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PCB 设计流程简介
PCB 设计流程简介
PCB设计中所涉及的工具条款过程中，基本电磁特性对输电线路，信号完整性，电源传输设计和许多其他PCB设计相关的主题。但是，最重要的基础之一是充分了解被认为具有最快设计流程的因素。此信息涵盖总线和信号类型，包括工作频率和终端类型；Vdd 电压；每个 Vdd 轨的阻抗，DC 到 DC 转换器的选择，计算旁路电容器的数量和值，并创建这些元件的原理图，这些元件成为交付给电路板制造商的整个原理图集的一部分。
这个过程的基础来自我们在设计数百个 PCB 方面的多年经验，从 PC 主板到太比特路由器的交换结构，以及介于两者之间的各种产品。本文介绍了构成流程的特定步骤，有助于确保最终产品构建与设计的电路板相匹配。
步骤
正如需要有一个完整的计划和一套规范来正确建造房屋一样，PCB 产品的设计由许多具有特定细节的步骤组成。这个过程的具体步骤如下：
步骤 1 — 构建框图
框图包括所有总线和其他信号类型。要构建综合框图，必须显示以下元素：
每条总线中的信号数量。
每辆巴士的技术
其工作频率。
它的终止类型。
图 1 中作为示例提供的完整框图成为原理图集的第 1 页。
图 1. 显示框图的典型原理图的第 1 页
步骤 2 — 列出所有 Vdd 电压
Vdd 电压信息包括：
他们提供的 IC
计算每个电压和允许纹波的峰值电流。
允许纹波是通过查阅每个 IC 数据表来计算的。
对于那些具有单端 CMOS 输出驱动器的 IC，最大允许纹波将通过获取输入的噪声容限并将部分噪声容限分配给纹波、串扰、Vdd/地弹和反射来确定。
前面的数字来自本文末尾的参考文献 1 中详细介绍的设计规则创建过程的噪声容限分析部分。
正如之前的文章所述，许多应用说明都指定了在各种电路（如 SERDES 和锁相环 (PLL)）的电源引线中使用铁氧体磁珠。这些珠子通常被称为“因为我们一直是这样做的”。正如我在关于此主题的文章中所述，正确的方法是将所有相同电压的电源线连接到单个电压轨，而不是添加会降低电路板性能的铁氧体磁珠。
步骤 3 — 计算每个 Vdd 轨的阻抗
每个 Vdd 轨的阻抗是通过将最大纹波除以最大增量 I 获得的。这将是该电压下整个 PDS 的目标阻抗。
注意：通常，无法从组件供应商处获得最大增量 I 信息。在这种情况下，唯一安全的做法是假设最大增量 I 从零电流摆动到峰值电流。
步骤 4 — 选择 DC 到 DC 转换器
此步骤包含以下信息：
DC-DC 转换器提供最大 I 并具有满足上述步骤 3 中计算出的目标阻抗的输出阻抗。
对于任何电源，DC-DC 转换器可以是开关模式或线性的。
开关模式电源总是更高效。
当应用笔记仅提及线性稳压器时，就像在 FPGA 上经常发生的那样，这是因为作者不知道如何抑制在选择不正确电容器时经常出现在此类稳压器输出端的开关瞬变。本文档中的方法解决了这一问题，因此不需要线性电源。
步骤 5 — 构建 PDS 的框图
图 2所示的电力传输系统框图成为原理图集的第 2 页。
图 2. 显示电力输送系统的典型原理图的第 2 页
步骤 6 — 计算旁路电容器的数量和值
此步骤涉及计算满足上述步骤 3 中计算出的目标阻抗所需的旁路电容器的数量和值。这涉及覆盖从 DC-DC 转换器停止调节到至少 100 MHz的频率范围。选择这个频率范围是知道处理器内核和网络处理器内核可能会在该范围内以任何速率从待机电流变为活动电流，具体取决于流量。有多种工具可用于此步骤，包括 Altera 网站上的 PDN_Tool_V10。注意：此工具现在称为英特尔 PDN 工具 2.0。必须使用 X7R 或 X5R 等有损陶瓷电容器以确保 PDS 中不会出现不需要的谐振。
步骤 7 — 创建电容器页面
此步骤涉及为步骤 6 中执行的计算得出的所有电容器创建一个电容器页面。该页面成为原理图集的第 3 页。重要的是不要将旁路电容器散布在元件旁边的原理图的各个表周围，因为这种做法使得很难确定 PDS 中的电容器数量和类型。此外，整个原理图中的散射电容器不会为设计增加任何价值。虽然一些应用笔记可能会使用诸如“尽可能靠近”的说明指定将电容器放置在组件旁边，并且还指定任意数量的电容器，但这种建议已被证明是无效的。应忽略应用笔记中的电容器使用说明，并且应遵循参考文献 1 中描述的 PDN 设计方法中阐明的程序。最终的电容器页面显示在图3。
图 3. 原理图中的典型旁路电容器阵列
步骤 8 — 确定平面电容
这里，确定了来自步骤 2 的每个电源电压所需的平面电容。该计算不像用于确定分立电容器数量那样简单。需要最多平面电容的电压是那些提供宽单端数据总线的电压。第 171 页的参考文献 1 中描述了一种计算所需平面电容近似值的方法。该公式已被证明是保守但可靠的。
步骤 9 — 构建主 PCB 叠层
重要的是提供足够的平面对来创建在步骤 8 中计算的平面间电容，并提供足够的信号层来包含预期的导线负载。典型的叠层图如图 4所示。
图 4. 典型的 PCB 堆叠
步骤 10 到 12 包括以下内容：
第 10 步：
针对串扰、反射、Vdd/接地弹跳和纹波要求，对框图中的每种逻辑类型执行噪声容限分析。
第 11 步：
模拟框图中显示的每种网络类型的至少一个成员，以确定终止和排序要求。
第 12 步：
构建技术表，如图 5所示，其中列出了每一类网络的布线、频率、间距和端接要求。
图 5. 典型技术表
步骤 13 到 19 包括以下内容：
第 13 步：
完成原理图。
第 14 步：
向原理图添加可测试性功能，例如阻抗测试迹线和平面电容访问测试点。
第 15 步：
将元件放置在 PCB 表面，评估可布线性并进行热分析。这包括根据需要调整布局和堆叠以满足两组需求。此外，沿 PCB 的一个边缘添加堆叠条纹，以允许检查成品 PCB 的最终堆叠。
第 16 步：
确定焊盘堆叠尺寸和孔的最小间距，以确保平面中的间隙孔之间有平面腹板，并满足绝缘要求、纵横比要求和孔环要求。
第 17 步：
建造钻台和制造图。
第 18 步：
使用生成的检查表布线 PCB，以确保设计过程中的所有步骤都以令人满意的方式完成。
第 19 步：
将艺术品运送到制造商。
概括
一套完整的工艺设计步骤有助于确保设计和制造电路板设计所需的所有信息都已为 PCB 指定，该 PCB 将在第一次以及整个产品生命周期中正常工作。此信息包含所有电路板特性，包括总线和信号、Vdd 电压和 Vdd 轨阻抗、DC-DC 转换器和旁路电容器。作为此过程的结果创建的原理图成为交付的原理图集的一部分。遵循这些步骤将确保 PCB 设计过程是彻底和优化的，以尽可能快地满足调度和成本要求。