電路設計 - 什麼是PCB設計？

電路板是指使用電子設計自動化軟件（EDA）來設計電路板，並設計印刷電路板（PCB）的佈局和電路連接。 PCB設計主要是指佈局設計，需要考慮外部連接的佈局。 電路板是電子產品的重要組成部分，可以通過電線連接電子元件和傳輸訊號。

如何設計PCB？

設計需要在不同階段進行不同的點設定，在佈局階段可以使用大網格點進行設備佈局； 對於IC和非定位連接器等大型設備，可以選擇50-100密耳的網格精度進行佈局，而對於電阻器、電容器和電感器等無源小型設備，可以使用25密耳的栅格精度進行佈局。 大網格點的精度有利於設備對齊和佈局美學。

1.PCB佈局規則

1）一般來說，所有組件應佈置在電路板的同一側。 只有當頂層組件過於密集時，一些高度受限和低發熱的器件，如晶片電阻器、晶片電容器和晶片IC，才能放置在底層。

2）在保證電力效能的前提下，組件應放置在網格上，相互平行或垂直排列，整齊美觀。 一般來說，組件不允許重疊； 組件的佈置應緊湊，組件應在整個佈局中均勻分佈和密集分佈。

3）電路板上不同組件的相鄰焊盤圖案之間的最小間距應至少為1MM。

4）與電路板邊緣的距離一般不小於2mm。電路板的最佳形狀是矩形，縱橫比為3:2或4:3。 當電路板的尺寸大於200mm×150mm時，應考慮電路板能够承受的機械強度。

2.PCB佈局技巧

在pcb設計的佈局中，有必要分析電路板的各個單元，並根據它們的功能進行佈局設計。 在佈置電路的所有組件時，應遵循以下原則：

1）根據電路流程安排每個功能電路單元的位置，使佈局便於訊號流動，並盡可能保持訊號的方向一致。

2）以每個功能單元的覈心組件為中心進行佈局。 元件應均勻、整體、緊湊地佈置在PCB上，盡可能减少和縮短每個元件之間的引線和連接。

3）對於在高頻下工作的電路，應考慮組件之間的分佈參數。 通常，電路應盡可能與組件並聯佈置，這不僅美觀，而且易於組裝和焊接，便於大規模生產。

3.PCB設計步驟

佈局設計

在PCB中，特殊元件是指高頻部分的關鍵元件、電路中的覈心元件、易受干擾的元件、高電壓元件、高發熱元件和一些异性元件。 這些特殊元件的位置需要仔細分析，帶狀物的佈局應滿足電路功能和生產需求的要求。 它們的放置不當可能會導致電路相容性問題和信號完整性問題，從而導致PCB設計失敗。

在設計如何放置特殊元件時，首先要考慮的是PCB的尺寸。 快手指出，當PCB尺寸太大時，印刷線長，阻抗新增，抗乾燥能力降低，成本也新增； 當它太小時，散熱性差，相鄰的線路容易受到干擾。 在確定PCB的尺寸後，確定特殊元件的方形位置。 最後，根據功能單元佈局電路的所有組件。

特殊部件的位置在佈置時一般應遵循以下原則：

1）儘量縮短高頻元件之間的連接，儘量減少它們的分佈參數和相互之間的電磁干擾。 易受干擾的組件不應過於靠近，輸入和輸出應盡可能遠離。

2）某些組件或電線可能存在高電位差，應新增它們的距離，以避免放電引起的意外短路。高壓組件應盡可能遠離。

3）重量超過15G的組件可以用支架固定，然後焊接。 那些又重又熱的元件不應該放在電路板上，而應該放在主箱的底板上，並且應該考慮散熱問題。 熱敏元件應遠離加熱元件。

4）對於電位器、可調電感線圈、可變電容器、微動開關等可調組件的佈局，應考慮整個電路板的結構要求。 如果結構允許，一些常用的開關應放置在易於用手觸及的地方。 組件的佈局應平衡，密度適當，不應頭重腳輕。

放置順序

1）放置與結構緊密匹配的組件，如電源插座、指示燈、開關、連接器等。

2）放置特殊組件，如大型組件、重型組件、加熱組件、變壓器、IC等。

3）放置小部件。

佈局檢查

1）電路板尺寸是否符合圖紙要求的加工尺寸？

2）組件的佈局是否平衡、排列整齊、佈局充分？

3）各級是否存在衝突。 需要絲網印刷的組件、框架和層是否合理？

4）常用的組件是否便於使用？ 如開關、插入設備的挿件板、需要經常更換的組件等。

5）熱敏元件和加熱元件之間的距離是否合理？

6）散熱好嗎？

7）是否需要考慮線路的干擾問題？

PCB設計中的常見問題

1.尺寸不匹配

一個常見的問題是尺寸不匹配，這在PCB設計中尤為重要，因為它與PCB與其他組件的連接有關。 如果尺寸不準確，可能會導致焊接困難、連接失敗等情况，這將嚴重影響PCB的效能和可靠性。

2.設計規範問題

設計不符合電力或機械規範也是一個常見問題。 設計師需要確保所有設計元素（如焊盤、孔、對齊寬度和間距）符合IPC標準，以避免後續的連接和電力效能問題。

3.訊號和電源完整性問題

訊號和電源完整性問題經常間歇性出現，很難識別。 最好的方法是找到問題的根本原因，並在設計過程中加以解决，而不是在以後的階段試圖解决問題，這可能會導致生產延誤。

4.不需要的連接和層設計錯誤

某些圖形層上不必要的連接可能會導致誤解，特別是在設計多層板時。 有時，最初為四層設計的電路板被錯誤地設計為五層或更多層，從而導致設計錯誤。

5.孔和襯墊問題

設計中孔的内容選擇不當，例如選擇盲埋孔而不是通孔，這將導致無法生成鑽孔檔案，在最壞的情况下，會錯過鑽孔，從而影響PCB製造過程。 此外，孔上設計不良的SMD焊盤也可能導致連接不良問題。

6.資料選擇問題

選擇不合適的資料也是設計中的一個常見問題，這可能會導致機械和電力效能不合格。 確保資料選擇適當以滿足特定的設計要求是確保PCB質量的重要一步。

7.設計和佈線檢查

設計和佈線之間的比較差异是導致PCB設計最後階段出現重大錯誤的因素之一。 囙此，需要反復檢查器件尺寸、過孔質量、焊盤尺寸等。 這可以大大减少潜在的錯誤，提高最終產品的可靠性。

PCB設計是連接電子元件的基礎，是實現電子系統功能的關鍵。 如果PCB設計不合理，整個電子系統的功能將受到影響。 它還可以幫助我們更好地控制電子元件的參數，如電源、訊號和電源。 它還可以幫助我們更好地控制電子產品的質量，從而提高產品的可靠性和安全性。