多板vs多层设计和系统级别设计的需要

2019年5月3日

汽车发动机的图片是多板vs多层设计的隐喻

十几岁时，我第一次打开自己第一辆车的引擎盖做一些维护工作，我立刻就被复杂的发动机和各种不同的部件吓到了。我想做的只是简单地换油，但我不知道从哪里开始，需要爸爸的帮助才能继续下去。几年后，我经常会做一些更复杂的维修工作，比如更换水泵、翻新刹车、调整发动机，而不会多想。

当第一次开始接触新事物时，感到不知所措是人类的天性，作为PCB布局设计师，我们可以看到同样的事情发生在我们的工作中。你还记得你第一次看到一个设计中所有未路由的网络，却不知道从哪里开始路由的时候吗?很快，您就学会了如何组织所有这些未路由的网络，以便有效地路由电路板。

下一个巨大的挑战可能是你第一次看到一个复杂的多层设计，并发现它同样令人生畏(至少我是这样)。我们都知道如何及时掌握多层设计的艺术，现在下一个挑战是:系统关卡设计。让我们来看看系统级多板和多层设计，看看如何了解如何使用系统级设计对PCB设计师来说变得越来越重要。

多板Vs多层设计及其对布局的意义

当第一次开始PCB布局时，大多数设计人员都在简单的单面或双面板上工作。向这些pcb添加层意味着增加电路板设计的复杂性，因为设计师现在需要管理更多的层。额外的层数确实增加了路由选项的自由度，但它也增加了更多要遵循的规则。这些规则包括:

迹宽:这些可能会根据所路由的层而改变，特别是在控制阻抗路由要求时。
间隔:根据电子或机械隔离区的需要和间隔要求，这将从外部到内部层发生变化。
布线方向:通常布线需要遵循每层一般的水平或垂直布线模式，以保持板上的金属平衡，并尽量减少相邻层信号之间的串扰。
跨平面分割布线:在布线高速传输线时，必须注意不要穿过下一层相邻电源平面被分割的区域。这将否定传输线的返回路径，并严重降低其信号性能。

由于设备需要更快的速度，更小尺寸的更复杂的电路，多层设计越来越有必要。正如你所看到的，当设计师从简单的双面板开始进行多层设计时，他们需要学习很多东西。然而，这是一个相当正常的调整，设计师将继续增长他们在设计多层板方面的知识。

就像布局设计师在第一次布局多层设计时必须应对这些新挑战一样，他们的第一次多层设计也会面临一些新挑战。他们将不得不学习他们的PCB设计工具的新功能，以确保所有的电路板及其相关原理图都被考虑和连接。

他们将不得不学习如何利用多板设计系统的力量，因为他们设计每个板与其他系统板相适应。多板设计的需求正变得越来越重要，特别是考虑到与旧的系统级设计方式相比，它可以节省时间和精力。

多层板中密集多层设计与多层设计的对比图

PCB设计师将需要提高他们的多层技能，以进行多板设计

对多板设计的需求

为了让系统关卡设计发挥作用，所有的系统板都需要相互配合。传统上，这意味着需要花费时间和资源的设计和原型构建系统。这个传统系统的工作流程通常是这样的:

构思顶层设计，确定每个板子的尺寸和形状。
将每个PCB设计为单独的单元。
建立所有单独pcb的原型。
在一个完整的系统模型中测试所有原型板的形式、适合性和功能。
回到每个板的设计，并根据需要进行修正和增强。
重复原型构建和测试阶段。

正如你所看到的，这个工作流程依赖于构建原型来测试PCB设计是否实际适合并按计划一起工作。不幸的是，这个工作流程也是耗时且昂贵的，为了满足当今快节奏市场的需求，时间和金钱是公司再也负担不起的奢侈品。

是的，完整的最终系统验证总是需要原型，但关键在于能够减少中间板旋转的数量。多板设计使其更容易在早期阶段确定要使用的连接器的位置和类型，节省时间和金钱。此外，它减少了与机械团队的相互作用，以决定各种pcb的定位，考虑到电路板对彼此的EMI或EMC影响。通过利用多板设计，PCB设计人员将能够减少用于原型测试的板旋转量，这将在设计周期中节省大量时间和费用。