判断印刷电路板PCB设计质量的7种方法

在PCB布局过程中，有很多的走线，有些线路中的信号可能是低电平、低噪声的信号，英锐恩单片机开发工程师介绍，这中情况下，必须将其从纷乱的PCB走线中移开，以免产生噪声。有时候这些走线可能是快速的数据或时钟信号，它们从芯片上分出许多引脚，为了让走线的长度对应匹配，并保持较短的距离，这样可以避免延迟不匹配现象。

如果没有正确设计这些走线，则某些PCB可能没什么大问题，而某些PCB可能直接不能运行，这取决于用于填充每个PCB的组件的特性和公差。说人话就是，即使PCB按照原理图实现了所有电子组件的互连，最终产品也可能无法按预期工作。

那么，如何判断印刷电路板（PCB）的设计质量呢？

一、PCB走线

总体看一下PCB上的可见迹线。这些将被阻焊剂覆盖，阻焊剂是聚合物的类似漆的薄层，覆盖铜迹线以防止氧化和短路。该层通常为绿色，但也可以使用其他颜色。请注意，白色阻焊层往往会使痕迹最难看见。在大多数情况下，只需使用标准绿色即可。

另外，实际上只有顶层和底层是可见的，并且如果板子有两层以上，您将看不到内部层。尽管如此，仅审查外部层仍应提供一些有关设计质量的线索。

首先，查看所有迹线是否都在没有急剧弯曲的直线段中延伸。锐角对于某些高功率和高频走线可能很麻烦。与其尝试确定哪些迹线可以接受90°弯曲，不如简单地避免它们。无论如何，可以利用大多数CAD PCB布局软件包来避免此问题。

请注意，还有一些例外。有些印刷电感器是方形的同心螺旋形，有些印刷天线具有急剧的弯曲的特征。但是，这两个都易于识别。

二、去耦电容器

所有芯片需要电源才能正常工作，但是当发生什么电源一段距离从芯片需要电源了吗？在这些情况下，必须通过PCB走线（虽然通常通过内层的PCB电源板）为芯片供电。

去耦电容器的位置非常靠近芯片的电源引脚，以滤除任何高频噪声，这样做是为了避免对芯片产生负面影响。通常，如果一个芯片具有多个VDD引脚，则每个这样的引脚都需要至少一个去耦电容，有时还需要更多。

这些去耦电容器的物理位置应非常靠近它们应该去耦的引脚。如果这没有发生，则其效果将大大降低。如果您的PCB设计在大多数微芯片的电源引脚旁边没有放置去耦电容器，那么这说明设计不正确。

三、PCB走线的长度均衡

在要求多个信号之间具有精确定时关系的设计中，PCB迹线的长度必须匹配。例如，在将高速时钟信号路由到多个芯片或在微处理器和RAM存储器之间运行的数据和地址总线时，这一点很重要。

这样可以确保所有信号以相同的延迟到达目的地，从而保留了信号沿之间的关系。这需要查看原理图，并知道哪一组信号线需要精确的时序关系。

然后，按照走线查看是否已实现某种走线长度均衡（称为延迟线）。这些延迟线通常看起来像弯曲的线，如下图1所示：

请注意，信号路径中的过孔会导致额外的延迟。如果无法避免这些问题，请检查所有需要精确时序关系的走线，并确保它们具有相同数量的通孔。或者，您可以使用延迟线来补偿通孔引起的延迟。

四、天线馈线

如果您的设计包括无线电发射器，接收器或收发器（发射器和接收器组合在一起），则它必须具有天线。为了获得最佳性能，RF芯片上射频（RF）引脚之间的馈线应与与其相连的馈线阻抗匹配。反过来，该馈线必须匹配天线的阻抗。

为了使天线和无线电芯片之间的功率传输最大化，此阻抗匹配是必需的。任何不匹配都会导致实际传输功率的减小，从而减小工作范围。该馈线只是具有受控阻抗的PCB走线，该阻抗与天线阻抗（通常为50Ω）匹配。

如果发射机的输出阻抗与馈线的阻抗不匹配，则通常采用由电感器和电容器组成的匹配网络。为了实现受控阻抗，馈线是PCB走线，其计算出的宽度在接地层上延伸。该走线的宽度取决于铜走线的厚度，PCB基板的厚度和介电常数。

如果天线是PCB天线，则应位于PCB的一侧，没有任何接地平面。应该清除任何其他痕迹，并远离任何大型组件。天线周围的丝印标记通常没啥问题，但是铜制标记（例如PCB编号或公司名称）会使天线失谐。

五、组件放置

除了放置去耦电容器外，在电路板上放置元件还有其他一些注意事项：

如果电路中包含电感器，则不应将它们放置得太近。电感产生磁场。将它们紧密地放置在一起，尤其是首尾相连可能会导致它们之间不必要的耦合。

此外，电感器不应放置在大型金属物体附近。磁场会在这些物体中感应出电流，这会改变电感器的值。

环形或甜甜圈形的电感器通常不易产生杂散磁场，因此其影响就不再那么重要了。如果无法避免将电感器靠近放置，则应将它们彼此垂直放置，以减少不必要的相互耦合。

如果该板包含功率电阻器或任何会产生大量热量的组件，则需要考虑热量对附近其他组件的影响。例如，如果电路中包含用于补偿环境温度影响的热敏电阻，则不应将其靠近任何功率电阻放置。温度补偿电容器也是如此。

如果电路包含板载开关稳压器，则与之相关的所有组件都应物理定位在PCB的一部分上，并尽可能远离处理小信号的部分。这些往往会产生明显的开关噪声，可能会对敏感电路部分产生负面影响。

如果PCB直接在电源部分上直接施加了交流电源，则交流侧应位于电路板的一部分上。

此外，PCB本身应具有物理屏障，以将AC与板的其余部分分隔开。通常，这是通过在PCB中有一个将两个部分分开的插槽来实现的。

六、迹线宽度和布线

携带大电流的走线应适当调整大小。下图2所示为不同额定电流的推荐走线宽度：

由于噪声拾取问题，携带小模拟信号的走线不应与携带数字或快速变化信号的走线平行。另外，一般来说，连接电感的走线不应超过所需宽度。它们可能像天线一样工作，并产生有害的射频发射。

七、地面和平面

对于任何中等复杂的PCB，最好至少使用四层板，两层内层为电源和接地层。

如果设计同时包含模拟和数字部分，则应将接地层分开，并且仅在公共点（通常电源负极）处连接。这样可以避免来自数字部分的大接地电流尖峰对模拟部分产生不利影响。

如果仅使用两层，则每个子电路接地回路走线应分开，然后将所有这些子路连接到电源负极端子。如下图3所示，使任何子部分或IC的接地回路进入公共接地回路路径，再返回到电源负极，这是一个糟糕的设计。

这里的问题是PCB铜走线确实具有一定的电阻。因此，流经走线的电流将导致电压下降。在上面的示例中，走线最右端的芯片将看到其接地参考电压高于实际接地参考电压。此外，它的接地将根据图中左侧所有芯片的返回电流而反弹。

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