PCB設(shè)計(jì)的核心——解決問題、面對(duì)挑戰(zhàn)

PCB設(shè)計(jì)是指通過原理圖和電路布局的設(shè)計(jì)，以盡可能低的成本生產(chǎn)電路板。過去，這通常需要借助昂貴的專用工具來完成，但現(xiàn)在，隨著designSpark PCB等免費(fèi)高性能軟件工具和設(shè)計(jì)模型的日益普及，電路板設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)速度大大加快。

盡管工程設(shè)計(jì)人員知道完美的設(shè)計(jì)方案是避免問題的最好方法，但這仍然是一種既浪費(fèi)時(shí)間又浪費(fèi)金錢、治標(biāo)不治本的方法。例如，如果在電磁兼容（EMC）測(cè)試階段發(fā)現(xiàn)問題，就會(huì)造成大量的成本投入，甚至需要對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整和重新生產(chǎn)，這需要幾個(gè)月的時(shí)間。

挑戰(zhàn)

布局是設(shè)計(jì)師首先要面對(duì)的問題。這個(gè)問題取決于圖中的一些內(nèi)容，一些設(shè)備需要基于邏輯考慮設(shè)置在一起。但需要注意的是，溫度敏感元件（例如傳感器）應(yīng)與發(fā)熱元件（包括功率轉(zhuǎn)換器）分開設(shè)置。對(duì)于具有多種電源設(shè)置的設(shè)計(jì)，可以將12V和15V電源轉(zhuǎn)換器設(shè)置在電路板的不同位置，因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生的熱量和電子噪聲會(huì)影響其他元件和電路板的可靠性和性能。

上述元件也會(huì)影響電路設(shè)計(jì)的電磁性能，這不僅對(duì)電路板的性能和能耗很重要，而且對(duì)電路板的經(jīng)濟(jì)性也有很大影響。因此，所有在歐洲銷售的電路板設(shè)備都必須獲得CE標(biāo)志，以證明其不會(huì)干擾其他系統(tǒng)。不過，這通常只是從電源的角度來看。還有許多設(shè)備會(huì)發(fā)出噪聲，例如 DC-DC 轉(zhuǎn)換器和高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。由于電路板設(shè)計(jì)上的缺陷，這些噪聲可以被通道捕獲并作為小天線輻射出去，從而產(chǎn)生噪聲和異常頻率區(qū)域。

遠(yuǎn)場(chǎng)電磁干擾（EMI）問題可以通過在噪聲點(diǎn)安裝濾波器或使用金屬外殼屏蔽信號(hào)來解決。不過，應(yīng)適當(dāng)關(guān)注電路板上能夠釋放電磁干擾（EMI）的設(shè)備，這使得電路板可以選擇更便宜的外殼，從而有效降低整個(gè)系統(tǒng)的成本。

在電路板設(shè)計(jì)過程中，電磁干擾（EMI）確實(shí)是一個(gè)必須關(guān)注的因素。電磁串?dāng)_可以與通道耦合，將信號(hào)擾亂成噪聲，影響電路板的整體性能。如果耦合噪聲太高，信號(hào)可能會(huì)被完全覆蓋。因此，必須安裝更昂貴的信號(hào)放大器才能恢復(fù)正常。但如果在電路板設(shè)計(jì)之初就能夠充分考慮信號(hào)電路布局，則可以避免上述問題。由于電路板的設(shè)計(jì)會(huì)根據(jù)不同的設(shè)備、不同的使用場(chǎng)所、不同的散熱要求、不同的電磁干擾（EMI）條件而有所不同，因此設(shè)計(jì)模板就會(huì)投入使用。

電容也是電路板設(shè)計(jì)中不可忽視的重要問題，因?yàn)殡娙輹?huì)影響信號(hào)的傳播速度，增加電力的消耗。溝道會(huì)與相鄰的線路耦合或垂直穿過兩個(gè)電路層，從而無意中形成電容器。上述問題可以通過減少平行線的長(zhǎng)度并在其中一根線上安裝扭結(jié)以切斷耦合來相對(duì)容易地解決。但也需要工程設(shè)計(jì)人員充分考慮生產(chǎn)設(shè)計(jì)原則，確保設(shè)計(jì)方案易于制造，避免線路彎曲角度過大而產(chǎn)生噪聲輻射。線路之間的距離也可能太近，這會(huì)造成線路之間的短路，尤其是線路彎曲處。 隨著時(shí)間的推移，金屬“晶須”就會(huì)出現(xiàn)。設(shè)計(jì)規(guī)則檢測(cè)通?？梢宰R(shí)別環(huán)路風(fēng)險(xiǎn)高于正常水平的區(qū)域。

這個(gè)問題在地平面的設(shè)計(jì)中尤為突出。金屬電路層可以與其上方和下方的所有線形成耦合。金屬層雖然可以有效阻擋噪聲，但也會(huì)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)電容，影響線路的運(yùn)行速度，增加功耗。

就多層電路板的設(shè)計(jì)而言，不同層電路板之間的通孔設(shè)計(jì)可能是最具爭(zhēng)議性的問題，因?yàn)橥自O(shè)計(jì)會(huì)給電路板的生產(chǎn)制造帶來很多問題。電路板層間的過孔會(huì)影響信號(hào)的性能，降低電路板設(shè)計(jì)的可靠性，應(yīng)予以充分重視。

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