PCB设计过程解析

1.PCB布局、布线设计条件

随着高密度单芯片、高密度连接器、微孔内建技术及3D板在PCB设计中的应用，PCB的布局、布线已经越来越一体化了，并在设计过程中应用得越来越广泛。现在自动布局、自动布线的软件技术已高度一体化。利用这类软件能在较短时间内设计出品质优良的具有抗电磁辐射、抑制射频干扰的PCB。采用自由布线的方式，可在有效的面积和很小的空间内“吞并”所有的高密度器件和连线。

PCB的组件布局和接线连接方法的正确与否，是决定电子设备性能质量的首要问题。一个电子设备的原理图、一种类型的电子元器件，在不同的PCB设计中，其结果相差甚远，严重的甚至不能运行。因此应把PCB的组件布局、走线方式和工艺结构这三大要素综合起来考虑，使生产安装、调试检修、产品质量都得到最佳效果。

获得最佳效果没有统一模式，只有设计PCB的一般原则，必须在一般原则指导下精心设计。设计出良好的电路设备，设计出可靠的PCB地总线，具有很强的抗干扰能力，具有相当高的绝缘强度和耐高压冲击能力，这是设计PCB的总体要求。各种电路有各种不同的要求。在设计模拟电路时，由于有放大电路存在，PCB布线不允许产生噪声信号而引起输出信号失真；在设计数字电路时，由于TTL噪声容阻的制约，要求PCB具有较强的抗干扰能力。总之，电路不一样，对PCB的要求也不一样。目前，许多生产厂商和研发机构都是采用人工手动布线，极为耗时，又不合时宜。现在要求自动布线的人越来越多，以快速响应市场对产品的新要求。

2.PCB设计的可行性

所有的电子设备对电磁兼容性（EMC）、电磁干扰（EMI）、串扰、信号延迟的要求越来越严格。几年前，一般要求电路板有60对差分布线就不错了，而现在则要求有600对差分布线。在比较短的时间内依赖手动布线实现600对差分布线是不可能完成的，因此，自动布线软件对于高密度元器件在极小空间内布局极细的连线是非要不可了。

（1）自由角度布线的可行性

随着单片集成控制芯片的功能越来越多，芯片引脚的数目也不断增加，但芯片的尺寸并未增加，这样引脚间的距离越来越小了，由此使绝缘阻抗受到了限制，布线的线宽更细了。电子元器件的体积越来越小，这意味着布线的空间面积也要缩小。(www.xing528.com)

当代电子工业飞速发展，电子元器件集成化程度越来越高，引脚交错繁多，即使采用45°布线工具也无法进行自动布线，这是因为不能最大程度地提高布线密度。运用Pull Tight绘图软件，可使焊盘在布线后自动缩小，降低在电路板上所占用的面积，缩小线径，以适应空间大小的需要，有助于避免串音干扰的产生。

（2）高密度元器件布线的可行性

最新的高密度系统芯片采用BGA或COB封装，引脚距离日益减小，使得封装器件信号线不可能采用传统工具软件来进行布线。对于这种高密度元器件，可通过球下面的孔将信号线从下层引出；对细小的导线线条进行自由角度转换，自由角度布线在球栅阵列中找出一条引线通道。对于这种高密度元器件，只有采用宽度和极小空间相适配的布线方式，才是一种可行的方法，只有这样才能绘制出较高质量的PCB。

自由转换的布线方法可以减少布线层数，这就是说可以增加一些接地层和电源层来提高产品的EMC和信号输入、输出的能力。一台性能优良的电子设备，除了选用质量高的元器件外，PCB的组件布局和电路走向以及正确的结构设计也是决定电子设备可靠性的关键性因素。对于同一个电子电路和相同的电路参数，由于元器件的布局设计和走线方式的不同，就会产生不同的结果，差异是很大的。因此，要把正确设计PCB元器件布局结构和正确选取布线方法以及整体电子设备的制造工艺结构3个方面联合起来进行设计。合理的工艺结构可消除因布线不当而产生的噪声干扰，同时也便于生产、安装、调试与检修。

在进行PCB设计时，必须遵守PCB设计的一般原则，并符合抗干扰的要求。要使电子电路获得最佳的电气技术性能，元器件的布局及电路的布设是非常重要的。每一种电子设备的结构必须根据具体要求、技术指标、电气性能、结构特点、面板布局等，采取相应的设计方案，并对几种可行方案进行比较、选择、反复修改。

例如，模拟电路和数字电路的元器件的布局和布线方法有所不同，尤其是印制电路板的电源线、地线的布线有许多不同的形式。在设计模拟电路时，由于存在有模拟信号放大环节，如果布线不当，会产生线间振荡，出现噪声信号；在数字电路板设计中，由于TTL的噪声容限的存在，PCB应具有较强的抗干扰能力，对信号线的屏蔽方式可以适当放松、少加考虑。设计良好的电源线和地线，合理地选择电子元器件，是所有电子设备可靠工作的保证，是抗干扰、抑制噪声的有效手段。