PCB设计注意事项

从开发的电路图中，可以通过导出 Gerber/drill 文件来执行仿真和设计 PCB。无论设计如何，工程师都需要准确了解电路（和电子元件）应如何布置以及它们将如何工作。对于 EE 来说，为 PCB 设计找到合适的软件工具可能是一项艰巨的任务。适用于一个 PCB 项目的软件工具可能不太适合其他项目。EE 希望电路板设计工具直观、包含有用的功能、足够稳定以限制风险，并拥有一个强大的库，使其适用于多个项目。

硬件问题

对于针对物联网的项目，其中集成是性能和可靠性的核心，PCB 内导电和非导电材料的集成要求物联网设计人员研究设计的各个电气和机械方面之间的相互作用。特别是，随着元件尺寸的不断缩小，PCB 上的电加热变得越来越重要。与此同时，功能需求也在增加。为了实现所设计的基于性能的性能，温度响应、电路板上的电气元件行为和整体热管理对系统的功能和可靠性至关重要。

必须隔离 PCB 以确保保护。通过保护放置在电路板上的铜迹线以创建电子系统来防止短路。FR-4 比合成树脂粘合纸（SRBP、FR-1、FR-2）等低成本替代品更适合作为基材材料，因为它具有物理/机械特性，尤其是在高频下保留数据的能力，其耐热性高，并且比其他材料吸收更少的水。FR-4广泛用于高端建筑以及工业和军事设备。它与超高绝缘（超高真空或 UHV）兼容。

但 FR-4 作为 PCB 基板面临许多限制，这些限制源于生产中使用的化学处理。特别是，该材料容易形成夹杂物（气泡）和条纹（纵向气泡），以及玻璃织物的变形。这些缺陷会导致介电强度不一致并损害 PCB 走线性能。新型环氧玻璃材料解决了这些问题。

其他常用的材料是聚酰亚胺/玻璃纤维，它支持更高的温度并且更坚硬，以及 KAPTON，它灵活、轻便，适用于显示器和键盘等应用。选择介电材料（基板）时要考虑的因素包括热膨胀系数 (CTE)、玻璃化转变温度 (Tg)、热导率和机械刚度。

军用/航空航天 PCB 需要特殊的设计考虑，基于布局规范和 100% 的可测试设计 (DFT) 覆盖率。MIL-STD-883 标准建立了测试适用于军事和航空航天系统的微电子设备的方法和程序，包括机械和电气测试、制造和培训程序以及其他控制，以确保整个系统的质量和可靠性水平一致。此类设备的各种应用。

汽车系统的电子设备设计除了满足各种标准外，还必须遵循一系列规则，例如封装集成电路的 AEC-Q100 机械和电子测试。串扰效应会妨碍车辆安全。为了最大限度地减少这些影响，PCB 设计人员必须在信号线和电源线之间施加最小距离。软件工具有助于设计和标准化，自动突出需要进一步修改以满足干扰限制和散热条件的设计方面，以避免损害系统运行。

图 1：Altium Designer（图片：Altium）

来自电路本身的干扰并不是对信号质量的唯一威胁。汽车中的 PCB 受到噪音的轰炸，噪音以复杂的方式与车身相互作用，在电路中感应出不需要的电流。由汽车点火系统引起的电压峰值和波动可能会使组件远远超出其加工公差。

软件问题

当今的 PCB 布局工具必须具有多种功能组合才能满足设计人员的要求。选择正确的布局工具应该是 PCB 设计考虑的最前沿，绝不能忽视。Mentor Graphics、OrCAD Systems 和 Altium 提供的产品是当今最流行的 PCB 布局工具。

Altium Designer 是当今市场上最受欢迎的高端 PCB 设计软件包之一。具有自动布线功能，支持走线长度调整和 3D 建模。Altium Designer 包括用于所有电路设计任务的工具，从原理图捕获到 HDL 和电路仿真、信号分析、PCB 设计和 FPGA 嵌入式开发（图 1）。

Mentor Graphics 的 PCB 布局平台解决了当今系统设计人员面临的主要挑战：准确、面向性能和重用的嵌套规划；密集和复杂拓扑的有效路由；和机电优化。该平台的一个关键功能和行业的一项关键创新是 Sketch Router，它为设计人员提供了对自动/辅助开卷过程的完整和交互式控制，产生与手动开卷相同的质量结果，但时间要少得多.

图 2：OrCAD PCB 编辑器（图片：Cadence）

OrCAD PCB Editor 是为任何技术级别的电路板设计开发的交互式环境，从最简单到最复杂。由于对 Cadence Allegro PCB Designer 的 PCB 解决方案具有真正的可扩展性，OrCAD PCB 编辑器支持设计团队的技术发展，能够管理最先进的约束（高速、信号完整性等），同时保持相同的图形界面和文件格式（图 2）。

Gerber 文件

行业标准的 Gerber 文件格式用于交流 PCB 生产的设计信息。在许多方面，Gerber 类似于电子产品的 PDF。它只是一种用混合机器控制语言编写的小文件格式。这些文件由断路器软件生成并发送给PCB制造商以上传到CAM软件。

将电子系统安全地集成到车辆和其他复杂系统中对硬件和软件都提出了重要的考虑。工程师的目标是最大限度地减少设计迭代次数和开发时间，这对设计人员实施工作流程具有显着优势。

审核编辑：刘清