如何才能保證PCB的高性能設(shè)計(jì)

中信華

    隨著電子、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，今天的pcb設(shè)計(jì)面臨的已經(jīng)是與以往截然不同的、全新的挑戰(zhàn)。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
8 J0 i7 f! \. O/ M" a& e  |- M
    1、信號(hào)邊緣速率越來(lái)越快，片內(nèi)和片外時(shí)鐘速率越來(lái)越高，現(xiàn)在的時(shí)鐘頻率不再是過(guò)去的幾兆了，上百兆上千兆的時(shí)鐘在單板上越來(lái)越普遍。由于芯片工藝的飛速發(fā)展，信號(hào)的邊沿速率也是越來(lái)越快，目前信號(hào)的上升沿都在1ns左右。這樣就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)和板級(jí)SI、emc問題更加突出；

    2、電路的集成規(guī)模越來(lái)越大，I/O數(shù)越來(lái)越多，使得單板互連密度不斷加大；由于功能的越來(lái)越強(qiáng)大，電路的集成度越來(lái)越高。芯片的加工工藝水平也越來(lái)越高。過(guò)去的DIP封裝在現(xiàn)在的單板上幾乎銷聲匿跡了，小間距的BGA、QFP成為芯片的主流封裝。這樣使得PCB設(shè)計(jì)的密度也就隨之加大。
+ x* O0 Y: c, s! c+ I
( B& ^2 ^- W& r  M9 W! e    3、產(chǎn)品研發(fā)以及推向市場(chǎng)的時(shí)間不斷減少，使得我們必須面臨一次性設(shè)計(jì)成功的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)；時(shí)間就是成本，時(shí)間就是金錢。在電子產(chǎn)品這樣更新?lián)Q代特別快的領(lǐng)域，產(chǎn)品面世早一天，他的利潤(rùn)機(jī)會(huì)窗就會(huì)大很多。
# o9 P  {9 {% N5 m: x
. @- b  l" ^% f2 F4 ]5 m% D- I    4、由于PCB是產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的物理載體。在高速電路中，PCB質(zhì)量的好壞之間關(guān)系到產(chǎn)品的功能和性能。同樣的器件和連接，不同的PCB載體，他們的結(jié)果是不同的。

2 r* h( s: M, m1 C9 w1 W# ^6 O    所以，現(xiàn)在設(shè)計(jì)的流程已經(jīng)在慢慢的轉(zhuǎn)變了。以前設(shè)計(jì)中邏輯功能的設(shè)計(jì)往往占了硬件開發(fā)設(shè)計(jì)的80％以上，但現(xiàn)在這個(gè)比例一直在下降，在目前硬件設(shè)計(jì)中邏輯功能設(shè)計(jì)方面的只占到50％，有關(guān)PCB設(shè)計(jì)部分則也占據(jù)了50％的時(shí)間。專家預(yù)計(jì)在將來(lái)的設(shè)計(jì)中，硬件的邏輯功能開銷要越來(lái)越小，而開發(fā)設(shè)計(jì)規(guī)則等高速PCB設(shè)計(jì)方面的開銷將達(dá)到80%甚至更高。

4 \3 C' E  C7 n& C% y: r    所有的這些只是說(shuō)明，PCB設(shè)計(jì)將是現(xiàn)在和未來(lái)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。
6 p5 g, X: G' C4 t
# Q+ p- f; Z4 Q, Y# J% m    通常，我們的PCB設(shè)計(jì)中主要關(guān)注以下幾點(diǎn)：
+ ^" ~2 w6 a6 U
    1、功能的實(shí)現(xiàn)

2 \* e" r4 o/ N2 r3 L) d- B" I  H    2、性能的穩(wěn)定

    3、加工的簡(jiǎn)易
/ G: [8 R3 b# L/ B9 Y" z( l2 h
6 {+ Q' s' L* B& t    4、單板的美觀

    功能的實(shí)現(xiàn)是我們PCB的第一步。在過(guò)去的設(shè)計(jì)中由于信號(hào)邊沿的速率和時(shí)鐘頻率比較低，只要邏輯的連接沒有錯(cuò)誤，物理連接的好壞不會(huì)影響到使用的性能。但這樣的觀點(diǎn)在現(xiàn)在的設(shè)計(jì)中是不使用的。有一個(gè)例子可以很好的表明這一點(diǎn)：

2 v8 i: ~! K$ ]    美國(guó)一家著名的影象探測(cè)系統(tǒng)制造商的電路板設(shè)計(jì)師們最近碰到一件奇特的事：一個(gè)7年前就已經(jīng)成功設(shè)計(jì)、制造并且上市的產(chǎn)品，一直以來(lái)都能夠非常穩(wěn)定可靠地工作，而最近從生產(chǎn)線上下線的產(chǎn)品卻出現(xiàn)了問題，產(chǎn)品不能正常運(yùn)行。
7 T' s: d  q' q# F3 x- Y
    所以，邏輯的真確連接也不能使功能真確實(shí)現(xiàn)。物理連接的好壞也是功能實(shí)現(xiàn)的主要條件。

# @8 ]9 N3 ~2 D+ @) k5 N7 A    性能的保證就靠PCB的設(shè)計(jì)了，這個(gè)觀點(diǎn)大家都有體會(huì)。同樣的邏輯連接，同樣的器件，不同的PCB他們的性能測(cè)試結(jié)果就不同。好的設(shè)計(jì)不光產(chǎn)品穩(wěn)定性高，而且可以通過(guò)各種要求苛刻的測(cè)試。但不理想的設(shè)計(jì)就不可能達(dá)到這樣的效果。在一些低端產(chǎn)品中，很多廠家使用的芯片組是相同的，邏輯連接也是相似的。唯一的不同就是各自的PCB設(shè)計(jì)水平的高低，產(chǎn)品的差異性主要就是體現(xiàn)在PCB的設(shè)計(jì)上了。
1 k; D6 D/ p" G
    加工的簡(jiǎn)易程度也是PCB設(shè)計(jì)好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。好的PCB設(shè)計(jì)是方便加工，維護(hù)，測(cè)試、制造的。PCB的好壞不僅和PCB加工廠家，smt廠家的生產(chǎn)效率有關(guān)，還和我們測(cè)試、調(diào)試方便息息相關(guān)。
6 i: w6 i5 X, o
. @. ~) w# a8 E( g$ l; b9 _/ s$ q    美觀大方也是PCB設(shè)計(jì)的一個(gè)要素。整體的美觀和大氣，使人看到就覺得舒服。PCB也是一件工藝品。好的PCB會(huì)讓人駐足留戀的。
, U2 r6 C8 h: [: W# y1 K1 Z
    PCB設(shè)計(jì)是一門綜合性的學(xué)科，是質(zhì)量、成本、時(shí)間等多方面相互協(xié)調(diào)的產(chǎn)物。在PCB設(shè)計(jì)中沒有最好，只有更好�？傊�，高速PCB的設(shè)計(jì)是今天系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域面臨的嚴(yán)肅挑戰(zhàn)，無(wú)論是設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)工具、還是設(shè)計(jì)隊(duì)伍的構(gòu)成以及工程師的設(shè)計(jì)思路，都需要積極認(rèn)真地去應(yīng)對(duì)。