在多年与硬件创业者的合作中，我见过太多设计糟糕的印刷电路板(PCB)的案例，这些电路板永远达不到商业生产的质量要求。
在某些情况下，这些委员会是由企业家自己设计的，有时是由自由职业工程师设计的。
特别是在聘请假定的专家设计PCB的情况下，能够判断其工作质量是非常重要的。
我想许多电气工程师都会同意，大多数工程师从未在学校教过PCB设计。因此，请务必避免雇佣缺乏实际PCB设计经验的工程师。
虽然确实需要PCB设计专家进行恰当完整的设计评审，但还是有一些方法可以快速判断PCB设计的好坏。
原理图可以告诉您如何将组件连接在一起以提供给定的功能。然而，就其本身而言，它提供了关于如何实际放置和连接组件以提供功能性产品的非常有限的信息。
例如，草图线被转换为印刷电路板(PCB)上的迹线。然而，除非在原理图中明确记录，否则原理图几乎不会提供关于这些线路所承载的信号类型的信息。
如果PCB布局是由不同于原理图设计工程师的工程师设计的，则该原理图尤为重要。
这些线路中的信号可能是低电平、低噪声信号，必须从噪声较大的PCB走线中去除，以避免噪声。
或者，它们可能是快速数据或时钟信号，扇出到多个芯片上的许多引脚。在这种情况下，走线的长度应匹配并保持较短，以避免延迟不匹配。
如果没有正确设计这些走线，则某些PCB可能会起作用，而某些PCB可能不会起作用，这取决于用于填充每个PCB的组件的特性和公差。
换句话说，即使PCB忠实地互连了完整工作原理图的所有元件，最终产品也可能无法按预期工作。
本文介绍了快速判断PCB设计质量的七种方法。
这里强调的是布局和元件放置，而不是电路板结构本身的实际质量(这完全取决于电路板制造商)。
最后，本文并不打算高度技术性，当然也不会涵盖所有的可能性，尤其是对于高度复杂的设计或者具有独特需求的设计。
本文的目的是向你展示如何快速确定你的PCB设计是否糟糕，因为在PCB设计的某些特定领域，新设计师最容易做错事。
1 PCB走线
大致观察一下PCB上的可见走线。这些将被阻焊层覆盖，阻焊层是一种类似油漆的聚合物薄层，覆盖铜迹线以防止氧化和短路。
这一层通常是绿色的，但也可以使用其他颜色。请注意，白色阻焊膜通常使走线最难看到。大多数情况下，使用标准绿色即可。
此外，实际上只有顶层和底层是可见的，如果纸板有两层以上，您将看不到内层。尽管如此，仅仅审查外层仍然应该提供一些关于设计质量的线索。
首先，检查是否所有轨迹都是直线延伸，没有急弯。对于一些大功率，高频率，有锐角的走线，可能会比较麻烦。
与其试图确定哪些走线可以接受90弯曲，不如避开它们。无论如何，大多数CAD PCB布局软件包都可以设置来避免这个问题。
请注意，有一些例外。有些印刷电感是方形同心螺旋，有些印刷天线有急弯。但是，两者都很容易识别。
2 去耦电容器
所有的芯片都需要电源才能正常工作，但是当有事情发生时，离芯片一段距离就需要电源？在这些情况下，必须通过PCB走线(尽管通常通过内层的PCB电源板)向芯片供电。
去耦电容非常靠近芯片的电源引脚，以滤除任何高频噪声，从而避免对芯片产生负面影响。
一般来说，如果一个芯片有多个VDD引脚，每个引脚至少需要一个去耦电容，有时甚至更多。
这些去耦电容的物理位置应该非常靠近应该去耦的引脚。如果不出现这种情况，其效果就会大打折扣。
如果您的PCB设计没有在大多数微芯片的电源引脚旁边放置去耦电容，这意味着设计不正确。
如果你雇人设计PCB，但他们没有正确处理去耦电容，那么你应该找一个新的设计师。
3 PCB走线的长度均衡
在需要多个信号之间精确时序关系的设计中，PCB走线的长度必须匹配。例如，当将高速时钟信号路由到多个芯片或在微处理器和RAM存储器之间运行的数据和地址总线时，这一点至关重要。
这可以确保所有信号以相同的延迟到达目的地，从而保持信号边沿之间的关系。这需要访问原理图，并了解哪组信号线需要精确的时序关系。
然后，跟踪走线，看看是否实现了某种走线长度均衡(称为延迟线)。这些延迟线通常看起来像曲线，如下图1所示。
https://tupian.lamuhao.com/pic/img.php?k=白色的rgb值,保山电容柜标准2.jpg"> 图1 – PCB延迟线用于确保信号同时到达
请注意，信号路径中的过孔会导致额外的延迟。如果无法避免这些问题，请检查所有需要精确时序关系的走线，并确保它们具有相同数量的通孔。或者，您可以使用延迟线来补偿通孔引起的延迟。
＃4 –天线馈线
如果您的设计包括无线电发射器，接收器或收发器（发射器和接收器组合在一起），则它必须具有天线。
为了获得最佳性能，RF芯片上射频（RF）引脚之间的馈线应与与其相连的馈线阻抗匹配。反过来，该馈线必须匹配天线的阻抗。
为了使天线和无线电芯片之间的功率传输最大化，此阻抗匹配是必需的。
任何不匹配都会导致实际传输功率的减小，从而减小工作范围。该馈线只是具有受控阻抗的PCB走线，该阻抗与天线阻抗（通常为50Ω）匹配。
如果发射机的输出阻抗与馈线的阻抗不匹配，则通常采用由电感器和电容器组成的匹配网络。
为了实现受控阻抗，馈线是PCB走线，其计算出的宽度在接地层上延伸。该走线的宽度取决于铜走线的厚度，PCB基板的厚度和介电常数。
有许多在线工具可用来计算给定铜厚度和基板材料所需的确切宽度，并且最好在实际的PCB中确认确实如此。我最喜欢的是可以从Broadcom下载的名为AppCAD的免费软件。
如果天线是PCB天线，则应位于PCB的一侧，没有任何接地平面。应该清除任何其他痕迹，并远离任何大型组件。
天线周围的丝网印刷标记通常很好，但是铜制标记（例如PCB编号或公司名称）会使天线失谐。
＃5 –元件放置
除了放置去耦电容器外，在电路板上放置元件还有其他一些注意事项。
这里有一些注意事项：
如果电路中包含电感器，则不应将它们放置得太近。电感产生磁场。将它们紧密地放置在一起，尤其是首尾相连可能会导致它们之间不必要的耦合。
此外，电感器不应靠近大型金属物体放置。磁场会在这些物体中感应出电流，这会改变电感器的值。
环形或圆环形的电感器通常不易产生杂散磁场，因此其影响较小。如果无法避免将电感器靠近放置，则应将它们彼此垂直放置，以减少不必要的互耦合。
如果电路板上装有功率电阻器或任何有大量热量产生的组件，则需要考虑热量对附近其他组件的影响。
例如，如果电路包含用于补偿环境温度影响的热敏电阻，则不应将其靠近任何功率电阻放置。温度补偿电容器也是如此。
如果电路包含板载开关稳压器，则与之相关的所有组件都应物理定位在PCB的一部分上，并尽可能远离处理小信号的部分。这些往往会产生明显的开关噪声，会对噪声敏感的电路部分产生负面影响。
如果PCB直接在电源部分上直接施加了交流电源，则交流侧应位于电路板的一个部分。
此外，PCB本身应具有物理屏障，以将AC与板的其余部分分隔开。通常，这是通过在PCB中有一个将两个部分分开的插槽来实现的。
＃6 –迹线宽度和布线
携带大电流的走线应适当调整大小。下图2显示了针对不同额定电流的IPC（印刷电路研究所）推荐的走线（有时也称为走线）宽度：
图2 – IPC建议的各种电流走线宽度
由于噪声拾取问题，携带小模拟信号的走线不应与携带数字或快速变化信号的走线平行。
同样，一般来说，连接电感的走线不应超过所需宽度。它们可能像天线一样工作，并产生有害的射频发射。
＃7 –地面和地面
对于任何中等复杂的PCB，最好至少使用四层板，两层内层为电源和接地层。
如果设计同时包含模拟和数字部分，则应将接地层分开，并且仅在公共点（通常电源负极）处连接。这样可以避免来自数字部分的大接地电流尖峰对模拟部分产生不利影响。
如果仅使用两层，则每个子电路接地回路的走线应分开，然后将它们全部连接在电源负极端子上。
如下图3所示，将任何子部分或IC的接地回路连接到公共接地回路中，使其返回电源负极，这是不好的设计。
图3 –使用公共接地回路的系统示意图
这里的问题是PCB铜走线确实具有一定的电阻。因此，通过走线的电流将导致电压下降。在上面的示例中，走线最右端的芯片将看到其接地参考电压高于真实接地参考电压。
此外，其接地将根据图中左侧所有芯片的返回电流而反弹。
结论
无论您是学习设计自己的PCB还是计划将其外包给电气工程师，都需要能够判断PCB设计的质量。
如果您没有设计经验并且将PCB设计外包，那么请注意本文突出显示的七个领域，以确定您的工程师是否值得您付出他们的代价。
实际上，如果他们不符合这七个标准中的任何一个，那么我建议您考虑寻找新设计师。另一方面，如果您要设计自己的PCB，请确保避免这些常见错误。
无论如何，在进行原型开发之前，由独立工程师进行完整的设计审查总是一个好主意。
