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2015.06.301目录汇总确认影响PCB设计因素PCB设计项目团队PCB设计评审PCB制作和SMT工程测试和可靠性测试PCB设计总结2汇总确认影响PCB设计因素PCB设计是整个产品开发过程中的一个重要环节，要做好PCB的设计，首先要熟悉整个产品的开发过程，因为在PCB设计过程中并不是简单按照原理图做出相应的Layout，而是一个瞻前顾后、贯穿整个开发过程的工作内容。PCB设计之前要汇总并确认影响PCB设计的因素。硬件开发流程。原理图设计确认。元器件选型。PCB板的结构确认。特殊功能设计要求。PCB设计技术准备汇总。汇总确认影响PCB设计因素3硬件开发流程产品硬件的开发，首先要明确产品的硬件需求，如CPU处理能力、存储容量及速度、电路的功耗要求、整体性能要求的标准等。其次，根据需求分析制定硬件总体设计方案，寻求关键物料的技术资料，要充分的考虑技术可能性、可靠性和成本控制，关键器件索取样品。总体方案确定后，做硬件和单板软件的详细设计，包括绘制硬件原理图、单板软件框图及编码、PCB布线同时完成开发物料清单及其他技术文档。PCB制作完成后，在生产端进行SMT或手焊操作，然后硬件工程师做单板调试或整机调试，对设计中的各种功能进行测试，这个过程需要软件硬件联调，不同的产品可能会需要射频工程师、光学工程师或声学工程师的配合调试，另外可靠性测试也是非常重要的测试内容。待所有测试汇总，作总结，为下一轮试产变出变更设计清单。一般经过调试和测试后，原理图和PCB布线都会有变更。按照项目的进度，多次试产，硬件设计完成开发过程。硬件开发流程4在整个硬件设计的开发过程中，PCB板是整个产品的载体，PCB板有问题，所有的其他工作都无法正常开展，同样，任何一个环节都可能会对PCB的设计产生变更要求，所以PCB设计是一个整体性的工作，需要设计人员有丰富的项目经验。硬件开发流程5原理图设计确认PCB的设计基于硬件原理图，项目开发前期，设计出初版的硬件原理图，根据之前的项目经验，完成初稿后，一定要详细的自审，在没有连接错误的前提下，检查确认是否有逻辑性设计错误，对每个器件的每个引脚都要按照其规格书做准确的配置，特别是BGA封装的器件，如果某个引脚连接错误，不能手动跳线纠正，可能会直接导致整个试产的失败。自审无误后，要组织项目团队的评审，这个过程非常重要，可以借鉴其他工程师的设计经验，团队讨论，更改后，确定原理图版本。原理图设计确认6元器件选型。这项工作和原理图的设计同步交叉进行。可以分为几类器件。主芯片，如CPU、DSP、专用IC等。功率器件，如LDO、DCDC、变压器等。保护类元器件，如ESD、保险丝、PMU器件、OCPOVP器件等。定制元器件，如一些特殊尺寸的接插件、电池、铜箔等。常规RCL器件。元器件选型7一般在进行元器件选型时，会遵循一定的原则。普遍性原则：所选的元器件是被广泛使用验证过的，尽量少使用冷门、偏门芯片，减少开发风险。高性价比原则：在功能、性能、使用率都相近的情况下，尽量选择价格比较好的元器件，降低成本。采购方便原则：尽量选择容易买到、供货周期短的元器件。持续发展原则：尽量选择在可预见的时间内不会停产的元器件,不要选用停产的器件,优选生命周期处于成长期、成熟期的器件。可替代原则：尽量选择兼容芯片品牌比较多的元器件。向上兼容原则：尽量选择以前老产品用过的元器件。资源节约原则：尽量用上元器件的全部功能和管脚。便于生产原则：在满足产品功能和性能的条件下，选择封装复杂度低的型号，降低生产难度，提高生产效率。元器件选型8PCB板的结构确认PCB设计之前，要同结构设计师确认PCB板的结构参数。PCB的外形板框和板厚。异形尺寸的PCB可能会对布线造成一定的困难，这需要EE和ME的相互配合，双方可能需要做一定的设计变更和妥协。PCB的板材。一般可简单分为刚性板和柔性板。FR-4为主流的刚性板，FPC为主流的柔性板。另外还有纸基板、铝基板、复合基板等。禁步区域和局部区域限高。这个点需要特别的注意，因为如果双方沟通有误，可能会导致耗时耗力的设计返工。尤其是近几年发展较快可穿戴电子产品，产品的体积越来越小，但是功能越来越丰富，因此PCB设计和结构设计是一个非常大的挑战，器件选型和布局在PCB布线之前要有好的规划。PCB板的结构确认9特殊元器件的摆放区域，例如接插件、开关按键、天线、LED灯、焊线焊盘。这些元器件跟结构的组装和生产工艺密切相关，一定要让结构工程师给出准确的定位位置。结构方面的特殊要求，例如FPC的局部补强，定位孔、螺丝孔的摆放和大小。以上的结构影响因素，待PCB设计器件摆放完成之后，布线之前，如果条件允许，导出3D文件，让结构工程师用工具软件模拟组合装配，检查是否没有结构干涉。PCB板的结构确认10特殊功能设计要求射频设计。对于射频电路，信号线的走向、宽度、线间距的不合理设计，可能造成交叉干扰；另外，系统电源自身还存在噪声干扰，所以在设计射频电路PCB时一定要综合考虑，合理布线。具体的布线需要射频工程师的协助。声学设计。注意板级干扰噪声、耦合噪声以及不合理布线造成的地环路噪声等。各种Sensor的设计。敏感信号的设计规划，要在布线之前有规划。11特殊功能设计要求PCB技术准备汇总完成上述的技术准备，下一步就可以进行布线。在实际的项目中，前期的工作准备的充分，会起到事半功倍的效果。一定不要急于为了尽快的完成PCB的制作，疏忽了前期的技术储备工作，如果由于失误造成二次投板，得不偿失。12PCB设计技术准备汇总13PCB设计PCB设计现在可以进行实际的PCB布线工作，这是一个复杂且繁琐的工作，不但需要设计人员要有丰富的专业知识，而且要有充分的耐心。因为设计一块好的板子，不是几天就可以完成的，复杂的板子，第一轮设计工作可能需要十几天，甚至几十天，期间要不断地评审和修改，如果第一轮设计工作做得好，只要设计不变，后期的PCB改动可能只是在第一版的基础之上小修小补，大大减轻后面的工作量，而且每一轮的试产都有传承性，设计的可控性会更好。14PCB设计优秀的PCB设计工程师，在PCB板的每个角落，都体现着他的丰富的理论知识和经验。PCB设计，有其技术上的设计规范，有技术层面的，有工艺层面的。PCB设计中的通用规范性要求。PCB设计中的EMC要求。PCB设计中的模数混合设计。信号完整性设计（SI）。电源完整性设计（PI）。高速PCB设计（布局布线）。叠层阻抗设计。15PCB设计中的通用规范性要求PCB设计中的通用规范性要求。在几乎所有的PCB的设计中，无论其复杂程度，一些简单的设计规范都可以通用。封装库的建立。元器件的布局规则。布线的通用规则。过孔的作用和影响。测试点的要求。铺铜的要求。拼版的设计要求。工艺要求。16封装库的建立封装库的建立元器件选型后，在布线之前要建立元器件的封装库。通用元器件尽量使用之前验证过的封装，降低风险。特殊的元器件，要严格遵循规格书上的推荐焊盘尺寸来制作PCB封装，如果有必要，要同生产端沟通确认，结合实际的生产工艺，来确认封装尺寸。尤其是BGA器件的封装，BGA的焊点不能用肉眼检测，只能采用X射线等装置检测。在PCB布线完成后，最好按照原理图仔细检查每个元器件的封装是否正确，根据之前的经验，在元器件较多的产品设计中，初版的PCB很容易出现由于设计疏忽造成的封装与元器件不匹配，尽量避免这种失误。17元器件的布局规则元器件的布局规则元器件布局要求较多的是从结构、散热、电磁干扰、将来布线的方便性等方面综合考虑。元器件布局的一般原则是：先布置与机械尺寸有关的器件并锁定这些器件，然后是占空间较大的器件和电路的核心器件，再就是外围器件。机械结构方面的要求：外部接插件、显示器件等放置要整齐，定位一定要准确。禁步和限高区域布局要求：与内部结构干涉的禁步和限高区域要提前避让。电源部分的布局要求：电源部分的布局，要考虑整个板级的供电路径，做到电源线路尽量短，避免出现绕线或环路等易产生干扰的路径。散热方面的要求：板上有发热较多的器件放置要考虑散热的问题，晶振等器件要远离热源。18元器件的布局规则电磁干扰方面的要求：元器件在电路板上排列的位置要充分考虑抗电磁干扰问题，原则之一是各元器件之间的引线要尽量短。在布局上。要把模拟信号、高速数字电路、噪声源（如时钟电路、大电流功耗电路、LED驱动电路）这三部分合理的分开，使相互之间的信号耦合最小。随着电路设计的频率越来越高，EMI对线路板的影响越来越突出。除了常规的磁环、滤波电容等措施，有的关键电路设置还要加金属屏蔽罩。布线方面要求：在元器件布局时，必须全局考虑电路板上的布线，一般的原则还是布线最短，有网络连接的元器件尽量放置在一起。整个布局在满足电气性能参数的前提下，应当做到元器件排列、分布合理美观。19布线的通用规则布线的通用规则从减小辐射干扰的角度出发，应尽量选用多层板，内层分别作为电源层、地线层，用以降低供电线路阻抗，抑制公共阻抗噪声，对信号线形成均匀的接地面，加大信号线和接地面间的分布电容，抑制向空间辐射的能力。电源线、地线、信号线对高频信号应保持低阻抗。在频率很高的情况下，电源线、地线或信号线都会成为接收与发射干扰的小天线。降低这种干扰的方法除了加滤波电容外，布线的合理性也同样重要，布线要减小电源线、地线及信号线本身的高频阻抗，走线要短、线条要均匀。电源线和信号线要减小与回线所形成的环路面积，降低接受外界干扰和向外界干扰的几率。20布线的通用规则晶振电路要尽量靠近用到时钟的器件，晶体外壳接地良好，时钟区附近要包地处理，走线尽量短而直。石英晶体和其他对噪声敏感的器件，附近和下面尽量不要放置其他元器件和布线。电源线、地线尽量粗。关键的信号线两边加上保护地。元件的引脚尽量短，尤其是去耦电容和滤波电容，首选贴片器件。对A/D类器件，数字部分和模拟部分的地要隔离。模拟电压输入线、参考电压要尽量远离数字电路信号线，特备是时钟。时钟线和高速信号线走线尽量不要平行于其他走线。任何信号都不要形成环路，如果不可避免，让环路尽量小。21过孔的作用和影响过孔的作用和影响过孔是多层PCB的重要组成部分之一，从作用上看，过孔可以分为两类：一是用作各层间的电气连接；二是用作器件的固定或定位。从工艺制程上讲，过孔一般分为三类，即盲孔、埋孔和通孔。通孔在工艺上更易于实现，成本较低，所以在能够满足设计的前提下，优先选择过孔。在高速、高密度的PCB设计时，设计者总是希望过孔越小越好，这样板上可以有更多的布线空间，此外，过孔越小，其自身的寄生电容也越小，更适合高速电路。但是过孔的尺寸大小受到钻孔和电镀等工艺技术的限制，现在通用的工艺做到的最小尺寸为：盲孔4mil/12mil,通孔和埋孔8mil/16mil。22过孔的作用和影响孔本身存在着对地的寄生电容，如果已知过孔在铺地层上的隔离孔直径为D2,过孔焊盘的直径为D1,PCB板的厚度为T，板基材介电常数为ɛ，则过孔的寄生电容大小近似于：C=1.41ɛTD1/(D2-D1)，过孔的寄生电容对电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间，降低了电路的速度。尽管单个过孔的寄生电容的引起的上升延变缓的作用不是很明显，但是如果走线中有多个过孔，设计者还是要慎重考虑。同样，过孔也存在这寄生电感，在高速数字电路的设计中，过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，减弱整个电源系统的滤波作用。如果已知过孔的长度为h，钻孔的直径为d，则过孔的寄生电感近似于：L=5.08h[ln(4h/d)+1]，从式中可以看出。过孔的直径对电感的影响较小，对电感影响最大的是过孔的长度。23过孔的作用和影响通过上面对过孔寄生特性的分析，我们可以看到，在高速PCB设计中，看似简单的过孔往往也会给电路的设计带来很大的负面效应。为了减小过孔的寄生效应带来的不利影响，在设计中可以尽量做到：1．从成本和信号质量两方面考虑，选择合理尺寸的过孔大小。对于电