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PCB规划是让产品成功的最重要关键

就像所有的新技术一样,工程师当初花了好一段时间才接受并推广印刷电路板(PCB)。在1960年代,美国老牌电子业者Zeneth总爱标榜他们使用点对点接线(poin

就像一切的新技能相同,工程师最初花了好一段时刻才承受并推行印刷电路板(PCB)。在1960年代,美国老牌电子业者Zeneth总爱标榜他们运用点对点接线(point-to-point wiring),如图1;而现在,简直一切电子产品都是以PCB打造。

但多年来,PCB好像在电子工程范畴被「降级」,成了只在暗地静静支付的无名小卒,司理们以为PCB布线是微乎其微的制作问题,并非规划工程师需求关怀的;但随着数字电路变得越来越快,以及RF电路也被放进PCB,电路板在许多规划中变成了约束要素,计算机辅助规划(CAD)东西虽然能协助工程师规划电路板,但CAD的主动绕线功用通常会带来更多问题。

图1 1948年Motorola的VT-71「Golden View」7嫉缡踊便是选用点对点接线。(图片来历:Wikimedia/Westernelectric555)

我的师父,John Massa老迈教过我PCB在规划作业中的中心性(centrality);Massa老迈总是会寻觅规划、打造电路板的新方法。当咱们的同业还在评论68020芯片的指令快取(instrucTIon-caching)架构时,Massa现已在谈电路板布线程序以及只需一个晚上就能完结的原型制作。

Massa说过:「在我40年的电子规划经历里,电路板总是阻止每个规划项目的约束要素;」你不应该仅仅为了敷衍作业而制作电路图,你有更高等级的职责看着那些电路图转化成能够被打造出来并且出售的某种产品。

现代的PCB不仅仅时刻杀手,也是具有准确规划要求的要害零组件;电子设备的运作频率以及信号上升/下降时刻变得越来越快,因而PCB现已变得越来越重要。看看以下几个实在发生过的小故事,你会取得一些启示。

一个关于PC主板的故事

在1985年,PC芯片组呈现了33MHz的总线;Massa其时接到一家本地PC主板制作商的电话,说他们的新主板不会动了。IC供货商的参阅规划是能够运作,但这家公司做了客制化的产品外形;而Massa留意到,他们在零组件之间的绕线,让PCB走线呈现许多尖利的视点。

他还发现有几个要害信号被放在大型回路,电路板上还有许多通孔;那些小洞是让走线能从电路板正面转到反面。那家公司表明,他们的PCB是找美国科罗拉多州的某个人规划的,费用很廉价并且速度很快,只需一、两天就能完结。Massa很礼貌地告知他们,其实那种布线是用主动化软件东西做的,因而永久无法让跑33MHz信号的电路板成功运作。

主动绕线东西很简单犯错,前期的PCB软件只能保证信号到接脚的电流衔接,不会考虑高速信号需求较短走线,该先安置所需通孔,或是由于通孔、线宽改动导致的阻抗不匹配等等问题,最终导致整个PCB规划失利。

一个关于视讯芯片的故事

在1995年,我有个老兄弟是在一家视讯芯片公司作业,遇到了跟前面相同的情况──参阅规划没问题,但他们有个台湾的大客户诉苦他们家的芯片无法在新PCB上运作;而该PCB规划也是有相似的布线过错。

那家视讯芯片公司面对两个挑选,一个是率直指出客户的规划有问题请他们重做,二是让他们自己的视讯芯片做个廉价的金属光罩修正,以补偿客户的不良PCB布线;后来他们选了第二种方法,客户当然很高兴、觉得自己永久是对的,并且关于那家视讯芯片公司寄给他们能顺畅运作之新芯片的客户服务十分满意。

我那位朋友说,这对一家半导体公司来说是正确的战略;IC业者应该是为自家的芯片导入IP,而不是花钱教自己的客户怎样规划。你能够在芯片内做些改动,反过来向客户收钱。

一个关于F-16战斗机的故事

笔者曾参与F-16战斗机的雷达搅扰设备规划,了解到有些公司或许也遭遇过的体系性PCB问题;电路板布线被以为是机械工程使命,因而咱们的电子工程师把电路图丢出来,让其他部分去做电路板布线作业。

我拿到的电路板上有十分高速的发射耦合逻辑(ECL)振荡器,但该8层电路板原型无法运作;由于有十分足够的电路板层面空间,我很疑问他们到底是怎样把规划搞砸的。成果发现,机械工程师为了简化坐落一切零件下方的铝制散热器规划,是依照形状来组织零组件方位的;那颗ECL芯片坐落电路板左上方,电阻被放在中心,晶体振荡器则在右下角,间隔ECL芯片整整8肌

从那时分咱们都会保证机械工程师在进行PCB上的零组件安置时,周围有坐一个电子工程师,并且会在预备制作之前检查整个布局(图2)。

图2 F-16战斗机的雷达搅扰设备PCB,在一切的零组件下方有一个铝制散热器;千万别让机械工程师为了散热器规划而自作主张布局PCB,防止献身电子能。

一个关于电源供应器的故事

我在1998年为HP担任参谋时,曾在规划中用了一颗凌力尔特(Linear)的SEPIC转换器芯片LT1513IR;我看了产品标准表,还跟与我接洽的Linear使用工程师Jon Dutra说,他们公司标准表里面的布线图有错。好啦…别笑了,我那时分还年青、有点蠢。

现在现已转到微软(Microsoft)作业的Dutra很有耐心肠看了标准表里的使用实例部分,并解说为何他们主张用那样的方法来布署转换器。我有几个好朋友是从Linear退休的,他们都对我保证,许多客户都是该公司组件的忠诚爱用者,由于他们的使用工程支撑能帮客户把错的规划变成对的;而我用Linear主张的方法布署那颗SEPIC,第一次绕线就成功(如图3)。

图3 这是主动测试设备的PCB,由于事前了解过那颗SEPIC转换器(以红框标明),我的规划第一次就成功。

一个关于掌上电脑的故事

我在一家掌上电脑公司作业时,曾犯过一个过错,用SPECCTRA软件东西进行一片12层PCB的主动绕线(图4);我那时觉得SPECCTRA超有才智(并且很贵),应该能够不需求人为监督或干涉,让它主动绕线。

在PCI总线无法运作时,咱们做了一个夹具来勘探PCI总线上的每一个信号;它们都在那里,时序也收敛了,但明显收敛得不行、无法与挂在总线上的芯片一起运作。并且那是一个没有衔接器的总线,只要长度约4或5甲呦…我再也不信任没有人为监督的主动布线器了,永久都不会!

图4 这片掌上电脑的12层电路板原型看起来很厉害,可是由于主动布线器搞砸了PCI总线的时序,底子无法运作。

一个关于消费性DVD播放器的故事

我在某家半导体公司任职时,做的是驱动PC用DVD刻录机内雷射头的芯片;我看了一眼某客户规划的软性电路板原型,就知道他们缺少高速或散热规划方面的经历,究竟他们之前做的CD刻录机数据速率比较低,并且用的芯片不会发生太多热度。而咱们花了大半年的时刻教客户该怎样规划他们的PCB(图5)。

图5 DVD刻录机的雷射驱动器软性电路,需求具有PC主板或是其他高速、对温度灵敏之规划的专业经历。

你能够寻求协助!

不要轻忽你的PCB规划,要十分留意组件标准表的主张;半导体厂商的使用工程师能给你许多协助。但要留意的是,半导体厂商的使用工程师是IC专家,不是体系工程师,因而他们今日或许会告知你,把模仿与数字接地上分隔,再以模仿数字转换器(ADC)芯片来链接;但他们不会告知你假如板子上有5颗ADC该怎样办。

要进一步了解PCB规划窍门,有许多练习课程、技能研讨会能够参与,专业的资深工程师会教你怎么妥善使用零组件安置与绕线规矩,让你的规划防止发生噪声或是对噪声灵敏;你也能够透过学习保证你的规划有杰出的信号与电源完整性。

假如你不期望你的产品规划是乱七八糟或是问题重重,肯定需求去学习一切关于PCB规划与制作的常识,那是你的产品规划根底,就像是房子的地基相同,没有人期望它摇摇晃晃!

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