回忆录：我的PCB设计生涯

01前言时间好快，初入工作的我不知为何听到PCB这个话题有许多的话要说。可能在我过去的许多年里接触了许许多多相关PCB的东西。从最初的拆解电路到自己设计板子，从国外的AD到国产的立创EDA，从双层板到四层六层板，从低速到高速板设计，我都很有感触。02企业文化第一次接触PCB是在我刚上小学的时候，将近十几年前了。那个时候家在豫东农村，对门邻居家开了一家废品收购站，经常可以在他家的废品堆里扒拉出来很多电子产品。那个时候的变压器里面的铜丝有红色、紫色、绿色各种各样，现在再也没有见到过。也就是那个时候从一些电子产品里面发现了一些板子，上面有密密麻麻的小东西，那个时候很好奇就是这个板子可以让小灯泡亮起来，让小喇叭响起来。现在想起来原来那就是PCB板。
也就是那时的某天下午，我突发奇想，从小板子上拆下来许多的元件，乱七八糟连接在一颗小灯珠上，然后把手伸向了插座，妄想着自己这样可笑的做法可以点亮这颗小灯珠。那年我手抓着灯珠，好像抓住了整个夏天。后面发生的事让我整个人愣在原地了许久，我只记得眼前的插座发出一道刺眼的光，我的身体就像被定住了一样木在原地，我可以清楚听到心脏在剧烈的跳动着，像要跳出胸膛。这道明亮的闪光给那时我幼小的心灵带来了强烈的震撼和畏惧，以至于过去了十几年，即便许多记忆都已模糊而这个画面我仍记忆犹新。
再次接触到PCB是在我将要上初中的时候，因为我很喜欢音乐，我的爸爸给我买了一个蓝牙音响，那大概是2012年，那时手机的品牌还是金立、波导、诺基亚。偶然的一天那个小音响坏了，我便把他拆开来看，当时的我就记得，原来是这一根导线断了，那个时候还没有玩烙铁，拿着胶带把引脚粘起来便凑合可以响了。那个时候的音响主板就是我们现在见到的这样了，贴片的元件、绿色阻焊的双层板、SOP8的D类功放芯片。这个小音响是我兴趣的启蒙，也就是从这个时候开始我喜欢上了功放这个东西。
时间过得很快，转眼到了高中，河南这边的高中很辛苦，早自习晚自习几乎吃光了所有的课余时间。但是在周末我还是有一些时间去玩这些东西。我开始用淘宝，找到了入门必玩的TDA2030小功放，自己拿锯子开木板，去淘喇叭，组装了自己的第一台8寸的音响。那个夏天我很开心，听着自己做的音响，心情格外的凉爽。
转眼上了大学，大学期间是我知识突飞猛进的时候，我花了许多的时间来学习基础的模电数电电路知识，后来也学了撸代码，但是在后面的比赛中逐渐向硬件倾斜，那年PCB厂商开始干仗，以前发一次板子要百十块，现在等于免费。虽然说干仗这个词语不好听，但是不得不说这两年对我们大学生在这个硬件PCB方向的发展起了很大的促进作用。大学期间参加了好多的竞赛拿了许多的国奖省奖专利、主要做的都是硬件电路PCB设计这个方面，给我后面工作积累了一定的经验。
这是我第一次用AD绘制的PCB板子，看起来不太像第一次画的吧
后面比赛绘制的驱动板
现在的我进入了一家功放设计公司，我很喜欢这个工作，从事的也是硬件相关的设计。在这里我开始重视许多之前没有注意到的点，EMC、ESD、阻抗、高速、热分析等等。我的心中有一个词，叫学无止境，每到一个环境都可以学到新的知识，给自己新的感触，下面就是我过去所用到的一小部分相关知识，漫谈一下。
03EDA软件真正的设计一款PCB一定要从EDA软件开始，没有EDA软件就没有PCB。我们常用的EDA软件有许多。消费类产品用PADs多一点，高速多层板用Cadence多一点。同样也有沿海和内地用哪种多一点之分。而对于大学生和大多数没有高速设计和高成本要求的公司AD(AltisimDesigner)还是一个比较多的选择，在这两年因为某些原因，国产的EDA软件也开始重视起来，出现了像立创EDA等一批这样的优秀软件。
AD
AltisimDesigner应该是大多数初接触者会用到的工具，也是一款比较完整和功能强大的EDA设计工具。即便是使用了三四年之久，我在和同事沟通时，偶尔也会发现几个好用的功能。AD的功能很强大，在一些高级功能上面国产EDA是没有任何可比性。AD的优先选项设置和快捷键在生产设计过程中用好了会非常有效率。下面是搜集的一点快捷键，仅供参考。

立创EDA
在这两年的大形势下，国产EDA软件发力，其中生态做的比较好的是立创EDA。起初我是没有打算使用的，但是因为和打样相关联，所以尝试了一次，发现在设计简单的板子时，他的库以及常用的功能足以满足我们日常的设计需求，而且打样SMT以及物料采购都是可以一条龙完成的，这一点是其他EDA软件比不了的。

这是我用立创EDA快速绘制的PCB，通过自带的库可以预览到非常逼真的3D仿真图
这个异形板子你能看出来它有哪些功能嘛?
但是也有需要说的，其他的老牌EDA软件毕竟是许多年更新积累的产品，在面对专业的EDA制版需求面前，还是要用像Cadence或者AD这样的软件，在一些高级的功能上面国产EDA还是有很长的路要走。
03PCB拆解DIY一个硬件工程师，怎么可能没有拆解过几个小产品呢。在我成长过程中拆掉的东西简直数不过来，但是在早期一直没有记录。前些天拆解过一个大功率锂电池充电器，写了一篇文章，感兴趣的可以看一下——锂电池大功率充电器拆解
在这个拆解的充电器里面，可以看到很多优秀的设计。大过孔有利于散热、大面积铺铜有利于电流的顺畅流通，但是他的过压和反接保护做的不好，也是这个主板之所以坏的原因。值得我们借鉴。

下面这个是我设计的一个锂电池充电器的局部图，同样的写了一篇文章来记录——锂电池大功率充电器
在这个板子中非常符合高内聚低耦合的思想。按照功能划分模块电路，模块之间有0欧姆跨接，可以一次焊接，分布调试。在丝印处理上，也比较符合个人的审美，便于分辨观察。


这个小东西从PCB和建模都是一起完成的。同样有一篇文章来介绍他——便携紫外消毒灯
在这个产品制作过程中体现了结构的作用。一个产品里PCB的外形一定不是随意的。外形设计是根据结构提供的图纸来定的。而后在PCB内部在进行布局处理。在这个板子设计中，预留了走线开槽，考虑了PCB的厚度以及元器件的高度等信息。总的来说，像要设计一个好的产品需要考虑到的地方是非常多的。

下面的图片是一个ESP32-SOLO的核心板，在当时业界推出粉色阻焊时立即尝鲜，打印了一版粉色PCB。

下面的板子是一个显示屏的驱动板，MIPI信号走了差分线，差分线做等长处理，过孔包地，蛇形走线靠近端子，等长做好阻抗匹配。基本上控制好这些点，简单的差分阻抗设计应该不是问题。

04EMC设计
接下来要说说PCB进阶要考虑的东西了。在一个产品的开发过程中，一定是要通过EMC认证的，所以说PCB的EMC设计显得格外重要。
EMC(电磁兼容)是指电子、电气设备或系统在预期的电磁环境中， 按设计要求正常工作的能力。它是电子、电气设备或系统的一种重要的技术性能，主要包括EMI(电磁干扰)、EMS(电磁抗扰度)、电磁环境三方面的含义。包含了CE(传导骚扰)、RE(辐射骚扰)、ESD(静电抗扰度)、EFT(脉冲抗扰度)、SURGE(浪涌)等几十条测试标准。
PCB就像一个完整产品的缩影。它是EMC技术中最值得探讨的部分，是设备工作频率最高的部分，同时， 往往也是电平最低、最为敏感的部分。PCB的EMC设计实际上已经包含了接地设计、去耦旁路设计等。一个有着良好地平面的PCB，不但可以降低流过共模电流产生的压降，同时也是减小环路的重要手段。
当一个产品的PCB被设计完成后，可以说，其核心电路的骚扰和抗扰特性就基本已经被确定下来了。要想再提高其电磁兼容特性，就只能通过接口电路的滤波和外壳的屏蔽来 “围追堵截” 了，不但大大增加产品的后续成本，也增加产品的复杂程度，降低产品的可靠性。可以说，一个好的PCB可以解决大部分的电磁骚扰问题，只要在接口电路排版时适当地增加瞬态抑制器件和滤波电路就可以同时解决大部分的抗扰度和骚扰问题。在PCB布线中，增强电磁兼容性不会给产品的最终完成带来附加费用。在PCB设计中，如果产品设计师往往只注重提高密度、减小占用空间、制作简单或追求美观、布局均匀，忽视线路布局对电磁兼容性的影响，使大量的信号辐射到空间形成骚扰，那么这个产品将导致大量的EMC问题。很多例子就算加上滤波器和元器件也不能解决这些问题，到最后，不得不对整个板子重新布线。
一个具有良好EMC设计的PCB，必须能避免共模干扰电流流过产品内部电路，并将其导向大地、低阻抗的外壳或电路中的非敏感电路区。同样， 于PCB内部的EMI噪声源电路，如时钟发生电路、时钟传输线路、开关 电源 的开关回路、高频信号线路等，以及产品的EMI噪声或共模电压也必须被隔离在电路内部，避免与外围的电路或电缆产生耦合，从而产成辐射。
在EMC设计中，可以考虑下面这些点来规避问题的出现。
器件分区和信号线分区，保证数字器件在一个区域，模拟器件或信号线在另一个区域，而且，其间在PCB的表层和底层有地线隔离，减小串扰和辐射。
在多层板PCB设计中，建议在晶振下方设置局部地平面。对于两层板，此方法显得更为重要，规范的设计在后续问题的排查中会很快的找到问题。
6层以上的多层板表层或底层不允许长距离布时钟线。最大允许的表层时钟线长度为时钟信号波长的1/20。
晶振和驱动电路的下方及离这些电路300mil的距离内不能布信号线。
TVS及类似的保护器件在PCB中布局时，应放置在接口连接器之后的信号入口处，靠近连接器，并且保护器件位于被保护器件与接口连接器之间，信号先经过保护器件，再由保护器件引向被保护器件。
杜绝高dU/dt的印制线或器件放置在PCB的边缘，如果设计中由于其他原因一定要布置在PCB边缘，那么可以在印制线边上再布一根工作地线， 并通过过孔将此工作地线与工作地平面相连。敏感印制线或器件布置在PCB边缘会产生抗扰度问题。
消除一种误解：不要认为辐射是由晶振直接造成的，事实上晶振个体较小， 它直接影响的是近场辐射(表现为晶振与其他导体( 如参考接地板)之间形成的寄生电容)，造成远场辐射的直接因素是电缆或产品中最大尺寸与辐射频率波长可以比拟的导体。
此外，我们都说要分开模拟地和数字地等多种地平面。但是你真的会分或者是说有必要分吗。在这下面的图里表述了一个比较完整的分地流程。

PCB设计很简单，但看似简单又不简单。学无止境，在这个方面还有很多的知识和要点等着去学习去思考，希望今天的分享能够给Reader带来帮助。
作者：丸子~https://mbb.eet-china.com/forum/topic/128869_1_1.html本文为面包板社区原创文章

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