PCB设计中的通信和常识规则

像许多其他进入系统硬件的商品一样，印刷电路板（PCB）多年来发展迅速。自从大约1936年保罗·埃斯勒（Paul Eisler）发明这项发明以来，PCB已成为大多数电子组件的中枢神经系统。

在此过程中，PCB变得更加复杂，这很大程度上取决于它们所容纳的设备的性质。EDA行业主要是由不断增长的复杂性和自动化流程的需求所承担。

在相当长的一段时间内，电路设计师可以独立完成工作，然后将成品扔给PCB设计者。然后，该设计师将Gerber布局文件在扔给制造商。

随着大型球栅阵列（BGA）可编程设备，高密度互连（HDI）和对时序至关重要的差分对信号链路的普及，这种PCB设计方法现在已经成为走向灾难的路线图。不过，一些广泛的实践将有助于确保成功的设计而不会造成延误，费用和重新设计的繁琐性。

概念阶段

PCB设计的第一要素是概念阶段。此时，电路设计师可以并且应该与PCB设计师合作进行技术评估。该评估将考虑以下问题：

l使用哪些组件？

l它们将容纳在什么包装中，它们将具有哪些引脚数和引脚排列？

lPCB的层堆叠将由什么组成；即基于成本/性能折衷，它应该具有几层？

l参数的性能目标是什么，例如时钟频率和信令速度？

在此阶段，设计人员还必须考虑诸如电路板总线架构之类的元素，以及它是串行还是并行的。如果阻抗不匹配会引起反射，振铃和其他不良影响，他们还必须考虑其阻抗匹配策略。

沟通与交流

成功进行电路板设计的关键，就是沟通。如今PCB设计不再是单人工作，而是工程师团队之间的协作团队工作。

交流贯穿PCB设计过程。电路设计团队必须与PCB设计团队明确交流其设计意图。他们还必须清楚地了解其PCB设计工具可以实现和不能实现的功能。

电路设计人员对工具的功能和理解，将决定下游操作的工作是轻松还是艰难。

此外，由于电路板布线的复杂性不断提高和信令速率提高，与传统的串行流程相反，最好同时进行PCB设计。

部件的研究和选择通常与流程的其余部分相独立，同样的，方案捕获、模拟和布局阶段也要独立进行。

设计创建

在设计创建阶段，工程师将进入最终组件的选择和库的创建，这反过来又有利于原理图的创建。他们还将承担约束定义和采集的任务。

在这个阶段，设计师正在评估和选择构建模块，他们还将前往制造商的网站，搜索数据表和规格。解决此问题的一种更有利的方法是将零件选择直接转移到原理图采集过程中。通过以这种方式执行示意图采集，该过程可以用作各种实验画布。

在原理图采集中，设计人员必须能够快速添加，减去或更改组件，甚至整个设计拓扑，这一点很重要。例如，正在为手机开发速度滤波器的设计人员应在原理图采集期间通过试验各种电容或电感值来设置通带和其他滤波器参数。

在创建原理图时，PCB设计工具还会在后台为电路自动创建网表。该网表描述了电路组件如何互连以及下游放置和布线工具如何将它们用于电路板布局。

这时设计师将为诸如FPGA或其他可编程设备之类的所谓“大型组件”创建符号和封装。这也是捕获设计约束的时候，这是一个关键步骤，需要进行大量考虑，尤其是在下游流程方面。

现在，一切都受到PCB设计的限制，它过去仅限于制造问题。但是现在，当我们试图将电路板压入狭小空间同时仍使其可制造时，一切都受到了限制。

设计要求的确可能导致大量约束，但重要的是不要过度约束设计。最好是更依赖于仿真和分析，而不是仅仅限制设计。

在设计创建过程中，工程师需要注意信号完整性问题，这些问题会在后续过程中逐渐出现。信号的完整性要求在设计捕获阶段以及在电路板布局过程中都要加以解决，设计流程必须支持该过程。在设计过程中，你不能忽略阻抗不匹配的问题。

仿真是关键

一旦电路设计完成并确定了原理图，然后进行功能验证。这通常是通过使用仿真工具来完成的。同样，出于各种原因对电路进行全面的仿真。首先，它将为您很好地指示电路的行为。

人们对仿真存在误解，它并不是要取代物理原型设计，而是要消除原型设计中的迭代。这是因为模拟使设计师能够发现设计上的缺陷，而这些缺陷通常在原型设计之前是不会被发现的。

通过仿真，可以轻松地进行“假设”场景的实验。您可以试验各种设计拓扑和各种供应商的替代零件，以检查它们对电路性能的影响。

然而，与仿真一直存在的摩擦是模型的可用性及其有效性。当今所有常用的PCB设计套件都带有扩展的模型库，但有时可能没有显示给定的零件。但是，组件供应商越来越多地通过在其网站上使用Spice模型来弥补这方面的不足，因此，最好检查一下它们。

物理原型

仿真运行以解决性能问题后，下一步就是为物理原型设计电路。布局可确保电路按照设计规范执行。它还可以验证电路板轮廓是否与设计尺寸相匹配。在这里，您可以与机械工程师进行共同设计。

布局阶段是原理图定义的组件之间的互连的物理表现。该任务是由许多EDA供应商提供的布局布线工具执行的。所有这些工具为工作台带来了不同程度的自动化，但这是一把双刃剑。

设计人员需要判断何时使用手动布局以及何时使用自动布局。如果要放置关键组件，或者必须将连接器放置在电路板边缘附近，则无法使自动放置功能具有超越你的决定的能力。

希望在进行布局时可以考虑一些信号完整性问题。这是必须认真处理的阶段。一般的经验法则是，如果您的信号到达目的地的时间超过上升时间的三分之一，那么在那条路径上就存在潜在的信号完整性问题。

最终检查

将PCB投入生产之前的最后一个阶段是进行最终验证。必须检查信号完整性和定时，以确保信号按时到达并具有足够的质量。这是设计约束之间的冲突将揭示并进行权衡的关头。

最大的挑战之一就是试图将这些最终验证步骤移至设计过程的早期阶段。能够做到这一点的关键是具有更好的约束条件。如果在设计创建过程中指定约束条件的同时进行分析，那么约束条件将得到改善。

在此阶段，将最终对设计规范与其实际行为进行比较。仔细评估了物理原型的性能，以便可以很好地理解系统操作环境的影响并进行必要的修改。