7種PCB設計過程中可避免的致命錯誤

八月 18, 2016
Facebook
Twitter
設計電子產品是很繁複的過程,而最常見的錯誤常發生在連接和固定所有電子元件的印刷電路板(PCB)上。

不論你是選擇自行設計或雇用工程師,我強烈建議在生產任何原型之前先請一位獨立的工程師來做設計的審查。我自己一直都這麼做。獨立的設計審查是避免下列高代價錯誤的最有效方式之一。

1. 高電流佈線寬度不足

如果PCB佈線需要承載超過幾百毫安培的電流,則最低寬度八成是不夠的。相同厚度的佈線在外層能乘載的電流高於內層的佈線,這是因為外層的佈線有較佳的氣流和散熱條件。

每條佈線上的銅材厚度以重量計算。多數的PCB製造商會讓你選擇從0.5 oz./sq. ft.到大約2.5 oz./sq. ft.的銅重量。

我建議使用佈線寬度計算機來確保計算的正確。必須提供允許的佈線升溫範圍來計算承載電流的能力。保險的選擇是升溫10C,但如果你需要更窄的佈線寬度,則可以用20C或更高的升溫來計算。

2. 焊盤佈局錯誤

​PCB設計軟體的套件提供了電子元件的資料庫,而這些資料庫含有所有元件的電路圖符號和PCB焊盤佈局。如果在你的設計中只用這些元件,通常不會出什麼問題。

但是如果你使用資料庫以外的元件,就必須手動繪製電路圖符號和PCB焊盤佈局。這個過程很容易出錯,尤其在焊盤佈局上。舉例來說,如果焊墊之間的距離有誤差,即使遠小於1公厘,會讓腳位無法正確對齊,使焊接變得很困難或完全不可能。

3. 無線設計中的天線配置錯誤

如果你的產品會用到無線技術,那PCB上面的天線配置就至關重要,然而這是連電機工程師都會出錯的工作。

為了在收發器和天線之間取得最大的功率轉移,兩者的阻抗必須相符。這是複雜的阻抗,而非單純的電阻。天線和收發器之間需要有妥善的傳輸線。多數情況下,傳輸線要有50歐姆的阻抗來取得和天線之間的最大功率轉移。

你可以用特殊的計算工具,例如Avago的AppCad (免費)來決定正確的阻抗需要採用怎樣的PCB傳輸線尺寸。我推薦這款AppCAD是因為它可以處理多種不同的傳輸線(微帶、共面波導等等)。我自己也固定會使用這個工具。其他線上計算機的選項比較少。

除了LC pi網路,天線和收發器之間通常也需要相符的電路,如此可以微調天線的阻抗。

4. 未使用去耦合電容或放置錯誤

電路裡多數的元件需要穩定的電壓,而在電源軌上安裝去耦合電容可以幫助我們達成這個目的。

然而,去耦合電容需要盡可能接近需要穩定電壓的腳位才能有效發揮作用。從電源軌接過來的電源佈線在連上需要穩定電壓的腳位前也要先通過去耦合電容。

對高度敏感的元件(例如類比對數位轉換器)而言,還需要加裝串聯感應器。如此可以構成低通LC過濾器來消除任何電源雜訊。

5. 切換式穩壓器配置未最佳化

電路設計中有兩種穩壓器。第一種是線性穩壓器,消耗很多電力,但很便宜而且通常較容易達成正確配置。然而對功率特別高或超低雜訊的應用而言,線性穩壓器的配置就更加重要。

第二種是切換式穩壓器,這種穩壓器較為複雜,但效率較高(耗電少 = 延長電池壽命)。雖說如此,這種穩壓器在電路板上需要更仔細的配置,因此我們必須嚴格遵守規格表的指示。​

6. 使用盲孔或埋孔

通孔會通過電路板上的每一層。即使你只是想把一層的佈線連到另一層,其他每一層也都會有孔,而如此造成的問題是PCB尺寸的增加,因為通孔會減少每一層可用的線路空間。

盲孔連接外層和內層,而埋孔進行兩個內層之間的連接。聽起來簡單,但卻不然。盲孔和埋孔視電路板堆疊的方式而定有不同程度的嚴重限制,而且會大幅增加原型設計的成本,所以對多數的應用我都不建議使用。

7. 高速佈線過長

高速訊號應該要依最短、最直的路徑來傳送。對多數的設計而言,這至少代表要繞過所有高頻晶體。
多數以微控制器為基礎的設計需要的高速訊號很少,但如果你的產品採用有外部資料和地址匯流排的速微處理器,則佈線的路徑重要性就大幅提升。

總結

以上只是印刷電路板配置中可能出現的部份錯誤。如果你取得另一方的意見(即獨立的設計審查),就能明顯提升一次做到好的機會。否則的話,製作出的原型可能無法運作,屆時就需要花更多錢來修正,也需要更長的時間才能讓商品問世。

(譯:屠建明)
[原文]

Social media & sharing icons powered by UltimatelySocial