初学者指南：设计和布局PCB时应考虑的事项

为避免日后浪费时间或降低成本，您必须谨慎设计PCB设计和布局。功能和可靠性问题很容易在早期阶段引起，并拖延整个项目/设备。这一部分旨在帮助您使项目按预期工作。

基于PCB的设备的核心旨在解决问题。电子系统生成电压波形。这些波形包含信息，电路随后将这些信息用于执行任务。创建设备背后的想法涉及使用波形成功完成任务，而不会受到噪声或信号的干扰。了解基础知识会有所帮助-但您需要做更多工作以确保电路成功。PCB设计错误可能会引起很多麻烦。

几乎每个电子设备都由印刷电路板组成。设计PCB时需要考虑许多不同的元素，尤其是在性能是关键因素时。有关PCB的常见问题包括您对设计的期望，通孔类型和电容。在设计高速或复杂的PCB时，这三个问题的重要性被放大。这将是一些较常见问题的初学者指南。

进行可行的设计

印刷电路板由许多不同的零件和设备组成。一个共同的主题是这些部分并不完美。即使在完全相同的最终产品中，从输入到输出也存在延迟。电线或传输线的每一端都存在时间延迟。配电系统固有地具有损害性能的缺陷。电容器具有寄生电容，将在后面进行讨论。这些问题使电路设计变得复杂。需要将这些误差范围最小化，以使设计完全发挥预期的作用。了解造成这些变化的原因意味着，总体上出错的可能性将降低。在设计的初始阶段，请牢记所有这些。

铜迹线的定径

铜迹线的电阻水平不同，取决于电阻率乘以长度除以厚度乘以宽度所得的结果。改变设计的最佳方法是着眼于调整迹线大小，因为其他方面是不可控制的。您可以通过更改长度，厚度和宽度来实现。

循环大小

电路板上的所有环路应尽可能小。这样可以使电感和电阻保持较低。这样可以减少可能发生的噪声或高频电压尖峰。

将数字迹线和噪声迹线与模拟迹线分开

噪声和高频走线必须与模拟走线分开。将它们保持在一起可以将它们的信号组合在一起。

材料清单

这对于在流程的早期产生至关重要。电路中的组件应基于对工作电压，公差和电气上令人满意的组件的分析来选择。还需要考虑较少的技术要素，例如可用性，预算和规模。确保在创建物料清单时了解制造商如何处理零件。例如，PCB Train可容纳1000多个完全免费的不同零件。请记住，难以采购的零件可能会很昂贵或耗时，并且可能会延迟组装。通过说明制造商的名称和零件号在BOM表中指定组件。

通孔类型

通孔提供从一层到另一层的电气通路-它们是在PCB上钻孔的孔。它们可以从一层更改为下一层-或通过通孔或表面安装技术用作组件引脚。然后在相关孔上镀铜以提供必要的连接。从根本上讲，共有三种类型的过孔：通孔过孔，盲孔和埋孔。

通孔过孔

最常见的通孔类型是通孔通孔。它们通常是通过机械钻孔和电镀来创建的。对于这种通孔，需要考虑长度与直径的比率。这也称为纵横比。大批量生产的长宽比应低于6：1。如有必要，高性能PCB可以扩展为8：1。10：1是绝对限制，需要特殊的过程控制。

盲孔

位于PCB一侧但未一直贯穿到另一侧的过孔称为盲孔。它们也称为微通孔-定义为直径小于8密耳的通孔，无论其是否通过PCB。创建盲孔的主要方法有四种。控制深度钻孔，激光钻孔，顺序层压和照片成像。如果将非常精确的钻孔机编程为仅通过PCB进行部分钻孔，则称为受控深度钻孔。当然，此方法依赖于通孔下方没有导体的区域，以提供钻头过冲的公差。激光钻孔涉及使用高功率激光束钻孔，以先穿过铜，再穿过电介质的第一层。然后，它停在铜焊盘上，该铜焊盘用作到第二层的连接。然后，这需要使用垫来阻止激光束。光束必须足够强以去除所有树脂和玻璃，但不足以去除内层垫。这使得该技术相当复杂。通过使用类似掩模的光敏材料，可以使成像的通孔成型。面板需要经过内部n-1层的常规层压工艺，包括在其上刻蚀的迹线。然后将其暴露并显影，以形成形成盲孔的开口。然后用CO2激光（不会切穿铜线）将孔向下打到掩埋层。然后将外层镀铜以使其与内层垫接触。这是一个复杂的过程，但可用于在PCB上批量形成盲孔。大多数HDI激光钻孔电路都是使用CO2激光钻孔的。

使用紫外线激光

但是，对于小批量的PCB制造，UV激光器是合适的。UV激光打孔的速度比CO2激光慢，但是通过烧蚀可以切割铜，玻璃和树脂，并且可以通过控制光束的焦点来高度控制切割深度。此方法仅适用于直径最大为200微米，深度为200微米的孔，因此非常适用于微孔。

顺序盲孔

通过仅从第一层和第二层形成双面PCB来创建顺序盲孔。像层压两层一样，钻，镀和蚀刻该薄层层压板。然后将其与所有其他内部层组合在一起。然后像对任何多层PCB一样进行层压，钻孔和电镀。但是，这是一个微妙而昂贵的过程。

埋孔

埋入的通孔位于至少两个内层之间，但未到达任何层的表面。这些过程与顺序盲孔非常相似。结果，带有掩埋通孔的PCB成本更高。请注意，由于成本高，这些通孔不经常用于商业应用。

电容

印刷电路板可能对您来说很熟悉-它们的布局对于电路的正确运行至关重要。对于新来者和对此主题感到有些生锈的人，有许多方面需要考虑。电路性能的关键是电容。我们希望通过向您展示方法和原因来使您拥有这篇文章的能力，以便您充分了解它以做出自己的决定。通常，寄生虫或寄生虫会损害您的电路-对于高速电路尤其如此。在这些情况下，变化会更容易引起不稳定和振荡。通常的原因是电源和信号走线之间的间距差。但是，需要考虑它们的程度确实取决于单个电路。

什么是电容

电容定义为一组导电结构的属性，当它们之间存在电压差时，这些电荷会导致电荷存储在它们之间。以早期研究电磁效应的人迈克尔·法拉第（Michael Faraday）的名字命名-电容的基本单位是法拉。它的定义是电容器的电容，其中一个库仑电荷在其端子之间产生一伏的电位差。必须对存在于传输线或导线与周围结构（可能是PCB的平面）之间的电容进行充电，以将传输线上的电压从逻辑零更改为逻辑一。电磁波可以做到这一点。然后，这种“寄生”电容会阻止传输线信号电压的变化。

值得注意的是，随着时间的流逝，电流实际上会提高电容器两端的电压。如果电容器较大，则随时间流过的电流或提高端子电压所需的电荷也会更高。如果电路的寄生电容很大，则执行给定的逻辑运算将需要更多的功率。对于给定的功耗，提高逻辑电路速度的主要方法是减小电路每个元件的寄生电容。越来越小的IC晶体管和导线使其成为可能。

实际传输线上存在的寄生元件的相对电容可以皮法拉法或纳米法拉来测量。影响最大的地方是为了改变逻辑状态而必须充电和放电的传输线上。可以在电容器两端施加正弦波，以表现出对通过它的低电流的阻抗，因此可以对其进行计算。

警惕寄生

寄生元件的阻抗取决于频率。在低频下，在电磁场部分中存在的任何寄生电容都没有可检测到的影响，可以忽略不计。结果，只要频率低，它们对性能几乎没有影响。当频率接近GHz时，来自诸如镀通孔，示波器探头之类的结构的寄生电容以及每个负载的输入电容会对信号质量产生显着影响。通常出现在信号路径中的寄生电容元件具有可检测到的低阻抗，并且会对信号产生不利影响。

电容最佳实践

电容可以以有益的方式使用。这些方式中的两种被称为电荷存储设备，通常称为去耦电容器或旁路电容器。耦合电容器还可用于在阻止直流信号的同时传递交流信号。电容的另一个有益用途是将一个DC电压转换为另一个DC电压时以存储电荷的形式作为开关电源的一部分。当电容器的电抗刚好等于电感的电抗时，这被称为低阻抗。当达到频率Fr（网络的自谐振频率）时，两个电抗分量会相互抵消。超过该频率，阻抗会回升。这是由于寄生电感引起的–这使电容器的行为更像电感器而不是电容器。

选择PCB供应商

此过程的关键部分在于选择能够提供PCB中使用的原型和生产数量的PCB的PCB供应商或制造商。制造是一个非常复杂的过程，需要高水平的技能。该过程的重要部分是查看整体情况。初次使用的客户经常根据PCB的价格进行选择。必须考虑的其他领域是测试，维修，更换（如有必要）和其他杂项费用。制造商必须考虑将失败的原型和生产PCB降至最低的想法。确保查看测试策略以及关于所选公司的所有内容。幸运的是，一旦找到了好的产品，就可以放心使用，因为您可以再次使用它们。