印制电路板设计成功的七大技术要素

印制电路板设计成功的七大技术要素

本文将讨论新手和老手都适用的七个基本(而且重要的)技巧和策

略。只要在设计过程中对这些技巧多加注意，就能减少设计回炉

次数、设计时间和总体诊断难点。

技巧一：注重研究制造方法和代工厂化学处

理过程

在这个无工厂IC公司时代，有许多工程师真的不知道从他们的设

计文件生成PCB所涉及的步骤和化学处理过程，这点其实也不奇

怪。这种实用知识的缺少经常导致设计新手做出没有必要的较为

复杂的设计选择。举例来说，新手易犯的一种常见错误是用特别

精确的尺寸设计电路板版图，也就是使用关联在紧密栅格上的正

交导线，最后发现并不是每家电路板加工厂能够生产出在现场使

用寿命期间能够保持足够可靠性的设计来。

具有这些能力的工厂可能无法提供最经济的PCB价格。设计真的

需要那么复杂吗？可以在更大的栅格上设计电路板版图，从而降

低电路板成本并提高可靠性吗？设计新手遇到的其它误区还有太

小的过孔尺寸以及盲孔和埋孔。这些先进的过孔结构是PCB设计

师工具箱中强大工具的产物，但其有效性与具体情形高度相关。只是因为它们存在于工具箱中并不意味着应该用它们。

Bert Simonovich的“设计笔记”博客关于此事就说到了过孔的截面纵横比：“一个纵横比为6:1的过孔能够很好地保证你的电路板可以在任何地方制造。”对于大多数设计来说，只要稍加思考和规划，这些HDI特征就能完全避免，从而再次节省成本，提高设计的可制造性。对这些超小型或单口过孔进行镀铜所要求的物理学和流体力学能力并不是所有PCB工厂都擅长的。记住，一个不好的过孔就能毁了整个电路板；如果你的设计中有20000个过孔，那么你就有20000次失败的机会。将不必要的HDI过孔技术包含在内，那么故障概率只会上升。

技巧二：相信飞线

有时候在设计一块简单电路板时画原理图似乎是在浪费时间，特别是当你做过一两个设计之后。但对于初学的设计师来说，画原理图也可能是一个令人畏惧的工作。跳过原理图是新手和熟练程度中等的人经常采取的一种战术。但一定要抵抗住这种强烈的欲望。从你可以用作参考的完整原理图开始开发你的版图有助于确保你的版图连接得到全部完成。下面做些解释。

首先，原理图是电路的一种可视化描述，它可以在许多层次上交流信息。电路的子部分可以详细绘制到好几页上，元器件可以安

排在靠近它们功能块的地方，而与它们最终的物理布局无关。由于原理图符号中显示有每个元器件上的每个引脚，因此很容易检查出未连线的引脚。换句话说，不管描述电路的正式规则是否被遵循，原理图都有助于你快速可视化地确定这一事实。

在主题为堆栈溢出的一组讨论中，一位发帖者这样评论：“如果一个原理图可能会误导看它的人，那么它肯定是个不好的原理图，不管最终表明……事实上它是正确的原理图。问题很清楚。技术上正确但比较混乱的原理图仍然是一个不好的原理图。”虽然这个观点大家很容易认同，但在CAD程序中，一个无法阅读的原理图仍然可以表达描述电路的连接信息，在版图设计时仍然是有用的。

结论是：在设计PCB版图时，有一个原理图用作黄金参考可以使工作变得更加容易。用符号完成连接；在应对走线挑战时不必同时思考连接。最后，发现第一版设计中你忘了做的导线连接可以节省重做的次数。

技巧三：使用自动布线器，但不要完全依赖自动布线器

大多数专业级的PCB CAD工具都有自动布线器。但除非你设计PCB很专业，自动布线器才会一次完成布线；对PCB连线来说自动布线器并不是一次点击就能完成的解决方案。你仍然应该知道如何进行手工布线。

自动布线器是一种高度可配置的工具。为了充分发挥它们的作用，每次任务都要对布线器参数进行仔细、周到的设置，甚至对单块PCB设计中的各个模块都要单独设置，不存在适合任何场合的基本通用默认设置。

当你问一个经验丰富的设计师“最好的自动布线器是什么”时，他们通常的回答是“你两只耳朵间的东西(眼睛)”，这可不是玩笑话，他们是认真的。布线作为一种工艺，与算法一样有艺术性；布线本身就是启发式的，因此非常类似于传统的回溯算法。对于受约束的路径选择应用(比如迷宫和拼图)来说，回溯算法很适合用来寻找答案，但在开放的、不受约束的场合，比如预先布放好了元器件的印制电路板，回溯算法就并不擅长于找到最优解决方案。除非自动布线器的约束条件得到了设计师高度细致的调整，否则自动布线器结果仍需要人工去检查回溯算法结果中的薄弱环节。

导线尺寸是另一个难点。自动布线器不能可靠地确定一条导线上会流过多大的电流，因此它不能帮你确定要用多宽的导线。结果是，大多数自动布线器布出来的导线宽度不符合要求。许多自动布线器可以让你规定参考导线约束条件。在 网站上的一篇论坛帖子中，作者Martin Thompson这样写道，“我做的每块板都用过自动布线器(不好意思，是一种很高端的布线器……)。如果你的约束条件类似是这样的：只在这个层上，这两个信号形成差分对，这些网络必须匹配长度，那么你必须将这些

条件告诉自动布线器。”当你想要使用自动布线器时，你要问问你自己：“当我为电路板设置好自动布线器的约束条件，甚至也许在原理图中对每根导线设置了约束条件，有这工夫会完成多少手工布线？”

经验丰富的设计师把很多精力放在最初的元件布局上，几乎整个设计时间的一半都用来优化元件的布局：

布线简化——尽量减少飞线的交叉等等；

器件靠近——更短的路由意味着更佳的布线；

信号时序考虑。

在Sunstone Circuits公司的用户论坛上，一个帖子这样写道，“对元件布局多加注意。以更加容易布线的方式进行元件布局。元件布局占整个工作量的70%。在开始布第一根线之前要放好所有的元件……使用飞线(这些线指示了还没有完成布线的连接关系)作为布线复杂性的粗略指南。”

老前辈们经常使用混合方法进行布线——手工布一些重要的关键线，布好后锁定这些线。然后用自动布线器处理非关键的导线，并帮助管理布线算法中的“逃逸状态”。这种方法有时是受控的手工布线和快速的自动布线之间的一个很好折衷。