從IC芯片的發(fā)展及封裝形式來看，芯片體積越來越小、引腳數(shù)越來越多;同時，由于近年來IC工藝的發(fā)展，使得其速度也越來越高。這就帶來了一個問題，即電子設(shè)計的體積減小導致電路的布局布線密度變大，而同時信號的頻率還在提高，從而使得如何處理高速信號問題成為一個設(shè)計能否成功的關(guān)鍵因素。隨著電子系統(tǒng)中邏輯復雜度和時鐘頻率的迅速提高，信號邊沿不斷變陡，印刷電路板的線跡互連和板層特性對系統(tǒng)電氣性能的影響也越發(fā)重要。對于低頻設(shè)計，線跡互連和板層的影響可以不考慮，但當頻率超過50 MHz時，互連關(guān)系必須考慮，而在*定系統(tǒng)性能時還必須考慮印刷電路板板材的電參數(shù)。因此，高速系統(tǒng)的設(shè)計必須面對互連延遲引起的時序問題以及串擾、傳輸線效應等信號完整性(Signal Integrity，SI)問題。當硬件工作頻率增高后，每一根布線網(wǎng)絡(luò)上的傳輸線都可能成為發(fā)射天線，對其他電子設(shè)備產(chǎn)生電磁輻射或與其他設(shè)備相互干擾，從而使硬件時序邏輯產(chǎn)生混亂。電磁兼容性(Electromagnetic Compatibility，EMC)的標準提出了解決硬件實際布線網(wǎng)絡(luò)可能產(chǎn)生的電磁輻射干擾以及本身抵抗外部電磁干擾的基本要求。1 高速數(shù)字電路設(shè)計的幾個基本概念在高速數(shù)字電路中，由于串擾、反射、過沖、振蕩、地彈、偏移等信號完整性問題，本來在低速電路中無需考慮的因素在這里就顯得格外重要;另外，隨著現(xiàn)有電氣系統(tǒng)耦合結(jié)構(gòu)越來越復雜，電磁兼容性也變成了一個不能不考慮的問題。要解決高速電路設(shè)計的問題，首先需要真正明白高速信號的概念。高速不是就頻率的高低來說的，而是由信號的邊沿速度決定的，一般認為上升時間小于4倍信號傳輸延遲時可視為高速信號。即使在工作頻率不高的系統(tǒng)中，也會出現(xiàn)信號完整性的問題。這是由于隨著集成電路工藝的提高，所用器件I/O端口的信號邊沿比以前更陡更快，因此在工作時鐘不高的情況下也屬于高速器件，隨之帶來了信號完整性的種種問題。

在PCB板的設(shè)計當中，可以通過分層、恰當?shù)牟季植季€和安裝實現(xiàn)PCB的抗ESD設(shè)計。在設(shè)計過程中，通過預測可以將絕大多數(shù)設(shè)計修改僅限于增減元器件。通過調(diào)整PCB布局布線，能夠很好地防范ESD。以下是一些常見的防范措施。1、盡可能使用多層PCB相對于雙面PCB而言，地平面和電源平面，以及排列緊密的信號線-地線間距能夠減小共模阻抗和感性耦合，使之達到雙面PCB的1/10到1/100。盡量地將每一個信號層都緊靠一個電源層或地線層。對于頂層和底層表面都有元器件、具有很短連接線以及許多填充地的高密度PCB，可以考慮使用內(nèi)層線。2、對于雙面PCB來說，要采用緊密交織的電源和地柵格。電源線緊靠地線，在垂直和水平線或填充區(qū)之間，要盡可能多地連接。一面的柵格尺寸小于等于60mm，如果可能，柵格尺寸應小于13mm。3、確保每一個電路盡可能緊湊。4、盡可能將所有連接器都放在一邊。5、在每一層的機箱地和電路地之間，要設(shè)置相同的“隔離區(qū)”;如果可能，保持間隔距離為0.64mm。6、PCB裝配時，不要在頂層或者底層的焊盤上涂覆任何焊料。使用具有內(nèi)嵌墊圈的螺釘來實現(xiàn)PCB與金屬機箱/屏蔽層或接地面上支架的緊密接觸。

廠家PCB電路板1. 從原理圖到PCB的設(shè)計流程建立元件參數(shù)——>輸入原理網(wǎng)表->設(shè)計參數(shù)設(shè)置->手工布局->手工布線->驗證設(shè)計——>復查->CAM輸出。PCB電路板生產(chǎn)廠2. 參數(shù)設(shè)置相鄰導線間距必須能滿足電氣安全要求，而且為了便于操作和生產(chǎn)，間距也應盡量寬些。最小間距至少要能適合承受的電壓，在布線密度較低時，信號線的間距可適當?shù)丶哟螅瑢Ω?、低電平懸殊的信號線應盡可能地短且加大間距，一般情況下將走線間距設(shè)為8mil。焊盤內(nèi)孔邊緣到印制板邊的距離要大于1mm，這樣可以避免加工時導致焊盤缺損。當與焊盤連接的走線較細時，要將焊盤與走線之間的連接設(shè)計成水滴狀，這樣的好處是焊盤不容易起皮，而是走線與焊盤不易斷開。3. 元器件布局實踐證明，即使電路原理圖設(shè)計正確，印制電路板設(shè)計不當，也會對電子設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如，如果印制板兩條細平行線靠得很近，則會形成信號波形的延遲，在傳輸線的終端形成反射噪聲;由于電源、地線的考慮不周到而引起的干擾，會使產(chǎn)品的性能下降，因此，在設(shè)計印制電路板的時候，應注意采用正確的方法。每一個開關(guān)電源都有四個電流回路：◆ 電源開關(guān)交流回路◆ 輸出整流交流回路◆ 輸入信號源電流回路◆ 輸出負載電流回路輸入回路通過一個近似直流的電流對輸入電容充電，濾波電容主要起到一個寬帶儲能作用;類似地，輸出濾波電容也用來儲存來自輸出整流器的高頻能量，同時消除輸出負載回路的直流能量。所以，輸入和輸出濾波電容的接線端十分重要，輸入及輸出電流回路應分別只從濾波電容的接線端連接到電源;如果在輸入/輸出回路和電源開關(guān)/整流回路之間的連接無法與電容的接線端直接相連，交流能量將由輸入或輸出濾波電容并輻射到環(huán)境中去。電源開關(guān)交流回路和整流器的交流回路包含高幅梯形電流，這些電流中諧波成分很高，其頻率遠大于開關(guān)基頻，峰值幅度可高達持續(xù)輸入/輸出直流電流幅度的5倍，過渡時間通常約為50ns。這兩個回路最容易產(chǎn)生電磁干擾，因此必須在電源中其它印制線布線之前先布好這些交流回路，每個回路的三種主要的元件濾波電容、電源開關(guān)或整流器、電感或變壓器應彼此相鄰地進行放置，調(diào)整元件位置使它們之間的電流路徑盡可能短。

如果阻抗變化只發(fā)生一次，例如線寬從8mil變到6mil后，一直保持6mil寬度這種情況，要達到突變處信號反射噪聲不超過電壓擺幅的5%這一噪聲預算要求，阻抗變化必須小于10%。這有時很難做到，以 FR4板材上微帶線的情況為例，我們計算一下。如果線寬8mil，線條和參考平面之間的厚度為4mil，特性阻抗為46.5歐姆。線寬變化到6mil后特性阻抗變成54.2歐姆，阻抗變化率達到了20%。反射信號的幅度必然超標。至于對信號造成多大影響，還和信號上升時間和驅(qū)動端到反射點處信號的時延有關(guān)。但至少這是一個潛在的問題點。幸運的是這時可以通過阻抗匹配端接解決問題。如果阻抗變化發(fā)生兩次，例如線寬從8mil變到6mil后，拉出2cm后又變回8mil。那么在2cm長6mil寬線條的兩個端點處都會發(fā)生反射，一次是阻抗變大，發(fā)生正反射，接著阻抗變小，發(fā)生負反射。如果兩次反射間隔時間足夠短，兩次反射就有可能相互抵消，從而減小影響。假設(shè)傳輸信號為1V，第Y次正反射有0.2V被反射，1.2V繼續(xù)向前傳輸，第二次反射有 -0.2*1.2 = 0.24v被反射回。再假設(shè)6mil線長度極短，兩次反射幾乎同時發(fā)生，那么總的反射電壓只有0.04V，小于5%這一噪聲預算要求。因此，這種反射是否影響信號，有多大影響，和阻抗變化處的時延以及信號上升時間有關(guān)。研究及實驗表明，只要阻抗變化處的時延小于信號上升時間的20%，反射信號就不會造成問題。如果信號上升時間為1ns，那么阻抗變化處的時延小于0.2ns對應1.2英寸，反射就不會產(chǎn)生問題。也就是說，對于本例情況，6mil寬走線的長度只要小于3cm就不會有問題。

一、快速確定PCB外形設(shè)計PCB先要確定電路板的外形，通常就是在禁止布線層畫出電氣的布線范圍。除非有特殊要求，一般電路板的形狀都為矩形，長寬比一般為3：2或者4：3較為理想。在畫之前可以任意畫出兩條橫線和兩條豎線，然后利用“放置工具條”里的“設(shè)置原點”工具將某一條線段的端點設(shè)為原點即坐標為(0，0)，之后雙擊每一條線段，對其起點和終點的坐標值進行相應的更改，使4條線段首尾相接，形成一個封閉的矩形框，電路板的外型確定也就完成了。如果在畫圖的過程中需要調(diào)整電路板的大小，只要修改每條線段的相應坐標值即可。從成本、敷銅線長度、抗噪聲能力考慮，電路板尺寸越小越好，但是板尺寸太小，則散熱不良，且相鄰的導線容易引起干擾。不過，當電路板的尺寸大于200mm×150mm時，應該考慮電路板的機械強度，適當加裝固定孔，以便起到支撐的作用。二、元件布局開始布局之前首先要通過網(wǎng)絡(luò)表載入元器件，這個過程中經(jīng)常會遇到網(wǎng)絡(luò)表無法完全載入的錯誤，主要可歸為兩類：一類是找不到元件，解決方法是確認原理圖中已定義元件的封裝形式，并確認已添加相應的PCB元件庫，若仍找不到元件就要自己造一個元件封裝了;另一類是丟失引腳，最常見的就是二極管、三極管的引腳丟失，這是由于原理圖中的引腳一般是字母A、K、E、B、C，而PCB元件的引腳則是數(shù)字1、2、3，解決方法就是更改原理圖的定義，或者更改PCB元件的定義使其一致即可。有經(jīng)驗的設(shè)計者一般都會根據(jù)實際元件的封裝外形建立一個自己的PCB元件庫，使用方便而且不易出錯。進行布局時，必須要遵循一些基本規(guī)則：(1)特殊元件特殊考慮高頻元件之間要盡量靠近，連線越短越好;具有高電位差的元件之間距離盡量加大;重量大的元器件應該有支架固定;發(fā)熱的元件應遠離熱敏元件并加裝相應的散熱片或置于板外;電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容、微動開關(guān)等可調(diào)元件的布局應該考慮整機的結(jié)構(gòu)要求，以方便調(diào)節(jié)為準?？傊?，一些特殊的元器件在布局時要從元件本身的特性、機箱的結(jié)構(gòu)、維修調(diào)試的方便性等多方面綜合考慮，以保證做出一塊穩(wěn)定、好用的PCB板。

(一) 細節(jié)決定成敗PCB設(shè)計是一個細致的工作，需要的就是細心和耐心。剛開始做設(shè)計的新手經(jīng)常犯的錯誤就是一些細節(jié)錯誤。器件管腳弄錯了，器件封裝用錯了，管腳順序畫反了等等，有些可以通過飛線來解決，有些可能就讓一塊板子直接變成了廢品。畫封裝的時候多檢查一遍，投板之前把封裝打印出來和實際器件比一下，多看一眼，多檢查一遍不是強迫癥，只是讓這些容易犯的低級錯誤盡量避免。否則設(shè)計的再好看的板子，上面布滿飛線，也就遠談不上優(yōu)秀了。(二) 學會設(shè)置規(guī)則其實現(xiàn)在不光高級的PCB設(shè)計軟件需要設(shè)置布線規(guī)則，一些簡單易用的PCB工具同樣可以進行規(guī)則設(shè)置。人腦畢竟不是機器，那就難免會有疏忽有失誤。所以把一些容易忽略的問題設(shè)置到規(guī)則里面，讓電腦幫助我們檢查，盡量避免犯一些低級錯誤。另外，完善的規(guī)則設(shè)置能更好的規(guī)范后面的工作。所謂磨刀不誤砍柴工，板子的規(guī)模越復雜規(guī)則設(shè)置的重要性越突出。現(xiàn)在很多EDA工具都有自動布線功能，如果規(guī)則設(shè)置足夠詳細，讓工具自己幫你去設(shè)計，你在一旁喝杯咖啡，不是更愜意的事情嗎?(三) 為別人考慮的越多，自己的工作越少在進行PCB設(shè)計的時候，盡量多考慮一些最終使用者的需求。比如，如果設(shè)計的是一塊開發(fā)板，那么在進行PCB設(shè)計的時候就要考慮放置更多的絲印信息，這樣在使用的時候會更方便，不用來回的查找原理圖或者找設(shè)計人員支持了。如果設(shè)計的是一個量產(chǎn)產(chǎn)品，那么就要更多的考慮到生產(chǎn)線上會遇到的問題，同類型的器件盡量方向一致，器件間距是否合適，板子的工藝邊寬度等等。這些問題考慮的越早，越不會影響后面的設(shè)計，也可以減少后面支持的工作量和改板的次數(shù)。看上去開始設(shè)計上用的時間增加了，實際上是減少了自己后續(xù)的工作量。在板子空間信號允許的情況下，盡量放置更多的測試點，提高板子的可測性，這樣在后續(xù)調(diào)試階段同樣能節(jié)省更多的時間，給發(fā)現(xiàn)問題提供更多的思路。(四) 畫好原理圖很多工程師都覺得layout工作更重要一些，原理圖就是為了生成網(wǎng)表方便PCB做檢查用的。其實，在后續(xù)電路調(diào)試過程中原理圖的作用會更大一些。無論是查找問題還是和同事交流，還是原理圖更直觀更方便。另外養(yǎng)成在原理圖中做標注的習慣，把各部分電路在layout的時候要注意到的問題標注在原理圖上，對自己或者對別人都是一個很好的提醒。層次化原理圖，把不同功能不同模塊的電路分成不同的頁，這樣無論是讀圖還是以后重復使用都能明顯的減少工作量。使用成熟的設(shè)計總是要比設(shè)計新電路的風險小。每次看到把所有電路都放在一張圖紙上，一片密密麻麻的器件，腦袋就能大一圈。