PCB設計與電子產品設計

    在電子設計中，PCB是我們設計內容的物理載體，所有我們設計意圖的最終實現就是通過PCB板來表現的。這樣PCB設計在任何項目中是不可缺少的一個環節。


    但在以前的設計中，由於頻率很低，密度很小，器件的管教間的間距很大，PCB設計的工作是以連通爲目的的，沒有任何其他功能和性能的挑戰。所以在很長的一段時間裏，PCB設計在整個項目中的地位是很低的。通常是由硬件邏輯連接設計人員來進行PCB的物理連接的。目前在有的一些小產品上還是這樣的開發模式。


    隨着電子、通信技術的飛速發展，今天的PCB設計面臨的已經是與以往截然不同的、全新的挑戰。主要表現在以下幾個方面：


    1、信號邊緣速率越來越快，片內和片外時鐘速率越來越高，現在的時鐘頻率不再是過去的幾兆了，上百兆上千兆的時鐘在單板上越來越普遍。由於芯片工藝的飛速發展，信號的邊沿速率也是越來越快，目前信號的上升沿都在1ns左右。這樣就會導致系統和板級SI、EMC問題更加突出。


    2、電路的集成規模越來越大，I/O數越來越多，使得單板互連密度不斷加大；由於功能的越來越強大，電路的集成度越來越高。芯片的加工工藝水平也越來越高。過去的DIP封裝在現在的單板上幾乎銷聲匿跡了，小間距的BGA、QFP成爲芯片的主流封裝。這樣使得PCB設計的密度也就隨之加大。


    3、產品研發以及推向市場的時間不斷減少，使得我們必須面臨一次性設計成功的嚴峻挑戰；時間就是成本，時間就是金錢。在電子產品這樣更新換代特別快的領域，產品面世早一天，他的利潤機會窗就會大很多。


    4、由於PCB是產品實現的物理載體。在高速電路中，PCB質量的好壞之間關係到產品的功能和性能。同樣的器件和連接，不同的PCB載體，他們的結果是不同的。


    所以，現在設計的流程已經在慢慢的轉變了。以前PCB設計中邏輯功能的設計往往佔了硬件開發設計的80%以上，但現在這個比例一直在下降，在目前硬件設計中邏輯功能設計方面的只佔到50%,有關PCB設計部分則也佔據了50%的時間。專家預計在將來的設計中，硬件的邏輯功能開銷要越來越小，而開發設計規則等高速PCB設計方面的開銷將達到80%甚至更高。


    通常，我們的PCB設計中主要關注以下幾點：


    1、 功能的實現


    2、 性能的穩定


    3、 加工的簡易


    4、 單板的美觀


    功能的實現是我們PCB的第一步。在過去的PCB設計中由於信號邊沿的速率和時鐘頻率比較低，只要邏輯的連接沒有錯誤，物理連接的好壞不會影響到使用的性能。但這樣的觀點在現在的PCB設計中是不使用的。


    性能的穩定是驗證PCB設計好壞的保證，這個觀點大家都有體會。同樣的邏輯連接，同樣的器件，不同的PCB他們的性能測試結果就不同。好的設計不光產品穩定性高，而且可以通過各種要求苛刻的測試。但不理想的設計就不可能達到這樣的效果。在一些低端產品中，很多廠家使用的芯片組是相同的，邏輯連接也是相似的。唯一的不同就是各自的PCB設計水平的高低，產品的差異性主要就是體現在PCB的設計上了。


    PCB設計是一門綜合性的學科，是質量、成本、時間等多方面相互協調的產物。在PCB設計中沒有最好，只有更好。總之，高速PCB的設計是今天系統設計領域面臨的嚴肅挑戰，無論是設計方法、設計工具、還是設計隊伍的構成以及工程師的設計思路，都需要積極認真地去應對。