高速PCB设计初学者容易犯的一些错误
硬件开发人员设计PCB时,应力求所设计PCB满足以下条件:
- PCB应首先满足规定的电气性能指标,原则上时电流越大,走线越宽;电压越大,线与线之间的距离越大;
- PCB应调试满足调试、测试的要求,一些关键信号有测试点,能够被示波器、万用表、逻辑分析仪测试到;
- 尽可能采用设计时能够购买的IC或分立元件,过时或停产的元件很难保证品质;
- 设计的PCB在满足PCBA厂商的制作工艺要求的情况下,尽可能放宽对他们的要求,使生产过程中尽量少的出现错误,提高成品率
- 尽可能美观,让人看着舒适,调试人员心情舒畅。
以下是PCB设计初学者在设计PCB时易犯得一些问题,有的问题会影响到PCB的性能,导致设计失败,有的虽然能够调试通过,但稳定性存在问题,如在恶劣的温度下,或电源不稳定的情况下,会出现电路失效;有的调试麻烦,需要频繁的焊线、测试,影响到调试效率;有的PCB元件布局、字符错乱,影响到电路板的美观,影响到调试测试人员的心情。
1. 问题:电源线过细
造成的后果:造成在电流出现冲击时,电路工作不稳定,或者电路失效;
解决方法:通常电源线用尽可能粗和短的线实现,可按1mm的宽度的线走1A电流初步估算线的粗细;
如下图1和图2
上图中,采用10mil的线作为电源线为整个板卡供电,线上的电流峰值为1A左右,这样的电路设计可能造成电路板供电不足出现不稳定,甚至烧毁该电源线的后果。这种问题类似于冠心病中的血管,血管中间一段出现阻塞,再造影显示中很细,形成血流阻塞。解决的办法时将该段引线加粗,加粗至50-100mil宽度的线,或用BLOCK覆铜,形成低阻的路径。
类似的上图图2,采用10mil的细线将两个电源分区连接起来,造成一段高阻的电流路径,严重影响了电路的正常性能。
2. 随意摆放元器件,位置不齐,影响美观和设计的方便性
上图中,元器件没有放置在栅格的整数倍上,造成整个板卡上面的元件不够整齐。同时设计人员在调整元件的位置时,需要小心翼翼的目测是否对准,很是麻烦。
因此,在设计PCB时,布局时需要将栅格设置成10mil或20mil, 布线时将栅格设置成1mil或2mil, 这样元件摆放就能轻松放置的整齐、规则。
3. 晶振距离BGA微处理器芯片太远,时钟线过孔经过不同的层
上图中, X1为一晶振,为左下方的WLCSP封装的IC提供时钟信号。XC1, XC2为时钟信号,这两个信号要尽可能的短,并且尽量不要过孔,避免造成阻抗不匹配而引起信号反射,使得时钟信号失去完整性。
在进行数字电路和模拟电路的混合布线时,要使芯片能够稳定工作,应重点关注以下情况:
- 首先关注芯片的电源是否稳定,保证电源上的噪声尽可能大小
- 接着关注芯片的时钟是否稳定,时钟线不要出现阻抗突变的现象
- 接着关注芯片的复位信号,应保证复位信号稳定
- 接着关注芯片上的高速模拟小信号以及高速数字信号
- 最后关注芯片上的低速数字信号,这些信号能够走通就行
4. 过孔打到焊盘上
过孔打到焊盘上,容易引起焊锡顺着过孔流到对面引起虚焊。对于小的电阻和电容,焊接时容易引起元件立起来,造成立碑的现象,因此过孔不要打在焊盘上。
对于高密度的封装,如BGA, WLCSP封装,焊盘之间的间距很小,在焊盘之间打孔无法满足工艺要求,这时候就需要在焊盘上打孔,同时电路板需要采用树脂塞孔的工艺,避免过孔中流入焊锡引起虚焊。
虽然一些厂家声称支持在焊盘上打孔,但为了提高成品率,建议在条件允许的情况下,过孔尽可能不要打在焊盘上。