则等高速PCB设计方面的开销将达到80%甚至更高。

所有的这些只是说明,PCB设计将是现在和未来设计中的重点,也是难点。

通常,我们的PCB设计中主要关注以下几点:
    1、 功能的实现
    2、 性能的稳定
    3、 加工的简易
    4、 单板的美观

功能的实现是我们PCB的第一步。在过去的设计中由于信号边沿的速率和时钟频率比较低,只要逻辑的连接没有错误,物理连接的好坏不会影响到使用的性能。但这样的观点在现在的设计中是不使用的。有一个例子可以很好的表明这一点:

美国一家著名的影象探测系统制造商的电路板设计师们最近碰到一件奇特的事:一个7年前就已经成功设计、制造并且上市的产品,一直以来都能够非常稳定可靠地工作,而最近从生产线上下线的产品却出现了问题,产品不能正常运行。

所以,逻辑的真确连接也不能使功能真确实现。物理连接的好坏也是功能实现的主要条件。

性能的保证就靠PCB的设计了,这个观点大家都有体会。同样的逻辑连接,同样的器件,不同的PCB他们的性能测试结果就不同。好的设计不光产品稳定性高,而且可以通过各种要求苛刻的测试。但不理想的设计就不可能达到这样的效果。在一些低端产品中,很多厂家使用的芯片组是相同的,逻辑连接也是相似的。唯一的不同就是各自的PCB设计水平的高低,产品的差异性主要就是体现在PCB的设计上了。

加工的简易程度也是PCB设计好坏的一个重要指标。好的PCB设计是方便加工,维护,测试、制造的。PCB的好坏不仅和PCB加工厂家,SMT厂家的生产效率有关,还和我们测试、调试方便息息相关。

美观大方也是PCB设计的一个要素。整体的美观和大气,使人看到就觉得舒服。PCB也是一件工艺品。好的PCB会让人驻足留恋的。

PCB设计是一门综合性的学科,是质量、成本、时间等多方面相互协调的产物。在PCB设计中没有最好,只有更好。总之,高速PCB的设计是今天系统设计领域面临的严肃挑战,无论是设计方法、设计工具、还是设计队伍的构成以及工程师的设计思路,都需要积极认真地去应对。

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