PCB設(shè)計黃金法則永不改變
[導(dǎo)讀]盡管目前半導(dǎo)體集成度越來越高，許多應(yīng)用也都有隨時可用的片上系統(tǒng)，同時許多功能強大且開箱即用的開發(fā)板也越來越可輕松獲取，但許多使用案例中電子產(chǎn)品的應(yīng)用仍然需要使用定制PCB。在一次性開發(fā)當(dāng)中，即使一個普通的
盡管目前半導(dǎo)體集成度越來越高，許多應(yīng)用也都有隨時可用的片上系統(tǒng)，同時許多功能強大且開箱即用的開發(fā)板也越來越可輕松獲取，但許多使用案例中電子產(chǎn)品的應(yīng)用仍然需要使用定制PCB。在一次性開發(fā)當(dāng)中，即使一個普通的PCB都能發(fā)揮非常重要的作用。PCB是進行設(shè)計的物理平臺，也是用于原始組件進行電子系統(tǒng)設(shè)計的最靈活部件。本文將介紹幾種PCB設(shè)計黃金法則，這些法則自25年前商用PCB設(shè)計誕生以來，大多沒有任何改變，且廣泛適用于各種PCB設(shè)計項目，無論是對年輕的電子設(shè)計工程師還是更為成熟的電路板制造商，都具有極大的指導(dǎo)性作用。
本文以下內(nèi)容介紹了電子設(shè)計工程師在使用設(shè)計軟件進行PCB布局設(shè)計及商業(yè)制造時應(yīng)牢記并踐行的十條最有效的設(shè)計法則。工程師無需按時間先后或相對重要性依次執(zhí)行這些法則，只需全部遵循便可極大地改變產(chǎn)品設(shè)計。
法則一：選擇正確的網(wǎng)格 － 設(shè)置并始終使用能夠匹配最多元件的網(wǎng)格間距。雖然多重網(wǎng)格看似效用顯著，但工程師若在PCB布局設(shè)計初期能夠多思考一些，便能夠避免間隔設(shè)置時遇到難題并可最大限度地應(yīng)用電路板。由于許多器件都采用多種封裝尺寸，工程師應(yīng)使用最利于自身設(shè)計的產(chǎn)品。此外，多邊形對于電路板敷銅至關(guān)重要，多重網(wǎng)格電路板在進行多邊形敷銅時一般會產(chǎn)生多邊形填充偏差，雖然不如基于單個網(wǎng)格那么標準，但卻可提供超越所需的電路板使用壽命。
法則二：保持路徑最短最直接。這一點聽起來簡單尋常，但應(yīng)在每個階段，即便意味著要改動電路板布局以優(yōu)化布線長度，都應(yīng)時刻牢記。這一點還尤其適用于系統(tǒng)性能總是部分受限于阻抗及寄生效應(yīng)的模擬及高速數(shù)字電路。
法則三：盡可能利用電源層管理電源線和地線的分布。電源層敷銅對大多數(shù)PCB設(shè)計軟件來說是較快也較簡單的一種選擇。通過將大量導(dǎo)線進行共用連接，可保證提供最高效率且具最小阻抗或壓降的電流，同時提供充足的接地回流路徑。 可能的話，還可在電路板同一區(qū)域內(nèi)運行多條供電線路，確認接地層是否覆蓋了PCB某一層的大部分層面，這樣有利于相鄰層上運行線路之間的相互作用。
法則四： 將相關(guān)元件與所需的測試點一起進行分組。例如：將OpAmp運算放大器所需的分立元件放置在離器件較近的部位以便旁路電容及電阻能夠與其同地協(xié)作，從而幫助優(yōu)化法則二中提及的布線長度，同時還使測試及故障檢測變得更加簡便。
法則五：將所需的電路板在另一個更大的電路板上重復(fù)復(fù)制多次進行PCB拼版。選擇最適合制造商所使用設(shè)備的尺寸有利于降低原型設(shè)計及制造成本。首先在面板上進行電路板布局，聯(lián)系電路板制造商獲取他們每個面板的首選尺寸規(guī)格，然后修改你的設(shè)計規(guī)格，并盡力在這些面板尺寸內(nèi)多次重復(fù)進行你的設(shè)計。
法則六：整合元件值。作為設(shè)計師，你會選擇一些元件值或高或低，但效能一樣的分立元件。通過在較小的標準值范圍內(nèi)進行整合，可簡化物料清單，并可能降低成本。如果你擁有基于首選器件值的一系列PCB產(chǎn)品，那么從更長遠角度來說，也更利于你做出正確的庫存管理決策。
法則七： 盡可能多地執(zhí)行設(shè)計規(guī)則檢查（DRC）。盡管在PCB軟件上運行DRC功能只需花費很短時間，但在更復(fù)雜的設(shè)計環(huán)境中，只要你在設(shè)計過程中始終執(zhí)行檢查便可節(jié)省大量時間，這是一個值得保持的好習(xí)慣。每個布線決定都很關(guān)鍵，通過執(zhí)行DRC可隨時提示你那些最重要的布線。
法則八：靈活使用絲網(wǎng)印刷。絲網(wǎng)印刷可用于標注各種有用信息，以便電路板制造者、服務(wù)或測試工程師、安裝人員或設(shè)備調(diào)試人員將來使用。不僅標示清晰的功能和測試點標簽，還要盡可能標示元件和連接器的方向，即使是將這些注釋印刷在電路板使用的元件下表面（在電路板組裝后）。在電路板上下表面充分應(yīng)用絲網(wǎng)印刷技術(shù)能夠減少重復(fù)工作并精簡生產(chǎn)過程。
法則九：必選去耦電容。不要試圖通過避免解耦電源線并依據(jù)元件數(shù)據(jù)表中的極限值優(yōu)化你的設(shè)計。電容器價格低廉且堅固耐用，你可以盡可能多地花時間將電容器裝配好，同時遵循法則六，使用標準值范圍以保持庫存整齊。
法則十：生成PCB制造參數(shù)并在報送生產(chǎn)之前核實。雖然大多數(shù)電路板制造商很樂意直接下載并幫你核實，但你自己最好還是先輸出Gerber文件，并用免費閱覽器檢查是否和預(yù)想的一樣，以避免造成誤解。通過親自核實，你甚至還會發(fā)現(xiàn)一些疏忽大意的錯誤，并因此避免按照錯誤的參數(shù)完成生產(chǎn)造成損失。
由于電路設(shè)計共享越來越廣泛，且內(nèi)部團隊越來越依靠參考設(shè)計，類似以上的基本規(guī)則將仍是印刷電路板設(shè)計的一個特色，我們相信這對于PCB設(shè)計十分重要。明確了這些基本規(guī)則，開發(fā)人員便可非常靈活地提升其產(chǎn)品的價值并從其制造的電路板獲得最大收益。即使是電路板設(shè)計新手，只要牢記這些基本規(guī)則便能加快學(xué)習(xí)過程，增強信心。
本文以下內(nèi)容介紹了電子設(shè)計工程師在使用設(shè)計軟件進行PCB布局設(shè)計及商業(yè)制造時應(yīng)牢記并踐行的十條最有效的設(shè)計法則。工程師無需按時間先后或相對重要性依次執(zhí)行這些法則，只需全部遵循便可極大地改變產(chǎn)品設(shè)計。
法則一：選擇正確的網(wǎng)格 － 設(shè)置并始終使用能夠匹配最多元件的網(wǎng)格間距。雖然多重網(wǎng)格看似效用顯著，但工程師若在PCB布局設(shè)計初期能夠多思考一些，便能夠避免間隔設(shè)置時遇到難題并可最大限度地應(yīng)用電路板。由于許多器件都采用多種封裝尺寸，工程師應(yīng)使用最利于自身設(shè)計的產(chǎn)品。此外，多邊形對于電路板敷銅至關(guān)重要，多重網(wǎng)格電路板在進行多邊形敷銅時一般會產(chǎn)生多邊形填充偏差，雖然不如基于單個網(wǎng)格那么標準，但卻可提供超越所需的電路板使用壽命。
法則二：保持路徑最短最直接。這一點聽起來簡單尋常，但應(yīng)在每個階段，即便意味著要改動電路板布局以優(yōu)化布線長度，都應(yīng)時刻牢記。這一點還尤其適用于系統(tǒng)性能總是部分受限于阻抗及寄生效應(yīng)的模擬及高速數(shù)字電路。
法則三：盡可能利用電源層管理電源線和地線的分布。電源層敷銅對大多數(shù)PCB設(shè)計軟件來說是較快也較簡單的一種選擇。通過將大量導(dǎo)線進行共用連接，可保證提供最高效率且具最小阻抗或壓降的電流，同時提供充足的接地回流路徑。 可能的話，還可在電路板同一區(qū)域內(nèi)運行多條供電線路，確認接地層是否覆蓋了PCB某一層的大部分層面，這樣有利于相鄰層上運行線路之間的相互作用。
法則四： 將相關(guān)元件與所需的測試點一起進行分組。例如：將OpAmp運算放大器所需的分立元件放置在離器件較近的部位以便旁路電容及電阻能夠與其同地協(xié)作，從而幫助優(yōu)化法則二中提及的布線長度，同時還使測試及故障檢測變得更加簡便。
法則五：將所需的電路板在另一個更大的電路板上重復(fù)復(fù)制多次進行PCB拼版。選擇最適合制造商所使用設(shè)備的尺寸有利于降低原型設(shè)計及制造成本。首先在面板上進行電路板布局，聯(lián)系電路板制造商獲取他們每個面板的首選尺寸規(guī)格，然后修改你的設(shè)計規(guī)格，并盡力在這些面板尺寸內(nèi)多次重復(fù)進行你的設(shè)計。
法則六：整合元件值。作為設(shè)計師，你會選擇一些元件值或高或低，但效能一樣的分立元件。通過在較小的標準值范圍內(nèi)進行整合，可簡化物料清單，并可能降低成本。如果你擁有基于首選器件值的一系列PCB產(chǎn)品，那么從更長遠角度來說，也更利于你做出正確的庫存管理決策。
法則七： 盡可能多地執(zhí)行設(shè)計規(guī)則檢查（DRC）。盡管在PCB軟件上運行DRC功能只需花費很短時間，但在更復(fù)雜的設(shè)計環(huán)境中，只要你在設(shè)計過程中始終執(zhí)行檢查便可節(jié)省大量時間，這是一個值得保持的好習(xí)慣。每個布線決定都很關(guān)鍵，通過執(zhí)行DRC可隨時提示你那些最重要的布線。
法則八：靈活使用絲網(wǎng)印刷。絲網(wǎng)印刷可用于標注各種有用信息，以便電路板制造者、服務(wù)或測試工程師、安裝人員或設(shè)備調(diào)試人員將來使用。不僅標示清晰的功能和測試點標簽，還要盡可能標示元件和連接器的方向，即使是將這些注釋印刷在電路板使用的元件下表面（在電路板組裝后）。在電路板上下表面充分應(yīng)用絲網(wǎng)印刷技術(shù)能夠減少重復(fù)工作并精簡生產(chǎn)過程。
法則九：必選去耦電容。不要試圖通過避免解耦電源線并依據(jù)元件數(shù)據(jù)表中的極限值優(yōu)化你的設(shè)計。電容器價格低廉且堅固耐用，你可以盡可能多地花時間將電容器裝配好，同時遵循法則六，使用標準值范圍以保持庫存整齊。
法則十：生成PCB制造參數(shù)并在報送生產(chǎn)之前核實。雖然大多數(shù)電路板制造商很樂意直接下載并幫你核實，但你自己最好還是先輸出Gerber文件，并用免費閱覽器檢查是否和預(yù)想的一樣，以避免造成誤解。通過親自核實，你甚至還會發(fā)現(xiàn)一些疏忽大意的錯誤，并因此避免按照錯誤的參數(shù)完成生產(chǎn)造成損失。
由于電路設(shè)計共享越來越廣泛，且內(nèi)部團隊越來越依靠參考設(shè)計，類似以上的基本規(guī)則將仍是印刷電路板設(shè)計的一個特色，我們相信這對于PCB設(shè)計十分重要。明確了這些基本規(guī)則，開發(fā)人員便可非常靈活地提升其產(chǎn)品的價值并從其制造的電路板獲得最大收益。即使是電路板設(shè)計新手，只要牢記這些基本規(guī)則便能加快學(xué)習(xí)過程，增強信心。
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