PCB設(shè)計(jì)是硬件工程師的必備技能之一。現(xiàn)在，工程師常常面臨的局面是產(chǎn)品功能越來(lái)越強(qiáng)大，而尺寸越來(lái)越小，設(shè)計(jì)周期越來(lái)越短的挑戰(zhàn)。如果有非常強(qiáng)大的PCB設(shè)計(jì)技能在身，相信肯定可以輕松搞定。

PCB設(shè)計(jì)，僅僅是開(kāi)始

走出誤區(qū)，PCB設(shè)計(jì)、功能實(shí)現(xiàn)，僅僅完成30%的工作。

很多同學(xué)會(huì)認(rèn)為硬件設(shè)計(jì)指的是電路設(shè)計(jì)，這樣說(shuō)也沒(méi)問(wèn)題的，因?yàn)槟闼械墓ぷ鞫际菄@電路設(shè)計(jì)，最終的目標(biāo)也是產(chǎn)出一個(gè)優(yōu)秀的電路，能夠滿足各種要求，經(jīng)歷各種考驗(yàn)。但實(shí)際上我們要求的是產(chǎn)品，而不是單板。

真正的硬件設(shè)計(jì)就是根據(jù)產(chǎn)品經(jīng)理的需求PRS（Product Requirement Specification），在滿足性價(jià)比的要求下，利用目前業(yè)界成熟的芯片方案或者技術(shù)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成符合：要求的硬件產(chǎn)品（注意：是產(chǎn)品，而不是開(kāi)發(fā)板）。

√ PRS功能（Function）

√ 性能（Perrformance）

√ 電源設(shè)計(jì)（Power Supply）

√ 功耗（Power Consumption）

√ 散熱（Thermal/Cooling）

√ 噪音（Noise）

√ 信號(hào)完整性（Signal Integrity）

√ 電磁輻射（EMC/EMI）

√ 安規(guī)（Safet）

√ 器件采購(gòu)（Component Sourcing）

√ 可靠性（Reliability）

√ 可測(cè)試性（DFT: design for test）

√ 可生產(chǎn)性（DFM：design for manufacture）

可以看到，一個(gè)成功的硬件設(shè)計(jì)，主要功能的實(shí)現(xiàn)只是所有環(huán)節(jié)中的一小部分。剛開(kāi)始工作的時(shí)候，覺(jué)得板子電路設(shè)計(jì)完就完成了50%工作，PCB回板主要功能都能實(shí)現(xiàn)了，那就完成了80%的工作。實(shí)際上不是的，PCB回板主要功能都實(shí)現(xiàn)了，連30%工作都沒(méi)有。所以不管是時(shí)間上，還是階段上，產(chǎn)品的硬件設(shè)計(jì)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。

工程師技能要求

初級(jí)硬件工程師技能要求：

熟悉模擬電路、數(shù)字電路知識(shí)，熟悉常用電子元器件特性

熟悉PCB設(shè)計(jì)流程和規(guī)范，熟悉Altium Designer等EDA軟件

熟練使用測(cè)試儀器（示波器、萬(wàn)用表、烙鐵、焊臺(tái)、邏輯分析儀等）

熟悉嵌入式硬件架構(gòu)和通用硬件接口（RAMNAND FLASHEMMCUSBDVIHDMICANI2CI2SUARTLCDLVDS等）

熟悉電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程、生產(chǎn)工藝流程

中級(jí)硬件工程師技能要求：

精通STM32、ARM、DSP、FPGA等處理器硬件設(shè)計(jì)

具有高速數(shù)字電路，熟練進(jìn)行六層或以上層數(shù)的PCB設(shè)計(jì)，有豐富的PCB設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

獨(dú)立完成硬件產(chǎn)品的原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、調(diào)試、順利閱讀器件datasheet

熟悉硬件電路可靠性設(shè)計(jì)和測(cè)試方法，具備RF、SI、PI、EMC的相關(guān)知識(shí)

負(fù)責(zé)產(chǎn)品生命周期的硬件開(kāi)發(fā)工作，包括攢寫(xiě)設(shè)計(jì)規(guī)格書(shū)、詳細(xì)設(shè)計(jì)方案、硬件測(cè)試以及產(chǎn)品的維修指導(dǎo)書(shū)等工作

高級(jí)硬件工程師技能要求：

負(fù)責(zé)硬件產(chǎn)品的戰(zhàn)略規(guī)劃

完成產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、測(cè)試、版本管理、評(píng)審發(fā)布、產(chǎn)品上線等相關(guān)工作

負(fù)責(zé)與外觀、模具、元器件、制板、焊接、外包裝、組裝、配件等第三方合作廠商深度溝通

為產(chǎn)品研發(fā)團(tuán)隊(duì)擬定明確有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品方向，并能夠統(tǒng)籌和推動(dòng)研發(fā)執(zhí)行

持續(xù)關(guān)注并研究行業(yè)前沿技術(shù)，挖掘新技術(shù)在產(chǎn)品上實(shí)施的可行性，以保證產(chǎn)品在技術(shù)上的持續(xù)創(chuàng)新

負(fù)責(zé)軟硬資源整合，把控產(chǎn)品的品質(zhì)管理、生產(chǎn)成本等

優(yōu)秀PCB工程師特征：好的PCB設(shè)計(jì)考慮的技術(shù)方面眾多，包括電路性能、DFX、熱設(shè)計(jì)、EMC設(shè)計(jì)、信號(hào)完整性、電源完整性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、可靠性、成本等諸多方面，甚至也需要考慮布局美觀。

高速PCB設(shè)計(jì)流程

高速PCB設(shè)計(jì)流程：

PCB疊層理論基礎(chǔ)?

多層板層疊的一般原則：

1）元件面相鄰層為地平面（屏蔽和提供連續(xù)的參考平面）;2）所有的信號(hào)層盡可能與地平面相鄰;3）盡量避免兩個(gè)信號(hào)層直接相鄰;4）主電源盡可能與其對(duì)應(yīng)地相鄰;5）兼顧層壓結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu); （翹曲度<0.75%）

6）采用偶數(shù)層結(jié)構(gòu)；（制造工藝，成本，層壓，翹曲度）

地和電源平面實(shí)現(xiàn)3個(gè)功能：為數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換提供穩(wěn)定的參考電壓、為所有的邏輯器件分配電源、控制信號(hào)之間的串?dāng)_。

在低速電路中，電流沿著最小電阻路徑前進(jìn)；在高速電路里、高速電流沿著最小電感路徑前進(jìn)。

電源的對(duì)地阻抗應(yīng)該最低：

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高速PCB布局設(shè)計(jì)技巧

布局的好壞往往決定著單板的成敗！

快速模塊化，高速PCB布局常用的一種方法，根據(jù)原理圖把一個(gè)個(gè)小功能模塊布好后再往板內(nèi)整體布局；分清主次，需要特殊處理的地方要提前考慮。

除此之外，還包含交互式布局、飛線引導(dǎo)布局法、Net標(biāo)注法、位號(hào)居中、以及各種結(jié)構(gòu)件對(duì)齊。

好的設(shè)計(jì)習(xí)慣是PCB一板成功的基礎(chǔ)：

1）優(yōu)先規(guī)劃地平面和電源平面

2）先打孔、后走線：布線時(shí)候盡量避免過(guò)孔讓線，漏打孔是初級(jí)設(shè)計(jì)師經(jīng)常容易犯的問(wèn)題之一，比如濾波電容。

設(shè)計(jì)驗(yàn)證

1）檢查整板濾波電容、去耦電容的設(shè)計(jì)

2）檢查每路電源的電源平面是否存在瓶頸

3）3W原則，PCB設(shè)計(jì)中為了減少線間串?dāng)_，應(yīng)保證線間距足夠大，當(dāng)線中心間距不少于3倍線寬時(shí)，則可保持大部分電場(chǎng)不互相干擾

4）20H原則：指電源層相對(duì)地層內(nèi)縮20H的距離，這是為了抑制邊緣輻射效應(yīng)。在板的邊緣會(huì)向外輻射電磁干擾。將電源層內(nèi)縮，使得電場(chǎng)只在接地層的范圍內(nèi)傳導(dǎo)。

5）環(huán)繞地設(shè)計(jì)，地空越多越好，使每一層緊密的連接在一起

6）跨島處理，在 PCB 設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于平面的分割，可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)參考平面不連續(xù)，對(duì)于低頻信號(hào)，可能沒(méi)什么關(guān)系，而在高頻數(shù)字系統(tǒng)中，高頻信號(hào)以參考平面作返回路徑，即回流路徑，如果參考平面不連續(xù)，信號(hào)跨分割，這就會(huì)帶來(lái)諸多的問(wèn)題，如 EMI、串?dāng)_等問(wèn)題。這種情況下，需要對(duì)分割進(jìn)行縫補(bǔ)，為信號(hào)提供較短的回流通路。

常見(jiàn)的跨島處理方式：添加縫補(bǔ)電容（Stiching Capacitor），跨線橋接。




審核編輯：劉清