進(jìn)行印刷電路板（PCB）設計是指通過(guò)設計原理圖紙，進(jìn)行線(xiàn)路布局，以盡可能低的成本生產(chǎn)電路板。過(guò)去，這通常需要借助于價(jià)格昂貴的專(zhuān)用工具才能完成，但是現在，隨著(zhù)免費的高性能軟件工具——例如DesignSpark PCB——以及設計模型的日益普及，大大加快了電路板設計人員的設計速度。

盡管工程設計人員知道，一個(gè)完美的設計方案是避免問(wèn)題出現的最佳方式，不過(guò)這仍是一種既浪費時(shí)間又浪費金錢(qián)，同時(shí)治標不治本的方法。比如，如果在電磁兼容性（EMC）測試階段發(fā)現問(wèn)題，將會(huì )造成大量的成本投入，甚至需要對最初的設計方案進(jìn)行調整和重新制作，這將耗費數月的時(shí)間。

挑戰

布局是設計人員首先要面對的一個(gè)問(wèn)題。這一問(wèn)題取決于圖紙中的部分內容，一些設備基于邏輯考慮需要被設置在一起。但是應該注意，對溫度比較敏感的元件，比如傳感器，應當與包括電源轉換器在內的產(chǎn)生熱量的元件分開(kāi)設置。對于擁有多種電源設置的設計，12伏和15伏電源轉換器，可以分別設置在電路板的不同位置，因為它們產(chǎn)生的熱量和電子噪聲會(huì )對其它元件以及電路板的可靠性和性能造成影響。

上述元件也會(huì )對電路設計的電磁性能造成影響，這不僅僅對于電路板的性能和能耗十分重要，對于電路板經(jīng)濟性也會(huì )帶來(lái)很大的影響，因此所有在歐洲銷(xiāo)售的電路板設備都必須獲得CE標志，以證明不會(huì )對其它系統造成干擾。不過(guò)，這通常只是從電源供應方面來(lái)說(shuō)的，還有許多設備會(huì )發(fā)出噪聲，例如DC-DC轉換器、以及高速數據轉換器等。由于電路板設計存在缺陷， 這些噪聲能夠被信道捕獲，并作為小型天線(xiàn)進(jìn)行輻射，從而產(chǎn)生雜頻噪聲及頻率異常區域。

遠場(chǎng)電磁干擾（EMI）問(wèn)題可以通過(guò)在噪聲點(diǎn)加裝濾波器或者使用金屬外殼來(lái)屏蔽信號的方式加以解決。但是對電路板上能夠釋放電磁干擾（EMI）的設備予以充分的重視，卻使得電路板可以選用更廉價(jià)的外殼，從而有效降低整個(gè)系統的成本。

在電路板的設計過(guò)程中，電磁干擾（EMI）確實(shí)是一個(gè)不得不重視的因素。電磁串擾能夠與信道產(chǎn)生耦合，從而將信號打亂為噪聲，影響電路板的整體性能。如果耦合噪聲過(guò)高，則信號有可能會(huì )被完全覆蓋，因此必須加裝更加昂貴的信號放大器，才能夠恢復正常。不過(guò)，如果在電路板的設計之初，就能夠充分考慮到信號線(xiàn)路布局的話(huà)，上述問(wèn)題就可以避免。由于電路板的設計會(huì )根據不同設備、不同使用地點(diǎn)、不同散熱需求、以及不同的電磁干擾（EMI）情況，而有所不同，這時(shí)設計模板便派上了大用場(chǎng)。

電容同樣也是電路板設計中一個(gè)不容忽視的重要問(wèn)題，因為電容會(huì )影響信號的傳播速度、增加電量的消耗。信道會(huì )與旁邊的線(xiàn)路產(chǎn)生耦合或者垂直穿越兩個(gè)電路層，從而在無(wú)意中形成一個(gè)電容器。通過(guò)減少平行線(xiàn)路的長(cháng)度、在其中一條線(xiàn)路上加裝扭結從而切斷耦合等方式，上述問(wèn)題可以相對容易地加以解決。不過(guò)，這也需要工程設計人員充分考慮生產(chǎn)設計原則，確保設計方案便于制造，同時(shí)避免由于線(xiàn)路彎折角度過(guò)大造成的任何噪聲輻射。線(xiàn)路之間的距離也有可能會(huì )過(guò)近，這將會(huì )在線(xiàn)路之間產(chǎn)生短的回路，尤其是在線(xiàn)路彎折處，隨著(zhù)時(shí)間的推移，會(huì )出現金屬“晶須”。設計規則檢測通?？梢詷耸境龌芈凤L(fēng)險比正常情況更高的區域。

這一問(wèn)題在接地層的設計中顯得尤為突出。一個(gè)金屬電路層，有可能會(huì )與其上方和下方的所有線(xiàn)路形成耦合。盡管該金屬層確實(shí)能夠有效阻隔噪聲，不過(guò)該金屬層同時(shí)也會(huì )產(chǎn)生伴生電容，影響線(xiàn)路的運行速度，并增加電量的消耗。

就多層電路板的設計而言，不同電路板層之間的通孔設計，恐怕是最具爭議性的一個(gè)問(wèn)題，因為通孔設計會(huì )給電路板的生產(chǎn)制造，帶來(lái)許多問(wèn)題。電路板層之間的通孔，會(huì )影響信號的性能，降低電路板設計的可靠性，因此應當予以充分的重視。 

解決方案

在印刷電路板（PCB）的設計過(guò)程中，可以采取許多不同的方法，來(lái)解決各種問(wèn)題。其中既有設計方案本身的調整，比如調整線(xiàn)路布局，減少噪聲；也有印刷電路板布局方面的方法。設計元件可以通過(guò)布局工具進(jìn)行自動(dòng)安裝，不過(guò)如果能夠對自動(dòng)布局進(jìn)行手動(dòng)調節，將有助于提高電路板設計的質(zhì)量。通過(guò)這一措施，設計規則檢測將借助于技術(shù)文件，確保電路板的設計能夠滿(mǎn)足電路板生產(chǎn)廠(chǎng)商的要求。

將不同的電路板層進(jìn)行分隔，可以減少伴生電容，不過(guò)，這將增加電路板的層數，從而增加成本，帶來(lái)更多通孔方面的問(wèn)題。盡管采用正交電網(wǎng)供電系統和接地線(xiàn)路設計可能會(huì )增加電路板的物理尺寸，但卻可以有效發(fā)揮雙層電路板中接地層的效用，降低電容量和電路板生產(chǎn)制造的復雜性。

包括DesignSpark PCB在內的設計工具，在設計之初，就可以幫助工程設計人員解決許多問(wèn)題， 不過(guò)工程設計人員還是需要對印刷電路板（PCB）的設計需求有充分的了解。舉例來(lái)說(shuō)，如果印刷電路板（PCB）的編輯人員，在開(kāi)始設計之初便需要對電路板的層數有所了解，例如，一個(gè)雙層的電路板，則需要有一個(gè)接地層和一個(gè)電源層，兩個(gè)相互獨立的板層構成。

元件自動(dòng)布局技術(shù)的用處很大，可以幫助設計人員花費更多的時(shí)間，來(lái)對設備的布局區域進(jìn)行設計，例如，供電設備如果與敏感的信號線(xiàn)路或者是溫度較高的區域距離過(guò)近的話(huà)，就會(huì )產(chǎn)生很多問(wèn)題。與此相同的是，信號線(xiàn)路也可以進(jìn)行自動(dòng)布線(xiàn)，同時(shí)避免大部分問(wèn)題的出現，不過(guò)，對高風(fēng)險區域進(jìn)行分析和手動(dòng)操作，將有助于大幅度提高印刷電路板（PCB）設計的質(zhì)量、提高收益、降低總體成本。

設計規則檢測同樣也是一個(gè)非常有力的工具，能夠對線(xiàn)路進(jìn)行檢測，確保線(xiàn)路之間的距離不至于過(guò)近，從而造成回路過(guò)短。不過(guò)，整體設計仍然具有很高的經(jīng)濟價(jià)值。設計規劃檢測工具同時(shí)也可以用來(lái)檢測和調整電源層與接地層，避免產(chǎn)生大的伴生電容區域。

上述工具對于Gerber和Excellon也將帶來(lái)很大幫助，有助他們?yōu)榱松a(chǎn)出最終的設計成品，而進(jìn)行線(xiàn)路和電路板印制，以及通孔鉆孔等方面的工作。這樣一來(lái)，技術(shù)文件就與電路板制造商緊密相連。

結論

在印刷電路板（PCB）的設計過(guò)程中需要考慮諸多問(wèn)題，而包括DesignSpark PCB 在內的工具，能夠有效地處理其中的大部分問(wèn)題。通過(guò)采用某些最佳實(shí)踐指導原則，工程設計人員能夠有效地減少成本、提高電路板的可靠性，同時(shí)滿(mǎn)足系統規格的要求，以較低的成本彎沉系統認證，從而避免出現更多問(wèn)題。
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