1. 學(xué)生眼中的PCB設(shè)計(jì)和實(shí)際完全是兩回事1.1 覺(jué)得PCB就是“畫板子”是最大的認(rèn)知偏差我在帶過(guò)的實(shí)習(xí)生里做過(guò)一個(gè)小統(tǒng)計(jì)問(wèn)他們PCB設(shè)計(jì)是什么十個(gè)人里有七八個(gè)會(huì)脫口而出“就是畫板子嘛”。剩下兩三個(gè)會(huì)補(bǔ)一句“用AD或者立創(chuàng)EDA把元器件拖進(jìn)去連上線然后發(fā)給工廠打樣”。你看問(wèn)題就出在這兒——如果PCB設(shè)計(jì)真的只是“拖元件、連線、發(fā)板”那它根本撐不起一個(gè)崗位也不會(huì)有這么多工程師在這個(gè)領(lǐng)域里深耕十幾年還要不斷學(xué)新東西。這個(gè)認(rèn)知偏差的根源其實(shí)在于大學(xué)課程體系。國(guó)內(nèi)大多數(shù)電子類專業(yè)本科生階段真正接觸PCB的機(jī)會(huì)少得可憐。數(shù)字電路課講邏輯門模擬電路課講運(yùn)放單片機(jī)課講代碼電磁場(chǎng)課講麥克斯韋方程組每一門課都有自己的知識(shí)閉環(huán)但沒(méi)有人告訴你這些知識(shí)最終是怎么“落”到一塊實(shí)實(shí)在在的板子上的。偶爾有課程設(shè)計(jì)或者電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽學(xué)生打開(kāi)EDA工具照著參考設(shè)計(jì)連一連板子打回來(lái)能跑就覺(jué)得很成功了。至于這塊板子為什么能跑、為什么某些地方要加寬走線、為什么地要鋪成一片而不是拉一根線幾乎沒(méi)人深究。于是學(xué)生形成了一種印象PCB設(shè)計(jì)是個(gè)體力活是電路設(shè)計(jì)里最沒(méi)有技術(shù)含量的一環(huán)。真正“厲害”的人應(yīng)該去寫代碼、調(diào)算法、設(shè)計(jì)架構(gòu)PCB嘛隨便畫畫就行。但你真去問(wèn)那些工作了五年以上的硬件工程師尤其是做過(guò)高速數(shù)字電路、做過(guò)電源、做過(guò)射頻、做過(guò)EMC整改的人他們給你的回答一定是反過(guò)來(lái)的PCB設(shè)計(jì)是所有硬件知識(shí)的終極匯聚點(diǎn)是原理圖到產(chǎn)品之間唯一一座橋。橋沒(méi)搭好前面所有設(shè)計(jì)都是廢紙。1.2 從“原理圖能跑”到“板子能跑”中間隔著一整套工程學(xué)問(wèn)我特別喜歡跟新人舉一個(gè)例子你在原理圖上放一個(gè)100nF的去耦電容把它接在芯片電源引腳和地之間在原理圖里這就是一根線、一個(gè)符號(hào)?？墒堑搅薖CB上這顆電容不是“接在”電源和地之間而是要通過(guò)一段銅箔走線、兩個(gè)焊盤、兩個(gè)過(guò)孔才真正連到芯片的電源引腳。這段物理路徑有多長(zhǎng)、寬多少、走了哪一層、旁邊有什么東西原理圖完全不知道但板子上的芯片知道。一顆開(kāi)關(guān)頻率1MHz的DC-DC芯片它的輸入電流是脈動(dòng)的脈動(dòng)電流流過(guò)電源走線走線有寄生電感電感上就會(huì)產(chǎn)生壓降紋波。走線越長(zhǎng)、越細(xì)寄生電感越大紋波越大。如果去耦電容離芯片引腳遠(yuǎn)了3毫米可能就會(huì)讓紋波從10mV變成50mV。原理圖上看不出來(lái)仿真也不一定看得出來(lái)因?yàn)楹芏喾抡婺Ｐ透緵](méi)提取寄生參數(shù)但示波器一夾就現(xiàn)原形。所以在真實(shí)的工程語(yǔ)境里PCB設(shè)計(jì)不是一個(gè)“把網(wǎng)表變成Gerber文件”的翻譯過(guò)程而是一個(gè)把抽象電路模型還原成物理實(shí)體并且在這個(gè)還原過(guò)程中管理所有非理想因素的過(guò)程。銅箔有電阻過(guò)孔有電感介質(zhì)有損耗相鄰走線之間有耦合地層不是完美的零電位參考面——這些非理想因素才是PCB設(shè)計(jì)的真正研究對(duì)象。電子專業(yè)的學(xué)生之所以低估PCB設(shè)計(jì)本質(zhì)上是因?yàn)樗麄兊恼n程訓(xùn)練里幾乎沒(méi)有人把這些非理想因素端到臺(tái)面上來(lái)。大家都活在理想器件的世界里電阻就是電阻導(dǎo)線就是導(dǎo)線地就是地。直到某一天你親手做出來(lái)的板子明明原理圖檢查了無(wú)數(shù)遍、代碼也調(diào)通了可上電就是不工作或者工作不穩(wěn)定你才會(huì)第一次意識(shí)到原來(lái)PCB上的“導(dǎo)線”真的不是一根導(dǎo)線。2. 為什么說(shuō)PCB設(shè)計(jì)是個(gè)復(fù)合難題2.1 電氣設(shè)計(jì)之外熱、機(jī)械、工藝、成本的多重約束很多學(xué)生以為PCB設(shè)計(jì)只需要考慮“電氣上對(duì)不對(duì)”比如網(wǎng)絡(luò)有沒(méi)有連錯(cuò)、間距夠不夠。但真實(shí)的工程場(chǎng)景里電氣只是最基礎(chǔ)的約束之一甚至很多時(shí)候不是最難的那個(gè)約束。舉一個(gè)最簡(jiǎn)單的例子——散熱。一個(gè)功率MOS管在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下?lián)p耗可能有1到2瓦如果PCB上不給它足夠的銅箔面積散熱結(jié)溫直接飆到120度以上器件壽命急劇下降甚至當(dāng)場(chǎng)燒毀。你原理圖上標(biāo)再大的散熱焊盤都沒(méi)用PCB上沒(méi)有對(duì)應(yīng)的銅皮和過(guò)孔陣列熱量就是散不出去。所以PCB設(shè)計(jì)要懂熱設(shè)計(jì)要知道多少瓦的損耗需要多少平方厘米的銅箔面積什么情況下需要加散熱過(guò)孔什么情況下需要開(kāi)窗露銅什么情況下必須上散熱器。再說(shuō)機(jī)械結(jié)構(gòu)。板子的外形要能裝進(jìn)外殼連接器的位置要對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)開(kāi)孔電源模塊的高度不能頂?shù)綋醢鍍蓚?cè)的定位孔要和結(jié)構(gòu)配合。這些看起來(lái)是“畫板子”的活兒但實(shí)際是跟結(jié)構(gòu)工程師反復(fù)拉扯出來(lái)的。一個(gè)連接器放偏了0.5毫米整塊板子就裝不進(jìn)機(jī)箱。還有工藝和成本。設(shè)計(jì)規(guī)則里有最小線寬、最小間距、最小孔徑這些是工廠生產(chǎn)能力決定的。你畫一根4mil的走線工廠能做但它意味著更高的加工成本和更低的良率。4層板能做但6層板是不是更穩(wěn)成本貴30%是不是值得這些取舍都是在PCB設(shè)計(jì)階段就要決斷的不是原理圖階段能解決的事更不是寫代碼的人會(huì)替你考慮的事。所以PCB設(shè)計(jì)是一個(gè)典型的“多目標(biāo)優(yōu)化”問(wèn)題。電氣性能要達(dá)標(biāo)熱要散得掉結(jié)構(gòu)要裝得上工藝要造得出成本要控得住。這五個(gè)目標(biāo)很多情況下是互相沖突的你要在它們之間找到平衡點(diǎn)。這種權(quán)衡能力恰恰是學(xué)生時(shí)代最缺訓(xùn)練的地方。2.2 信號(hào)完整性高速時(shí)代才真正展開(kāi)的隱藏關(guān)卡再說(shuō)說(shuō)“信號(hào)完整性”這個(gè)詞很多人聽(tīng)著覺(jué)得玄乎其實(shí)拆開(kāi)來(lái)看并不難理解。你發(fā)過(guò)一個(gè)快遞吧從上海寄到北京包裹從攬收點(diǎn)到中轉(zhuǎn)站再到派送點(diǎn)每一步都有延遲如果中途遇上爆倉(cāng)包裹還會(huì)滯留。高速信號(hào)在PCB走線上的傳播原理和這個(gè)非常像。一個(gè)數(shù)字信號(hào)從驅(qū)動(dòng)端輸出沿走線傳到接收端它同樣會(huì)經(jīng)歷延遲、畸變、反射。如果走線阻抗不匹配信號(hào)在末端會(huì)“彈回來(lái)”跟后面的信號(hào)疊在一起波形就亂了。這種問(wèn)題在低頻時(shí)代根本不存在的。比如你的電路只跑1MHz信號(hào)波長(zhǎng)300米而PCB走線才幾厘米長(zhǎng)信號(hào)傳播過(guò)程中的反射效應(yīng)還沒(méi)形成就已經(jīng)穩(wěn)定了。所以你可以把走線當(dāng)成一根理想的導(dǎo)線隨便拉都行。但是到了現(xiàn)在FPGA動(dòng)不動(dòng)跑200MHzDDR3/DDR4的時(shí)鐘頻率是800MHz甚至更高一個(gè)信號(hào)的上升沿可能只有幾百皮秒。這時(shí)候走線的長(zhǎng)度已經(jīng)可以和信號(hào)的波長(zhǎng)相比擬走線不再是一根“導(dǎo)線”而是一個(gè)“傳輸線”。傳輸線有特性阻抗有延時(shí)有串?dāng)_信號(hào)的完整性會(huì)受到阻抗匹配、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、回流路徑、層疊設(shè)計(jì)等多方面因素影響。這就是為什么出現(xiàn)了一個(gè)專門的崗位叫“SI工程師”也是為什么PCB設(shè)計(jì)面試題里信號(hào)完整性方面的內(nèi)容是重災(zāi)區(qū)。我面試過(guò)不少應(yīng)屆生能說(shuō)出“高速信號(hào)要走阻抗匹配”的人不少但追問(wèn)一句“那你板子上的阻抗是多少怎么算的”一大半人就答不上來(lái)了。再追問(wèn)一句“差分線為什么要求等長(zhǎng)等長(zhǎng)的誤差范圍是多少不等長(zhǎng)會(huì)造成什么后果”能答得清楚的人就更少了。這些知識(shí)不是靠背定義就能會(huì)的它需要你對(duì)傳輸線理論有基本的理解還要結(jié)合具體的疊層結(jié)構(gòu)和板材參數(shù)去實(shí)踐。而這些東西幾乎不在本科課程體系里。2.3 電磁兼容共模輻射的機(jī)理與抑制思路電磁兼容EMC是PCB設(shè)計(jì)里最折磨人的領(lǐng)域之一也是學(xué)生最沒(méi)有概念的部分。因?yàn)镋MC問(wèn)題往往不是“能不能工作”的問(wèn)題而是“能不能通過(guò)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)”的問(wèn)題。板子功能完全正常但輻射超標(biāo)被測(cè)試機(jī)構(gòu)打回來(lái)這在真實(shí)項(xiàng)目里太常見(jiàn)了打過(guò)一次這樣的敗仗你就再也不敢小看PCB設(shè)計(jì)。在EMC的諸多課題里共模輻射是個(gè)特別典型的例子因?yàn)樗阍韴D畫得對(duì)不對(duì)幾乎無(wú)關(guān)純粹是物理結(jié)構(gòu)搞出來(lái)的事。我盡量用大白話講一下共模輻射的機(jī)理。任何一塊PCB上都有大量的高速信號(hào)在跳變這些信號(hào)需要一個(gè)“回路”回到源頭。在理想模型里回路電流走的是地平面而地平面是零電位的所以外界感受不到電場(chǎng)變化。但在真實(shí)板子里地平面不是無(wú)限大的理想導(dǎo)體它上面有縫隙、有過(guò)孔打斷、有分割還有從走線到地的寄生電容。當(dāng)高速信號(hào)的回流電流被迫繞行時(shí)地平面上的電壓分布就不再均勻整個(gè)地系統(tǒng)相對(duì)于外部環(huán)境就出現(xiàn)了一個(gè)高頻率的“抖動(dòng)”電位。問(wèn)題是板子還要通過(guò)線纜跟外部設(shè)備相連線纜一端接在這個(gè)抖動(dòng)的“地參考”上另一端接在外部環(huán)境的地上于是線纜就變成了一根巨大的天線把高頻噪聲輻射出去。這個(gè)過(guò)程里真正的輻射源不是PCB上的信號(hào)走線而是“走線回流路徑外部線纜”共同形成的環(huán)路。所以抑制共模輻射的思路也就清晰了要么減小高頻回流路徑的阻抗讓回流電流走你想讓它走的路要么在源頭控制信號(hào)的頻譜能量比如放緩上升沿、加展頻要么在線纜入口處加共模扼流圈和濾波電容把噪聲在進(jìn)入線纜之前就截住。這整套分析里用到的概念——回流路徑、環(huán)路面積、地電位波動(dòng)、共模電流、輻射天線模型——沒(méi)有一個(gè)是你拉一根線就能自動(dòng)避開(kāi)的。它們?nèi)坎卦赑CB的物理層里你必須主動(dòng)去設(shè)計(jì)、去控制、去驗(yàn)證。這就是PCB設(shè)計(jì)真正體現(xiàn)功力地方你不僅要把電路畫對(duì)你還要把物理場(chǎng)管理好。3. 一個(gè)典型的DCDC電路PCB設(shè)計(jì)藏著多少坑3.1 寄生參數(shù)如何毀掉一個(gè)“看起來(lái)沒(méi)問(wèn)題”的設(shè)計(jì)前面講了一些比較宏觀的概念現(xiàn)在落到具體案例上。我拿DCDC電路來(lái)說(shuō)因?yàn)殡娫措娐穾缀跏敲總€(gè)電子系統(tǒng)都繞不開(kāi)的部分而且它的PCB設(shè)計(jì)踩坑概率極高特別適合用來(lái)展示PCB設(shè)計(jì)的真實(shí)復(fù)雜度。DCDC電路的核心開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)上功率管以幾十到幾百kHz的頻率高速開(kāi)關(guān)輸入電流是一段一段的脈沖波形。學(xué)過(guò)傅里葉變換的都知道這種脈沖波形含有豐富的高頻諧波頻率能達(dá)到幾十MHz甚至上百M(fèi)Hz。而這一坨高頻能量恰恰就走在PCB走線和功率回路上。很多人設(shè)計(jì)DCDC的PCB時(shí)有個(gè)誤區(qū)覺(jué)得“電流越大走線越寬就行”。寬走線確實(shí)能降低直流電阻但高頻下走線的關(guān)鍵參數(shù)不是電阻是電感。一條走線的寄生電感大約可以按每毫米1nH來(lái)估算這只是個(gè)粗略值具體跟走線寬度、銅厚、回流距離都有關(guān)。如果你的開(kāi)關(guān)回路走線長(zhǎng)50毫米那寄生電感就有50nH當(dāng)開(kāi)關(guān)電流在幾十納秒內(nèi)從0跳到2A時(shí)這一小段電感上感應(yīng)的電壓尖峰就是VL×di/dt算出來(lái)有幾十伏甚至上百伏。你的芯片耐壓可能只有20V這一下就直接打穿了。我調(diào)試過(guò)一塊板子返修電源芯片燒了三次原理圖怎么查都沒(méi)問(wèn)題后來(lái)用示波器實(shí)測(cè)開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓波形發(fā)現(xiàn)振鈴幅度接近芯片絕對(duì)最大額定值。把布局改掉把功率回路從“繞一大圈”改成“極小面積閉環(huán)”同樣的芯片同樣的參數(shù)振鈴直接降到原來(lái)的三分之一。從那以后我再也不敢說(shuō)“電源電路很簡(jiǎn)單”這種話。3.2 環(huán)路面積、過(guò)孔、回流路徑的實(shí)際影響DCDC的PCB設(shè)計(jì)里有個(gè)特別重要的目標(biāo)功率回路的環(huán)路面積要盡量小。為什么因?yàn)榄h(huán)路就是天線面積越大輻射越強(qiáng)環(huán)路電感也越大電壓尖峰越高。具體來(lái)說(shuō)DCDC的高邊MOS管導(dǎo)通時(shí)電流路徑是輸入電容→高邊管→電感→負(fù)載高邊管關(guān)斷時(shí)電流路徑是電感→負(fù)載→續(xù)流管或體二極管→電感。這兩個(gè)電流環(huán)路在PCB上會(huì)反復(fù)切換。設(shè)計(jì)的目標(biāo)是讓這兩條環(huán)路在物理上都盡可能短、盡可能窄。那就牽扯到布局的技巧輸入電容要盡量貼著功率管的輸入側(cè)放中間不要隔過(guò)孔去繞一大圈高邊管和低邊管的源漏極要用短而寬的銅皮連接開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)這個(gè)高頻振鈴源走線面積也不能鋪得太大不然它就是一個(gè)大輻射體。再說(shuō)說(shuō)過(guò)孔。地過(guò)孔在高頻電路里簡(jiǎn)直是“隱形殺手”。在學(xué)生畫的板子里鋪了個(gè)完整的地平面看似很完美結(jié)果回流電流要穿過(guò)地平面時(shí)被幾個(gè)過(guò)孔硬生生擠到一條窄縫里繞路繞行的面積就是一個(gè)新的輻射環(huán)路。而這種問(wèn)題原理圖完全看不出來(lái)你只看連通性也看不出來(lái)必須去看回流路徑。我自己有個(gè)檢查習(xí)慣畫完板子之后針對(duì)每一個(gè)高速信號(hào)或者功率開(kāi)關(guān)回路把頂層和底層的走線、器件布局都摳出來(lái)在腦子里模擬一下電流從源到負(fù)載、再?gòu)呢?fù)載回到源的完整路徑。尤其是“回去”的路往往比送出去的路更容易埋雷。3.3 DCDC布局的幾條實(shí)用原則根據(jù)我的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)給新人幾條關(guān)于DCDC PCB設(shè)計(jì)的通用原則這幾條放在絕大多數(shù)降壓型DCDC上都適用哪怕你沒(méi)有做過(guò)仿真先把這幾條做到也能避開(kāi)大部分坑。第一條輸入電容必須緊貼芯片的VIN和GND引腳。注意是“緊貼”不是放在附近是盡量讓電容焊盤和芯片引腳之間的走線長(zhǎng)度不超過(guò)2到3毫米。如果放不下可以在同一層排盡量別用過(guò)孔換來(lái)?yè)Q去因?yàn)檫^(guò)孔的寄生電感對(duì)高頻紋波抑制是致命的。第二條功率回路的地要采用“開(kāi)爾文接法”來(lái)采樣。很多DCDC芯片都有反饋引腳或電流采樣引腳這些引腳的地必須單獨(dú)拉回IC的地焊盤不能直接接在功率地上的大電流路徑上。否則負(fù)載變化時(shí)功率地上的壓降會(huì)被反饋環(huán)路當(dāng)成紋波放大輕則動(dòng)態(tài)響應(yīng)變差重則環(huán)路振蕩。第三條電感底下要不要鋪銅要分情況。有人說(shuō)電感底下不能鋪銅因?yàn)榇艌?chǎng)會(huì)在銅箔里感應(yīng)渦流發(fā)熱也有人說(shuō)要鋪銅因?yàn)榭梢云帘未艌?chǎng)。其實(shí)要看是什么電感普通屏蔽電感或功率電感底下鋪一塊地銅反而有助于散熱但要注意不能形成閉合的回路讓磁力線切割出渦流開(kāi)放式繞線電感底下就不要鋪銅了讓磁場(chǎng)散掉否則渦流既發(fā)熱又損耗效率。具體可以看數(shù)據(jù)手冊(cè)的布局建議。第四條反饋?zhàn)呔€要遠(yuǎn)離開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)。FB引腳的走線連接的是輸出端的采樣電阻這個(gè)信號(hào)很敏感如果從開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)旁邊路過(guò)每一幀開(kāi)關(guān)振鈴都會(huì)耦合到FB上輸出電壓就會(huì)出現(xiàn)小毛刺。布局時(shí)讓FB走線走遠(yuǎn)離電感、遠(yuǎn)離SW節(jié)點(diǎn)的一側(cè)并且用地銅或者GND走線在旁邊做個(gè)保護(hù)。這四條每一條看著都不復(fù)雜但是把它們同時(shí)做到一塊板子上需要你對(duì)整個(gè)電路的工作時(shí)序、電流路徑、敏感信號(hào)分布有完整的理解。而這恰恰就是PCB設(shè)計(jì)真正的門檻所在。4. PCB設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)那些只有動(dòng)過(guò)手才懂的經(jīng)驗(yàn)4.1 器件選型與封裝細(xì)節(jié)一步錯(cuò)、步步錯(cuò)PCB設(shè)計(jì)不止是畫線還牽扯到你選擇的封裝形式、焊盤尺寸、引腳間距這些看似機(jī)械的細(xì)節(jié)但它們對(duì)你的設(shè)計(jì)成敗影響巨大。比如貼片電阻電容的封裝從0402、0603到0805、1206不僅是尺寸差異還對(duì)應(yīng)不同的額定功率和耐壓。有些學(xué)生習(xí)慣一股腦全用0603結(jié)果大電流采樣電阻發(fā)熱嚴(yán)重焊盤都能融化錫膏也有學(xué)生選0402的高速信號(hào)串阻結(jié)果焊接困難貼片機(jī)良率也差。還有一個(gè)特別常見(jiàn)的坑是焊盤封裝畫錯(cuò)。學(xué)校里畫原理圖元件符號(hào)不對(duì)頂多是被老師扣分但PCB封裝入庫(kù)要是錯(cuò)了板子打回來(lái)器件的引腳跟焊盤對(duì)不上整批報(bào)廢。這個(gè)問(wèn)題在真實(shí)項(xiàng)目里出現(xiàn)過(guò)不止一次解決方案只有一個(gè)畫封裝時(shí)老老實(shí)實(shí)對(duì)著數(shù)據(jù)手冊(cè)的推薦焊盤尺寸去畫別憑感覺(jué)估。尤其是那些引腳密集的QFP、BGA差0.1毫米可能就歪了方向。在布局階段還要考慮器件的可維護(hù)性。你所有的器件都貼到板子正面沒(méi)問(wèn)題但測(cè)試點(diǎn)如果全部堆在芯片底下調(diào)試的時(shí)候探針根本下不去。連接器如果放在板子邊緣就要留出插拔操作的空間很多新人畫的板子連接器離外殼邊太近結(jié)果插頭插不進(jìn)去又得重新改版。這些經(jīng)驗(yàn)聽(tīng)起來(lái)都不深?yuàn)W但你要一個(gè)人把所有器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)翻一遍、把所有引腳尺寸核對(duì)一遍、把每個(gè)測(cè)試點(diǎn)都留好位置這個(gè)工作量本身就很大而且這些全是PCB設(shè)計(jì)分內(nèi)的事。4.2 規(guī)則設(shè)置與仿真驗(yàn)證別讓EDA工具背鍋很多人覺(jué)得EDA工具是自動(dòng)的規(guī)則設(shè)置了就能保證不出錯(cuò)仿真過(guò)了一遍就等于驗(yàn)證過(guò)了。實(shí)際上工具只是把你的約束翻譯成圖形它不會(huì)替你做工程決策。PCB設(shè)計(jì)里的設(shè)計(jì)規(guī)則Design Rules設(shè)定是個(gè)很講究的事。線寬設(shè)多少、間距設(shè)多少不是越大越好也不是越小越好。設(shè)得太寬很多走線繞不開(kāi)板子尺寸變大設(shè)得太小生產(chǎn)良率降低而且電氣性能未必改善。在設(shè)計(jì)規(guī)則表里你要針對(duì)不同類型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)不同的規(guī)則電源網(wǎng)絡(luò)可以寬一點(diǎn)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)按芯片的I/O標(biāo)準(zhǔn)來(lái)決定差分網(wǎng)絡(luò)還需要單獨(dú)設(shè)置等長(zhǎng)約束。仿真這一塊很多初學(xué)者更是一頭霧水。有人以為仿真就是拿軟件跑一遍就完事了其實(shí)電源完整性仿真、信號(hào)完整性仿真、EMC仿真各有各的建模方式各有各的邊界條件設(shè)置。做PI仿真你要確定去耦網(wǎng)絡(luò)的頻段覆蓋做SI仿真你要先確立驅(qū)動(dòng)模型和接收模型的IBIS文件。這些前置工作沒(méi)做好仿出來(lái)的東西參考價(jià)值非常有限。我自己給新人的建議是仿真要做但不要迷信仿真結(jié)果要把仿真當(dāng)成“排查風(fēng)險(xiǎn)”的手段而不是“證明設(shè)計(jì)正確”的手段。仿真的意義在于提前暴露問(wèn)題幫你縮小風(fēng)險(xiǎn)范圍最終還是要以實(shí)測(cè)為準(zhǔn)。調(diào)試時(shí)是示波器說(shuō)話的地方。4.3 從學(xué)生思維到工程思維的轉(zhuǎn)變聊到這里我覺(jué)得有必要總結(jié)一下電子專業(yè)學(xué)生低估PCB設(shè)計(jì)本質(zhì)上是一種“學(xué)生思維”和“工程思維”的差異。學(xué)生思維里正確性是第一位的——電路原理正確、邏輯正確、代碼正確然后“就應(yīng)該能工作”。一旦不能工作就認(rèn)為是“硬件問(wèn)題”是別人PCB的問(wèn)題。工程思維里沒(méi)有哪個(gè)環(huán)節(jié)是“別人”的問(wèn)題。原理圖是你畫的是吧那PCB布局就是你的問(wèn)題PCB是你布的是吧那EMC過(guò)不了就是你的問(wèn)題板子是你調(diào)試的是吧那找不出問(wèn)題更是你的問(wèn)題。這種“全鏈路責(zé)任”的意識(shí)恰恰是工程項(xiàng)目得以順利推進(jìn)的基礎(chǔ)。我在工作中接觸過(guò)很多學(xué)生和剛?cè)肼毜男氯怂麄兺鶎?duì)PCB設(shè)計(jì)有一種居高臨下的輕視覺(jué)得這些“畫板子的活”交給外包就行自己專注“高大上”的算法和架構(gòu)才是正道。但真正做過(guò)完整項(xiàng)目的人都知道PCB設(shè)計(jì)是所有技術(shù)方案的物理載體是連接理論世界和物理世界的橋梁。你算法再巧妙、代碼再優(yōu)雅最終都得落到一塊板上而這塊板的設(shè)計(jì)質(zhì)量直接決定了你的算法和代碼能發(fā)揮出什么程度。很多公司招硬件工程師面試時(shí)特別愛(ài)問(wèn)PCB相關(guān)的問(wèn)題不是因?yàn)樗麄內(nèi)碑嫲宓娜硕且驗(yàn)閺腜CB設(shè)計(jì)的思路能看出一個(gè)人對(duì)系統(tǒng)的理解深度。一個(gè)能把布局約束、回流路徑、熱設(shè)計(jì)、EMC這些維度統(tǒng)籌考慮的人他對(duì)電路系統(tǒng)的理解一定比那個(gè)只會(huì)照著參考設(shè)計(jì)連線的人高出幾個(gè)層次。最后分享一點(diǎn)我個(gè)人的體會(huì)從我自己的經(jīng)歷來(lái)說(shuō)我是從大三開(kāi)始接觸PCB的當(dāng)時(shí)也跟大多數(shù)同學(xué)一樣覺(jué)得這是一個(gè)沒(méi)有什么技術(shù)含量的“體力活”。轉(zhuǎn)折點(diǎn)是研究生階段做的一塊高速采集板那塊板子第一次打樣回來(lái)高速ADC的采樣數(shù)據(jù)全是亂的。當(dāng)時(shí)我懷疑代碼、懷疑時(shí)鐘、懷疑電源就是沒(méi)懷疑PCB。折騰了兩周最后用近場(chǎng)探頭掃了一遍才發(fā)現(xiàn)根本原因是ADC模擬輸入走線和數(shù)字時(shí)鐘走線挨得太近串?dāng)_直接灌進(jìn)了采樣信號(hào)。那次經(jīng)歷徹底改變了我對(duì)PCB設(shè)計(jì)的看法。后來(lái)工作里做過(guò)電源、做過(guò)DDR、做過(guò)射頻前端、也做過(guò)EMC整改每一個(gè)領(lǐng)域都讓我更加確認(rèn)一件事PCB設(shè)計(jì)不是一個(gè)孤立的技術(shù)領(lǐng)域它是幾乎所有硬件技術(shù)知識(shí)的匯聚地。你今天掌握的每一條電路知識(shí)、每一個(gè)器件特性、每一段信號(hào)理論最終都要通過(guò)PCB設(shè)計(jì)這個(gè)環(huán)節(jié)變成實(shí)際產(chǎn)品。如果你現(xiàn)在還是學(xué)生我想跟你說(shuō)的是別把PCB設(shè)計(jì)當(dāng)成一件“需要的時(shí)候再學(xué)”的事。它值得你像對(duì)待數(shù)學(xué)、電路、信號(hào)系統(tǒng)一樣認(rèn)真去學(xué)。多畫幾塊板子多調(diào)試幾個(gè)問(wèn)題多在示波器和頻譜儀前面蹲幾個(gè)晚上你收獲的遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止是“會(huì)畫板子”這個(gè)技能而是一整套完整的硬件工程思維。換個(gè)角度說(shuō)你現(xiàn)在越早正視PCB設(shè)計(jì)將來(lái)在硬件這條路上就會(huì)走得越穩(wěn)、越遠(yuǎn)。