電氣系統(tǒng)的PCB設(shè)計：組件放置策略和功能

一塊印刷電路板（PCB）只能做很多事情。我們已經(jīng)看到了微型化的進(jìn)步，以及可以在單個芯片上壓縮的晶體管數(shù)量的穩(wěn)定增長。電氣系統(tǒng)設(shè)計看起來比以往任何時候都更加復(fù)雜，并且似乎并沒有變得更加容易。諸如EMI問題，散熱限制以及電路復(fù)雜性整體上升等因素已使多板PCB設(shè)計成為工業(yè)上的必需品。

多板PCB系統(tǒng)是任何需要多個PCB協(xié)同工作的設(shè)計。從分區(qū)到板內(nèi)連接，再到3D設(shè)計注意事項，以及降低EMI（電磁干擾）的技巧，讓我們深入研究電氣系統(tǒng)中的常見組件放置策略。

分區(qū)：PCB系統(tǒng)和子系統(tǒng)

PCB分區(qū)（不要與用于存儲目的的硬盤驅(qū)動器的數(shù)字分區(qū)混淆）是關(guān)于基于功能對組件進(jìn)行物理分組。每個功能子系統(tǒng)都可以看作是一組組件及其支持電路。

例如，您的典型主板可以進(jìn)一步細(xì)分為許多功能單元，例如處理器時鐘邏輯，總線控制器，總線接口，內(nèi)存，視頻/音頻處理模塊和外圍設(shè)備（輸入/輸出）。

在多板PCB設(shè)計的背景下，分區(qū)后可以將組件重構(gòu)到不同的板上。這樣做可能有很多原因，其中包括：

lEMC（電磁兼容性）：通過諸如分離模擬電路和數(shù)字電路之類的最佳實踐來減輕EMI的關(guān)注（我們將在本文后面深入探討更多此類EMI降低技術(shù)）。

l成本：對于需要更昂貴的多層板體系結(jié)構(gòu)的功能電路，使用可以連接到主板的較小的板可能會更便宜。

l模塊化：在設(shè)計多個產(chǎn)品時，通過將模塊化標(biāo)準(zhǔn)化單元整合到設(shè)計中，可以節(jié)省業(yè)務(wù)時間和金錢，并允許您根據(jù)需要向底板添加功能（例如Arduino芯片組中的防護(hù)罩）。

l3D空間：僅僅因為您可以將所有電路安裝到單個標(biāo)準(zhǔn)的10“ x 16” PCB（大約是披薩盒的大?。┥?，并不意味著這對于設(shè)備外殼的物理尺寸和形狀是可行的。

在解決特定問題時，電氣系統(tǒng)設(shè)計涉及很多技巧和創(chuàng)造力，這些特定問題迫使具有自己的電壓和電流屬性的整個組件組合為一個功能正常的設(shè)計。

電氣系統(tǒng)設(shè)計和板內(nèi)連接

確定電氣系統(tǒng)的連接器不僅僅是確定哪種方法最適合您的可用生產(chǎn)預(yù)算。連接器是多面的，在某些特定的設(shè)計情況下，當(dāng)您處理特定的電源需求時，連接器可能成敗。

板內(nèi)連接器是多板PCB設(shè)計的基石?？焖贋g覽一下不同類型的板內(nèi)連接：

l板對板：公/母，針腳/插座接頭是最常見的板對板連接器類型。它們往往成本低廉，并且不適用于高速電路。但是，您可以使用更多的引腳數(shù)和多個引腳來處理更大的電流消耗。一個好的經(jīng)驗法則是要牢記制造商的每個引腳的額定電流處理能力。

l卡邊緣連接器：可以將從一塊板的邊緣引出的跡線插入另一塊板上的匹配插槽中，以使兩塊板彼此垂直。卡邊緣連接器通常用作母板，背板或轉(zhuǎn)接卡上的擴(kuò)展插槽，而PCI-e（外圍組件互連Express）插槽則用于為計算機(jī)增加更多RAM。直接與板上走線接觸的耐腐蝕金觸點使其非常適合高速數(shù)字信號電路。

l板對線束：在許多情況下，可能需要將電纜和電線連接到板上。服務(wù)器房間特有的FFC（柔性薄膜電纜），FPC（柔性印刷電纜）和帶狀連接器就是最好的例子。

l直接焊接：城堡形通孔允許您創(chuàng)建可以輕松焊接在一起的PCB模塊。這些對于將小型無線模塊連接到較大的板上特別受歡迎。只要確保遵循高焊接標(biāo)準(zhǔn)，例如IPC-A-610或J-STD-001。

無論您的設(shè)計需要創(chuàng)建彼此堆疊的PCB塔，還是將板滑入機(jī)架或背板，確保您能夠在組成產(chǎn)品的不同板之間建立牢固的連接都非常重要。

降低高速電路中的EMI

EMC / EMI問題是多板PCB設(shè)計背后的主要驅(qū)動力之一。產(chǎn)生EMI所需要的只是能量和天線。對高性能電子產(chǎn)品的需求意味著高速信號電路將在未來幾年變得越來越普遍。

多板設(shè)計為您提供了更多空間來適應(yīng)EMI / EMC最佳實踐。諸如將模擬信號和數(shù)字信號分開，避免在狹窄的板上形成直角走線之類的事情，以及根據(jù)需要經(jīng)濟(jì)高效地使用多層板。同時，多板設(shè)計也帶來了新的問題，要求您將分析范圍從單板擴(kuò)展到板與整個系統(tǒng)之間的連接。

結(jié)合3D設(shè)計考慮因素

多板設(shè)計就像是昂貴的3D拼圖。組成系統(tǒng)的每個板都必須裝入物理外殼或機(jī)箱中。沒有什么比起草“完美的” CAD工程圖，購買所有的電路板，零件和連接器更糟糕的了，只是發(fā)現(xiàn)在組裝當(dāng)天您并沒有正確獲得所有3D間隙。更糟糕的是，沒有為適當(dāng)?shù)耐L(fēng)留出足夠的空間，會使您的產(chǎn)品受熱相關(guān)的性能下降。而且，我們甚至還沒有完全了解EMI的物理現(xiàn)實。

幸運的是，我們現(xiàn)在生活在一個存在軟件的時代，該軟件可以幫助設(shè)計人員跟蹤所有這些“令人困惑的部分”。設(shè)計人員現(xiàn)在可以采用整體方法進(jìn)行多板PCB設(shè)計，對所有板，連接器，電纜，插座和其他結(jié)構(gòu)進(jìn)行信號完整性分析。