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家政和PCB设计:让我们画一些相似之处

一年的家居装修浪潮席卷了我家附近;很有可能,你的也是。当我们发现自己更多地呆在家里时,人们正在做院子里的项目和丢弃杂物。清理我的行为包括买一台高压清洗机和一些配件。在我把高压水流对准墙壁和走道之前,我想先尽可能地了解一切。

我学到的一件事是,使用额外长度的高压软管和加长的魔杖将使工作继续进行,因为我不必经常移动机器。交易的另一部分是,额外的长度降低了机组可以提供的最大水压。

水泵的2500 PSI就像电压一样。每分钟通过高压软管的1.5加仑水就是电流。当我们考虑到整个系统的压降时,它们相乘得到的瓦数决定了实际的清洁功率。

有进水的最低压力和最高温度参数,因此压缩机具有较长的使用寿命。任何软管的紧弯都要避免。你也必须意识到表面正在被清洁,并使用正确的尖端,以调节出水压力。小心你拿枪指着哪里!

就像这样,当涉及到传输线的长度时,我们的印刷电路板也以方便为代价。额外的跟踪长度是有损的。不仅如此,由于噪声发生器可以耦合到信号上的攻击面较多,因此在较长的跟踪过程中,信号也可能会降级。我们必须在可用的几何形状内工作,同时给我们留下无尽的选择。

气隙和铜的厚度是相互关联的

这让我想到了我们在设计PCB时必须管理的其他权衡。首先想到的是,看到很多电流的电路板将受益于有厚厚的铜层来处理电源。同时,我们也喜欢使用狭窄的痕迹,并将它们打包在一起,以逃离较大设备的内部区域。

它成为一种平衡行为,以获得正确的堆叠,允许一些细间距连接以及一些高电流应用。的这种设置的设计规则将允许信号层上的小气隙而其他人则有更大的间距规则集来提供电力。

这两者并不能形成良好的邻居关系,所以我们需要其他层来充当屏障。添加层会增加成本,所以我们必须尽量利用现有的层。有些情况下,微调规则只适用于局部区域。一旦摆脱了连接器或处理器,将应用一组更保守的规则。在这个过程中拨号是一种平衡行为。

组件放置如何?

我们知道小尺寸是首选。这就是那些高度集成电路的用武之地。一个“万能”的芯片系统(SOC)实际上有数百个无源部件,也许还有几十个额外的集成电路来创建一个系统。大多数附加电路都希望尽可能接近SOC。

所有的内存和高速连接都想占有一席之地。可能需要足够的电源来保证一个特殊的电源管理集成电路或简称PMIC。当然,任何模拟线都应该是短而直接的SOC。为什么SOC上没有这些功能呢?

图1所示。六层板的成本可能更低,但必须将一些路由空间分配给外层。

归根结底是芯片架构。相对于构成SOC大部分实际资产的几乎看不见的晶体管栅极,存储单元是巨大的。模拟是一种不同的野兽,它善于捕捉任何噪音。这就引出了电源硅。这些东西必须有自己的包装,因为它的设计就是一个噪音制造者。

然而,计算设备周围的区域是一个热门商品。我指的是字面上的意思。它周围的空间越大越好。在面对小尺寸的需求时,这是一个文件。我们想让我们的部分靠近,同时又分开。

所有这些相互竞争的因素都导致了战略性集群,通常是通过它们的电压将事物分解,其次强调它们的路由。在PCB元件放置的平衡过程中,我们还考虑了热和电磁干扰。如果我们能把事情进一步展开,那么我们就能增加我们的测试访问。与此同时,如果我们能压缩整个电路板,在比去年产品更小的外壳中为更大的电池腾出空间,那就太好了。

印刷电路板布线的权衡

因此,路由是位置的函数,而位置是上面提到的几个因素的函数。其中一些因素是相互直接竞争的。即使用最好的模拟也很难预测重叠的细微差别。完美是遥不可及的,所以我们要寻找的是足够好的。如果它能在保修期内可靠地工作,那么我们的工作就完成了。

给定一个足够长的跑道,理论上我们可以接近一个完美的内存总线,使用最小的弯道和最小的空间,同时为所有不同的连接保持最佳的间隔。可以将时间预算设置为极小的允许偏差。问题是时间几乎总是不够用的,所以我们需要信号能处理的所有纬度。
图2。使用外层布线可能不需要那么多的过孔,但暴露的痕迹会侵蚀放置区域。

要让每个人都快乐似乎是不可能的。每个人,我不仅包括内部团队,还包括每个供应商,他们提供围绕他们的芯片构建的参考设计,就好像它将是板上唯一的东西一样。营销团队希望它为CIS或返校,或者其他日期做好准备。现在,客户下周要样品。我们如何平衡所有这些相互竞争的利益?

你知道这是怎么回事。在时间和空间允许的范围内,设计人员将每一项要求都纳入其中。第一次修订出来了,我们了解到一些没人能想象到的问题。夜以继日的工作带来了突破,而这些突破几乎总能在下一次迭代中带来涉及更多部件的解决方案。

你的工作变成了全力以赴,让这些新部件看起来就像它们本来就应该在那里一样放置和布线.这不是为了好看。优雅在于表演。看到那样的美需要一双训练有素的眼睛。你不可能通过强力清洗来获得干净的布局。这通常需要妥协。

作者简介

John Burkhert Jr是一名职业PCB设计师,在军事,电信,消费硬件和最近的汽车行业经验丰富。最初,一个射频专家——被迫时不时地翻转比特,以满足高速数字设计的需要。当他不写或执行PCB布局时,约翰喜欢玩贝斯和赛车。你可以在领英上找到约翰。

约翰·伯克特的个人资料照片