高端PCB设计相关知识整理

PCB的设计布局布线其实是一门很复杂并且大部分靠经验来作的学问，不少东西也有点玄乎，但有不少经验性的结论和公式仍是能够参考的
保证原创，一天不必定写的完
CH.1 更加严重的电磁干扰
首先基本上微电子发展趋势永远是集成化程度愈来愈高，不可避免带来元器件密度很大，而前十几年出现的SMT（Surface Mounted Technology）和COB（Chip on Board）技术和SMC/SMD/裸片的出现，给了继续提升集成度的可能。

一个典型的贴片机

SMD热敏电阻，体积是普通电阻的十几分之一
但随之而来的，就是比普通集成电路更为严重的元器件之间相互的电磁干扰
固然实际中不只如此，红外炉再流焊是一种经常使用的SMT焊接技术，但元器件的布局又会影响焊接质量，加之射频电路的EMC又要求每一个模块都尽可能不产生电磁辐射，而且具备至关的抗EMI能力。
并且根据经验，射频电路的性能还会与CPU处理板相互影响，所以在PCB设计的时候，会更加棘手。
但通常来讲，设计的时候都有如下要求
·全部的元器件尽量同一方向排列，避免互相干扰，同时要注意PCB进入熔锡系统的方向，，以避免出现虚焊漏焊
·元器件至少要保留必定的空间，典型值为0.5mm
·一般来讲，双面板中SMD/SMC元件和分立元件要分两面放置
固然这仅仅是很基础的一些方面，一般来讲，强电信号和弱电信号必须分开，模拟和数字信号也要分开。
还有一个基本常识是要求完成同一功能的电路尽量安排在一块儿，至少不能离的很远，以减少信号环路面积，防止劣化。
对于有些对电磁干扰敏感的元件（好比传感器）要按照敏感程度来区分，尽可能避免板上干扰源
PCB来自motorola公司的MOTO X

来自海力士的内存，注意SMD电容/电阻的布局和方向。

来自高通公司的 WCN3680 802.11ac Combo Wi-Fi/Bluetooth/FM芯片，会产生较大电磁泄露，所以设计人员给予单独的屏蔽罩，而且单独放置在PCB的一边，进一步减少对于其余电磁敏感元件的影响。

带有德州仪器标志的是C55x系列DSP芯片
棕红色是Codec，音频编解码器
红色NXP TFA9890 D类音频放大器
以后用一个屏蔽罩作EMI屏蔽。
这几个部件功能都是接近，都是负责音频处理，所谓的信号环路最小原则，与射频部分和CPU模块的距离也明显更远。
摩托罗拉和诺基亚是少数几个能设计出教科书式的PCB设计厂家

更为普遍来讲，屏蔽罩是一个麦克斯韦笼，这是最为简单也是最为有效的一种方法，缺点是会增长成本，不只仅是物料，代工厂的收费是以加工时间为度量，加工时间长则收费高，所以也有部分厂家不肯采用。
若是在部分状况下，不可能使用屏蔽罩，也有一些方法来解决，最为常见的是增长滤波/抗干扰电路，而且增强对于电源的去耦，优化地线电源线的布局等，但这种方法通常来讲，会增长电路的复杂程度，并带来一般意料不到的问题。
一般来讲，PCB的设计第一步是根据实际状况选择PCB的形状，下一步就是层（layer）的设置，层设置不合理的结果是毁灭性的，一般PCB的层又分为电源层、底线层和信号层，而层的选择中，层的相对位置、地平面/电源的分割、PCB的布线、接口电路的处理又有这很是大影响。
层的选择第一步是层数，层数的选择不宜太多也不宜太少，太多则信号线过于密集，成本过高；太少则不能达到设计要求，对于电磁兼容的要求，一般也是比较好的方式是经过适当的增长地平面来解决。
对于电源层通常须要解决多种电源/电源的供电问题，须要内电层分割。
信号层则比较复杂，（走线问题单独介绍）首先就是走线密度，太密则相互串扰，太疏则信号线不够，而且重要信号譬如时钟和复位信号须要单独屏蔽和隔离。
在考虑过层数量问题孩子后，就是层排列，也有部分基础原则：
·电源平面与相应地平面相邻：因为电源和地自己存在自阻抗，能够造成耦合电容，这个时候在PCB板上设置退耦电容，能够达到去耦的效果，下降电源阻抗，至关于滤波。
·相邻层的信号不要跨分割区，就是信号环路最小原则。
·关键信号（高频高速或者时钟）要于地平面相邻，可减小电磁泄露，也至关于地给信号作屏蔽。
比较常见的6层PCB布局方案：

CH.2 愈来愈难的散热设计
对于常规的PCB来讲，通常来讲散热遵循常规是热点分散原则，即「发热最大的器件放置在最佳散热位置」，而且减少元件与板之间的热阻。但这种方法近年来却逐渐表现疲软，尤为是在手机上，归根结底，虽然工艺更好，算法更好，平台功耗只升不降，因此也逐渐有其余方法来解决。
通常来讲，在设计散热的时候的大体思路是估计发热器件的功耗，估算其须要的面积，在这个面积中不能放置其余发热元件，随后才是设计散热。
在手机中，发热器件除了CPU、RAM以外，大部分都是功放、收发器、基带处理器、电源管理芯片、电压芯片以及DC-DC电感，其中功放、CPU、基带处理器都是发热大户。
在这里首先要知道的一个经验值是天然对流冷去的热流密度为0.8mW/mm²，即对于芯片来讲，每平方毫米单纯靠空气对流能够对应0.8mW所带来的热量。
以这个值作参考，计算大概须要的面积（芯片功耗可在datasheet中查找，厂家是必定会给的）。
随后就是放置元件，通常来讲，发热旗舰不该该放置在PCB的边缘和角落放置，更不应在其背面放置发热器件。
Samsung Galaxy SII i9100

不太成功的设计，发热器件过于集中

LG E960 Nexus 4
应该是最先的「中框散热+三层」式设计，现在这个设计被比较普遍的采用，尤为是发热较大的设备。
这个设计在vivo xplay、MX三、米3都能看出一点影子来

CH.3 仍是要靠人的走线

PCB的走线若是说全让人来作，几乎是不可能的事情。
所幸如今EDA和CAD的功能愈加强大，但通常来讲，计算机设计出来走线，一般只是「能用」而已，与「优秀」还有必定的距离。
一般而言，走线的最基本要求是「不相容信号尽量相互远离」的原则，即数字模拟、高速低速、强电弱电、高压低压之间尽量远离，同时「避免长距离平行走线」
，以防耦合。
对于信号线，通常不容许出现分支，这样一般会破坏导线特性阻抗的一致性，而且在分叉点产生谐波和发射（相似于河流中的漩涡），使得信号辐射出去，带来更多问题。
另外一个更加基本的原则是「135°」原则，即信号线在走线的时候拐角不能采用90°直角转弯，这样会产生寄生电容，对于高速高频电路和数字电路影响尤其严重，会减缓上升时间、形成信号的反射、产生EMI，因此基本看任何一个PCB，走线都大概如此：

（图中另外一种常见走线方式是蛇形走线，这种走线做用是用来调节延时，知足系统时序设计要求，在数字电路中很是常见，但没有滤波或抗干扰的能力，只可能下降信号质量，所以近年多采用螺旋形走线）

螺旋形的走线是上图右侧

 

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