印刷电路板设计指南

环测威官网：/印刷电路板，也称为PCB，构成了当今每个电子产品的核心。

这些小型绿色组件对于日常家用电器和工业机器都是必不可少的。

PCB设计和布局是任何产品功能的重要组成部分- 这决定了设备的成功或失败。

随着技术的不断发展，这些设计不断发展。

今天，由于电气工程师的创新，这些设计的复杂性和期望达到了新的高度。

PCB设计系统和技术的最新进展已在整个行业中产生了广泛的影响。

因此，PCB设计规则和生产流程已经发展，以实现新的布局和功能。

如今，较小的轨道和多层板在大规模生产的PCB中很常见- 这种设计在几年前是闻所未闻的。

PCB设计软件也有助于这一进展。

这些程序提供了一些工具，电子工程师可以从头开始设计更好的PCB。

即使具有这些改进的功能，PCB板布局也难以设计。

即使是最有经验的电子工程师也可能难以在PCB上创建电路或如何根据业界的最佳实践设计PCB板。

更难的是创建一个满足客户需求的优质板。

通过客户设计，平衡PCB功能与最佳设计实践是一个相关的过程。

这就是为什么我们概述了设计PCB的过程，包括一些基本的PCB设计规则。

确定需要
第一个主要的PCB设计步骤是需要的。

对于大多数电子工程师而言，这些要求由客户决定，客户将列出PCB必须满足的所有要求。

然后，电子工程师必须将客户列出的需求转换为电子形式。

从本质上讲，这意味着将它们转换为电子逻辑语言，这是工程师在设计PCB时将使用的语言。

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项目的需求决定了PCB设计的几个方面。

这包括从材料到PCB本身最终外观的所有内容。

PCB的应用，例如医疗或汽车，通常将决定PCB中的材料。

例如，许多用于电子植入物的医用PCB由柔性基底制成。

这使它们可以适应狭小的空间，同时还能承受内部有机环境。

PCB的最终外观主要取决于其电路和功能- 例如，许多更复杂的PCB由多层制成。

电子工程师将确定并列出这些需求，然后使用此要求列表来设计PCB的初始原理图以及BOM。

原理图
原理图设计基本上是蓝图制造商和其他工程师在开发和生产过程中使用的。

原理图确定了PCB的功能，设计的特性和元件的位置。

PCB的硬件也在此原理图中列出。

该设备包括PCB 的材料，设计中涉及的组件以及制造商在生产过程中需要的任何其他材料。

所有这些信息都包含在初始设计阶段的原理图中。

完成第一个原理图后，设计人员进行初步分析，检查潜在问题并根据需要进行编辑。

然后将原理图上传到用于PCB设计软件的特殊工具，该软件可以运行模拟以确保功能。

这些模拟使工程师能够捕获在初始原理图检查期间可能遗漏的任何设计错误。

之后，电路的电子设计可以转换成“网表”，其列出了有关组件互连的信息。

在考虑其原理图的设计时，电子工程师应该从一开始就牢记几个关键的电路板设计基础。

在原理图开发阶段实现的一些注意事项包括：
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∙
∙•选择合适的PCB面板尺寸：选择与要使用的设备最兼容的电路板尺寸是一种基本的，但往往被遗忘的最佳做法。

这样，不会浪费额外的空间，将痕迹保持在最小长度，并且整体材料成本保持在一定程度上。

然而，重要的是确保设计规格针对大规模生产进行优化。

使用电路板设计太小可能不适用于批量生产设置，这些设置会在不同的设计之间产生足够的差异以破坏较小的设计。

∙•选择正确网格：始终设置并应用网格间距以适应大多数组件。

坚持这个网格是工程师可以做的最有益的事情之一，以避免间距问题，因此选择最好的工作是至关重要的。

如果某些部件与网格不兼容，设计人员应尝试寻找替代方案，或者更好地使用自行设计的产品。

∙•尽可能多地实施DRC：许多PCB装配公司仅在设计过程结束时犯了运行设计规则检查（DRC）软件的错误。

这样可以避免出现小错误和可疑的设计选择，从而在设计过程结束时进行更多的补救工作。

相反，设计师应该尽可能经常地检查他们的工作。

这使他们能够尽快解决DRC发现的问题，并最大限度地减少设计过程结束时的大规模变更次数。

这最终节省了时间并平滑了编辑过程，因此它不会那么重。

材料清单
在生成原理图的同时，电子工程师还开发了一个精细的物料清单或物料清单。

这是PCB板原理图中使用的元件列表。

完成BOM和原理图后，电子工程师将两者都传递给布局工程师和组件工程师。

这些工程师检查具体细节并获得项目所需的组件。

具体而言，元件工程师负责根据最大工作电压和电流选择适合原理图的元件。

他们还负责选择合理的成本和尺寸参数范围内的设备。

环测威官网：/ BOM组件必须满足的五个最重要方面包括：
∙•数量：购买的组件数量必须至少满足BOM中列出的组件数量。

∙•参考标志：每个组件必须根据其在PCB电路中的位置进行识别。

∙•值：每个组件应落在特定的值范围内，包括欧姆，法拉等。

如果客户关注成本，则成本是一个因素。

∙•占地面积：必须列出每个组件的位置。

∙•制造商部件号：在发生故障时跟踪部件号，这既是为了装配商，也是为了制造商的参考。

除了这些基本的BOM指南之外，在制定BOM和原理图时，一定要考虑一些注意事项。

其中包括以下PCB设计技巧：
∙•集成组件：选择组件是设计人员最重要的工作之一。

为了帮助完成该过程，您可以选择具有高或低组件值和类似效果的离散组件。

通过集成这些组件并生成小标准值类别，您可以有效地简化物料清单并降低产品成本。

∙
∙•应用去耦电容：切勿尝试通过去掉去耦电源线来优化设计。

许多设计人员在误导性降低成本的过程中避免使用这些电容器。

电容器价格低廉，非常耐用，为您的设计增加了寿命。

电容器还有助于保持电路板的有序性，同时保持低成本。

如果您担心BOM，请关注上述提示。

PCB元件放置
每个元件应在电路板设计上有指定的位置。

选择正确的位置是棘手的部分。

确定元件的最佳位置取决于设计人员的众多因素和考虑因素，包括热管理，电气噪声考虑因素和整体PCB 功能。

但是，在大多数情况下，设计人员将按以下顺序放置组件：
环测威官网：/∙•连接器
∙•电源电路
∙•灵敏和精密的电路
∙•关键电路组件
∙•所有其他元素
在设计周期的这个阶段要记住的一些设计注意事项包括：
∙•识别和划分有关组件和要求的测试点：如果PCB上有任何令人担忧的组件，请将其放置在所需的测试点附近，以便更及时地检测故障。

∙•灵活应用丝网印刷：丝网印刷可以标记广泛的信息，供PCB制造商，工程师，装配商和测试人员在PCB组装过程的各个部分使用。

在丝网印刷上，标记功能，测试标记以及组件和连接放置方向是个好主意。

尝试在印刷电路板的顶部和底部应用丝网印刷，以避免重复工作，同时明确手动装配工的说明，简化生产过程。

在将这些单独的组件放置在印刷电路设计上之后，最好完成另一轮测试以验证电路板的适当操作。

这将有助于识别任何有问题的设计选择，并帮助识别任何潜在的调整。

路由
将元件放置在PCB上后，PCB设计基础的下一步就是将它们全部连接起来。

电路板上的每个元件都通过走线连接，通过适当的布线实现。

然而，由于设计人员必须考虑的许多因素，路由需要一个独立的设计过程。

这些因素包括功率水平，信号噪声灵敏度，信号噪声生成和路由功能。

幸运的是，大多数PCB设计软件将使用从原理图开发的网表来路由跟踪。

该程序通过使用可用于连接的层数并计算利用空间的最佳路径来实现此目的。

该程序还根据需要改变了设计。

这可能需要大量的计算能力，特别是对于较大的型号。

结果是更长的路由过程- 当组件以特别密集的布置放置时，程序可能需要更多时间。

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虽然大多数PCB软件将根据原理图中的网表路由走线，但该软件并不通用。

并非所有PCB 设计人员都使用自动路由软件，即使是那些确实倾向于仔细检查问题跟踪的人。

无论如何，这总是好的做法，因为即使是计算机也能产生设计师不喜欢的结果。

迹线的一般经验法则是宽度为10到20密耳的那些能够承载10到20mA的电流。

另一方面，宽度为5到8密耳的迹线可以承载低于10 mA的电流。

对于具有快速变化信号的PCB的高电流PCB设计或设计而言，这是一个特别重要的考虑因素，因为将它们路由到高频节点将需要特定的走线宽度。

∙
∙•适当地分配电源和地线：大多数PCB设计人员将专用一个电路层用作接地层。

另一个通常被用作电力平面。

这有助于降低PCB中的噪声水平，使设计人员能够创建低源电阻连接。

一个好的PCB设计实践是尽可能地根据电源平面分配线路。

这有助于提高效率并降低阻抗，同时提供足够的接地环路径。

∙•保持短迹：确保在设计的每个阶段尽可能短的迹线。

虽然大多数PCB组装工艺包括优化走线长度的步骤，但应在每个设计阶段实施。

当设计人员使用模拟或高速数字电路时，应更加密切地遵守此规则。

通常在汽车和电信设备中发现的这些类型的印刷电路受到阻抗和寄生效应的更严重影响。

检查
检查设计可能是设计过程中最重要的一步。

该过程的这一部分考虑了设计的一切，寻找困扰PCB设计的潜在问题。

环测威官网：/例如，PCB设计中的常见问题是热量。

具有完美散热设计的PCB可以使整个电路板保持一致且均匀的温度，从而防止出现热点。

然而，这些热点和温度不一致可能由任何数量的设计特征引起，例如铜厚度变化，PCB中的层数，更大的PCB板尺寸以及是否存在热路径。

简单的设计检查可以发现PCB热管理中的潜在问题，大多数PCB DRC软件也可以检测它们。

有几种方法可以降低PCB工作温度，其中许多方法可以通过PCB设计基础来减轻。

其中一些热管理技巧包括：
∙•将固体接地或电源层与更多层直接连接到PCB的热源。

这些平面通常更能够散热，因为它们往往含有更多的铜。

∙•建立有效的热量和高电流路径，以帮助引导和散热。

这有助于优化传热。

∙•最大化用于传热的区域。

这有助于保持整个电路板的温度更低。

然而，这必须在设计过程的早期考虑，因为它会影响电路板的尺寸。

大多数DRC软件都可以解决上述问题。

DRC软件获取有关PCB设计的所有详细信息，并确定布局是否满足预定参数列表。

这些被称为PCB设计规则。

理想情况下，如前所述，应在整个设计过程中使用DRC，以便尽早识别问题区域。

但是，如果所有其他方法都失败了，那么在完成其他所有操作后使用DRC可以节省设计人员和装配公司之间的大量设计时间和混淆。

设计过程的检查步骤不仅包括DRC检查- 它还包括其他几个物理验证过程，包括布局- 原理图（LVS）检查，XOR检查，电气规则（ERC）检查和天线校验。

更先进的PCB制造商可能会使用额外的检查和规则来提高产量，但这些是设计人员和制造商通常使用的基本检查。

此外，最好在提交前验证制造参数。

在提交最终设计进行生产之前，设计人员应亲自生成并验证PCB制造参数。

虽然大多数制造商都愿意为其客户下载和验证设计文件，但最好在发送之前仔细检查设计。

这有助于避免任何混淆或误解，并可避免因制造参数不正确而造成的
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该验证步骤还可以通过减少在制造开始之前校正和重新验证设计所需的时间来加速该过程。