乾貨｜如何改善PCB設計的基本問題和技巧？

在設計PCB時，我們通常會依賴以前在網上通常會找到的經驗和技巧。每個PCB設計都可以針對特定應用進行最佳化，通常，其設計規則僅適用於目標應用。例如，模數轉換器PCB規則不適用於RF PCB，反之亦然。

但是，某些準則對於任何PCB設計都可以視為通用的。在這裡，在本教程中，我們將介紹一些可以顯著改善PCB設計的基本問題和技巧。

電源和訊號分配

配電是任何電氣設計中的關鍵要素。您所有的元件都依靠力量來發揮其功能。根據您的設計，某些元件可能具有最佳的電源連線，而在同一塊板上的某些元件可能具有最差的電源連線。

例如，如果所有元件都由一條走線供電，則每個元件將觀察到不同的阻抗，從而導致多個接地參考。例如，如果您有兩個ADC電路，一個在開始，另一個在末尾，並且兩個ADC都讀取一個外部電壓，則每個類比電路將讀取相對於它們自己的不同電勢。

我們可以用3種可能的方式總結功率分佈：單點源，星形源和多點源。

單點電源

每個元件的電源和地線均彼此分開。所有元件的電源走線僅在單個參考點匯合。單點被認為是最適合功率的。但是，對於複雜或大型/中型專案，這是不可行的。

星源

星源可以看作是單點源的改進。由於其關鍵特性，它有所不同：元件之間的走線長度相同。星型連線通常用於帶有各種時鐘的複雜高速信號板。在高速訊號PCB中，訊號通常來自邊緣，然後到達中心。所有訊號都可以從中心傳到電路板的任何區域，並且區域之間的延遲最小。

多點源

在任何情況下都被認為是最差的。但是，它最容易在任何電路中使用。多點源可能會在元件之間以及公共阻抗耦合中產生參考差異。這種設計風格還允許高開關IC，時鐘和RF電路在共享連線的附近電路中引入噪聲。

當然，在我們的日常生活中，我們將無法總是擁有單一型別的分佈。我們可以取得的最佳折衷是將單點源與多點源混合在一起。你可以將模擬敏感裝置和高速/ RF系統放在一個點中，同時將所有其他不那麼敏感的外圍裝置都放在一個點中。

動力飛機

您是否想過是否應該使用電源飛機？答案是肯定的。電源板是傳遞功率並降低任何電路的噪聲的最佳方法之一。電源平面縮短了接地路徑，降低了電感，提高了電磁相容性（EMC）效能。還應歸功於，兩側的電源平面還會產生一個平行板去耦電容器，從而防止了噪聲傳播。

電源板還有一個明顯的優勢：由於面積較大，它允許更大的電流透過，從而增加了PCB的工作溫度範圍。

但請注意：電源層可改善工作溫度，但也必須考慮走線。跟蹤規則由IPC-2221和IPC-9592給出對於帶有RF源的PCB（或任何高速訊號應用），您必須具有完整的接地層以提高電路板的效能。訊號必須位於不同的平面上，並且使用兩層板幾乎不可能同時達到兩個要求。如果要設計天線或任何低複雜度的RF板，則可以使用兩層來實現。下圖顯示了您的PCB如何更好地使用這些平面的圖示。

在混合訊號設計中，製造商通常建議將模擬地與數字地分開。靈敏的類比電路很容易受到高速開關和訊號的影響。如果模擬和數字接地不同，則接地平面將分開。

但是，有如下缺點。我們應該注意主要是由接地平面的不連續性造成的分割地面的串擾和環路區域。下圖顯示了兩個分開的接地平面的示例。在左側，返回電流無法沿著訊號走線直接透過，因此會出現環路區域，而不會在右側環路區域進行設計。

電磁相容性和電磁干擾（EMI）

對於高頻設計（例如RF系統），EMI可能是一個很大的缺點。前面討論的接地層有助於減輕EMI，但是根據您的PCB，接地層可能會帶來其他問題。在具有四層或更多層的疊層板中，飛機的距離至關重要。當平面間電容小時，電場將在板上擴充套件。同時，兩個平面之間的阻抗減小，允許返回電流流到訊號平面。這將對穿過平面的任何高頻訊號產生EMI。

避免產生EMI的簡單解決方案是：防止高速訊號穿越多層。新增去耦電容器；並在訊號走線周圍放置接地過孔。下圖顯示了具有高頻訊號的良好PCB設計。