怎樣設計出好的板子？PCB工程師必須要掌握這7個設計理念

板兒妹0517

PCB設計是一種逼格，也是一種藝術。雖然大部分工程師畫出來的板子都能用，但性能卻各不相同。那如何才能設計出好的板子呢？作為一名優秀的PCB設計工程師，你必須要掌握下面這些設計理念。

信號完整性（SI）

信號完整性（英語：Signal integrity，SI）是指信號在傳輸路徑上的質量，傳輸路徑可以是普通的金屬線，可以是光學器件，也可以是其他媒質。在短距離、低比特率的情況里，一個簡單的導體可以忠實地傳輸信號。而長距離、高比特率的信號如果通過幾種不同的導體，多種效應可以降低信號的可信度，這樣系統或設備不能正常工作。

隨著集成電路輸出開關速度提高以及PCB板密度增加，信號完整性已經成為高速數字PCB設計必須關心的問題之一。元器件和PCB板的參數、元器件在PCB板上的布局、高速信號的布線等因素，都會引起信號完整性問題，導致系統工作不穩定，甚至完全不工作。

信號完整性需要考慮的問題主要有振鈴（ringing）、串擾（crosstalk）、接地反彈、扭曲(skew)、信號損失和電源供應中的噪音。

電源完整性（PI）

電源完整性（Power integrity）簡稱PI，是確認電源來源及目的端的電壓及電流是否符合需求。電源完整性在現今的電子產品中相當重要。有幾個有關電源完整性的層面：芯片層面、芯片封裝層面、電路板層面及系統層面。其中，在電路板層面的電源完整性要達到以下三個需求：

√ 使芯片引腳的電壓漣波比規格要小一些（例如電壓和1V之間的誤差小于+/-50 mV）

√ 控制接地反彈（也稱為同步切換噪聲SSN、同步切換輸出SSO）

√ 降低電磁干擾（EMI）并且維持電磁兼容性（EMC）：電源分布網絡（PDN）是電路板上最大型的導體，因此也是最容易發射及接收噪聲的天線。

時序完整性（Timing integrity）

時序問題

系統中數據的提取通常是由時鐘信號的上升沿或下降沿觸發，按照一定的節拍進行，數據應該及時到達接收端并進入穩態。數據的超時延時和數據的信號畸變都會造成數據的讀取錯誤。接收端信號由于出現嚴重的振鈴現象，部分進入非穩定狀態，會使數據不能被可靠地提取，造成誤碼問題。

時序分析基本概念

傳輸時間：指信號在傳輸線上的傳播延時，與線長和信號傳播速度有關。

飛行時間（Flight Time）：指信號從驅動端傳輸到接收端，并達到一定的電平之間的延時，和傳輸延遲和上升時間有關。

Tco：指器件的輸入時鐘邊緣觸發有效到輸出信號有效的時間差，這是信號在器件內部的所有延遲總和。

建立時間：指的是接收端能夠正確地鎖存數據，在時鐘邊沿來導之前應該保持穩定的最小時間，它表示數據有效必須先于時鐘有效的最小時間。

保持時間：為了成功的鎖存一個信號到接收端，器件必須要求數據信號在被時鐘沿觸發后繼續保持一段時間，以確保數據被正確的操作。這個最小的時間就是我們說的保持時間。

時鐘抖動（Jitter）：時鐘抖動是指時鐘觸發沿的隨機誤差，時鐘抖動通常指時鐘周期在周期與周期之間的變化。這個誤差是由時鐘發生器內部產生的，和后期布線沒有關系。

時鐘偏移（Skew）：是指由同樣的時鐘產生的多個子時鐘信號之間的延時差異。

采樣窗口：指我們通過示波器觀察到的信號的波形。

電磁兼容性（EMC）

電磁兼容性（EMC，即Electromagnetic Compatibility）是指設備或系統在其電磁環境中符合要求運行并不對其環境中的任何設備產生無法忍受的電磁騷擾的能力。因此，EMC包括兩個方面的要求：一方面是指設備在正常運行過程中對所在環境產生的電磁騷擾(Electromagnetic Disturbance)不能超過一定的限值；另一方面是指設備對所在環境中存在的電磁騷擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性(Electromagnetic Susceptibility，即EMS)。

可測試性（DFT）

產品設計的可測試性(De sign For Testability. OFT) 也是產品可制造性的主要內容從生產角度考慮也是設計的工藝性之一。它是指在設計時考慮產品性能能夠檢測的難易程度，也就是說設計產品時應考慮如何以最簡單的方法對產品的性能和加工質量進行檢測，或者產品的設計盡量能使產品容易按規定的方法對其性能和質量進行檢測。尤其是電子產品的設計，對產品的性能測試是必不可少的。DFT 好的產品設計，可以簡化生產過程中檢驗和產品最終檢測的準備工作，提高測試效率、減少測試費用，并且容易發現產品的缺陷和故障，進而保證產品的質量穩定性和可靠性。

可制造性（DFM）

產品的可制造性從廣義上講，包括了產品的制造、測試、返工、維修等產品形成全過程的可行性。狹義上講就是指產品制造的可行性。

針對PCB可制造性設計可以從以下兩個方面考慮：

1. PCB的可制造性(DFM= Design for Manufacture)

2. PCB的貼裝和組裝的可制造性。(DFA= Designfor Assembly)

可制造性設計（DFM）是保證PCB設計質量的最有效的方法。DFM就是從產品開發設計時起，就考慮到可制造性和可測試性，使設計和制造之間緊密聯系，實現從設計到制造一次成功的目的。

DFM具有縮短開發周期、降低成本、提高產品質量等優點,是企業產品取得成功的途徑。

可靠性（Reliability）

可靠性，英文為Reliability，從字面意思很容易理解，我們一般說“可靠的”，是指“可信賴的”，可靠性即可靠的性質和程度，就是指產品在使用時用戶是否可以信賴它，它可以正常、準確、穩定地發揮其功能和性能的能力和程度有多高。

集成電路的可靠性可以分為可靠性設計、可靠性測試，都已經積累了很豐富的經驗和技術規范。

在PCB設計工作中，我們需要掌握這些正確的設計理念，然后將它們正確的應用到工程設計中去，轉化成真正的產品。

（圖文整理自網絡）

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