功耗是很多系统、电路设计需要关注的参数之一，低功耗往往能够带来更好的性能。往期文章中，小编对FPGA低功耗设计有所阐述。为增进大家对功耗的认识，本文将介绍如何控制IC功耗。如果你对功耗、低功耗相关内容具有...
5.1 PCB层数减少方法 在DFMA方法中，减少PCB层数是简化设计的重要手段之一，能够有效降低成本并提高产品的可制造性和可装配性。 优化电路布局：通过合理规划电路布局，将功能相近的电路模块集中放置，减少信号传输路径的交叉和迂回，从而降低对多层PCB的需求。例如，在某消费电子产品的PCB设计中，设计团队通过重新规划电路布局，将原本需要6层PCB的设计优化为4层，不仅降低了PCB的制造成本约20%，还提高了信号传输的稳定性和可靠性。 采用多层板替代技术：在某些情况下，可以采用多层板替代技术来减少PCB层数。例如，使用双面板的盲孔和埋孔技术，将部分信号线从内层引到外层，从而减少对内层布线的需求。据统计，采用这种技术可将PCB层数减少约30%，同时降低了PCB的厚度和重量，提高了产品的便携性和可装配性。 功能集成与优化：对电路功能进行集成和优化，减少不必要的功能模块和零件数量。例如，在某智能穿戴设备的PCB设计中，通过将多个小功能模块集成到一个高性能的芯片中，减少了PCB上的零件数量，从而降低了PCB层数。这种功能集成不仅简化了PCB设计，还提高了产品的整体性能和可靠性。 5.2 布线复杂度优化措施 布线复杂度的优化是简化设计的关键环节，能够提高PCB的可制造性和产品的可靠性。 信号完整性分析：在PCB设计阶段，进行信号完整性分析，优化信号线的长度、宽度和阻抗匹配，减少信号反射、串扰等问题。例如，在某高速通信设备的PCB设计中，通过信号完整性分析，优化了高速信号线的布线路径，将信号传输延迟降低了约15%，同时减少了信号干扰，提高了通信质量。 差分信号布线优化：对于差分信号，采用等长、等间距的布线方式，确保差分信号的对称性和一致性。例如，在某高速数据传输设备中，设计团队对差分信号线进行了严格的等长布线优化，将信号传输误差降低了约25%，提高了数据传输的准确性和可靠性。 电源和地线优化：合理规划电源和地线的布线，采用宽线设计，减少电源线和地线的阻抗，降低电源噪声和地线反弹。例如，在某电源管理模块的PCB设计中，通过优化电源和地线的布线，将电源噪声降低了约30%，提高了电源模块的稳定性和可靠性。同时，采用多点接地和星形接地方式，减少了地线之间的干扰，提高了信号的完整性。 5.3 特殊工艺避免策略 在DFMA方法中，避免特殊工艺是简化设计的重要策略之一，能够降低制造成本和生产难度。 工艺兼容性评估：在产品设计阶段，对特殊工艺的必要性进行评估，优先选择与现有生产工艺兼容的技术和材料。例如，在某电子产品的外壳设计中，设计团队通过评估，放弃了采用复杂的注塑成型工艺，转而采用普通的注塑工艺，降低了生产成本约10%，同时提高了生产效率。 替代材料与技术选择：寻找能够替代特殊工艺的材料和技术。例如，在某产品的表面处理中，原本需要采用特殊的化学镀工艺，设计团队通过研究，选择了普通的电镀工艺作为替代，不仅降低了工艺成本，还减少了对环境的影响。 简化产品功能与结构：在不影响产品核心功能的前提下，适当简化产品功能和结构，减少对特殊工艺的需求。例如，在某智能家电产品的设计中，设计团队通过简化产品的外观设计，减少了对复杂表面处理工艺的需求，降低了产品的制造成本和生产难度，同时提高了产品的可装配性和可靠性。
概述 FPC，也被称为柔性印刷电路，因其重量轻，厚度薄，自由弯曲和折叠等优异特性而受到青睐。随着电子工业的飞速发展，电路板设计越来越向高精度、高密度方向发展。传统的人工检测方法已不能满足生产需要，FPC缺陷自动检测已成为工业发展的必然趋势。 FPC合成材料 在一些柔性电路中，使用由铝或不锈钢制成的刚性元件，可以提供尺寸稳定性，为元件和导线的放置提供物理支撑，并消除应力。粘合剂将刚性元件和柔性电路粘合在一起。此外，柔性电路中有时还会用到另一种材料，那就是粘接层，它是在绝缘膜的两面涂上粘合剂形成的。粘接层提供环保和电绝缘功能，并可消除一层薄膜，具有用少量层粘合多层的能力。 绝缘薄膜材料的种类很多，但最常用的是聚酰亚胺和聚酯材料。美国所有柔性电路制造商中近80%使用聚酰亚胺薄膜材料，约20%使用聚酯薄膜材料。聚酰亚胺材料不易燃，几何稳定，撕裂强度高，耐焊接温度。聚酯，又称聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，其物理性能与聚酰亚胺相似，介电常数较低，吸湿少，但不耐高温。聚酯的熔点为250°C，玻璃化转变温度(Tg)为80°C，这限制了它们在需要大量端焊的应用中的使用。在低温应用中，它们表现出刚性。然而，它们适用于手机和其他不需要暴露在恶劣环境中的产品。聚酰亚胺绝缘膜通常与聚酰亚胺或丙烯酸胶粘剂组合，聚酯绝缘材料一般与聚酯胶粘剂组合。 导体, 铜箔适合用在柔性电路中。它可以电沉积(ED)或电镀。电沉积铜箔的一面表面有光泽，而另一面的加工表面是暗淡的。它是一种柔韧的材料，可以制成许多厚度和宽度。ED铜箔的哑光面往往经过特殊处理，以提高其粘接能力。锻造铜箔除了具有柔韧性外，还具有刚性和光滑度的特点。适用于需要动态偏转的应用场合。 3 胶粘剂, 胶粘剂除了将绝缘膜粘接到导电材料上外，还可以作为覆盖层，作为保护涂层，作为覆盖涂层。两者的主要区别在于使用的应用方法。所述覆盖层与所述覆盖绝缘膜粘结形成具有层压结构的电路。网印技术用于胶粘剂的覆盖和涂布。并非所有的层压板结构都含有粘合剂，没有粘合剂的层压板形成更薄的电路和更大的灵活性。与基于胶粘剂的层压结构相比，具有更好的导热性。由于无粘合剂柔性电路的薄结构和消除了粘合剂的热阻，从而提高了导热性。它可以用于基于粘接层压结构的柔性电路不能使用的工作环境。 2 FPC的优缺点 柔性印刷电路板是采用柔性绝缘基板制成的印刷电路，具有刚性印刷电路板所不具备的许多优点: FPC焊接操作步骤 1. 焊接前应先在焊盘上涂上助焊剂，并用烙铁进行处理，以免焊盘镀锡不良或氧化而导致焊接不良。芯片一般不需要加工。 2. 使用镊子小心地将PQFP芯片放置在PCB板上，以免损坏引脚。将其与pad对齐，并确保芯片放置在正确的方向。将烙铁的温度调到300摄氏度以上，在烙铁的尖端沾上少量焊锡，用工具将对齐好的芯片压下，在两个对角引脚上加入少量焊锡。按住芯片，焊接两个对角线位置上的引脚，使芯片固定不动。焊接对角后，重新检查芯片位置的对齐。如有必要，调整或移除并重新调整PCB板上的位置。 3.当开始焊接所有引脚时，在烙铁的尖端添加焊料，并在所有引脚上涂上助焊剂，以保持引脚湿润。用烙铁的尖端触摸芯片的每个引脚的末端，直到你看到焊料流入引脚。焊接时，应使烙铁的尖端与焊接引脚平行，防止因焊接过多而重叠。 4. 焊接所有引脚后，用助焊剂湿润所有引脚以清洁焊料。吸掉多余的焊料，以消除任何短路和重叠。最后用镊子检查是否有误焊现象。检查完成后，将焊料从电路板上取下，用酒精浸泡硬毛刷，沿引脚方向仔细擦拭，直至焊料消失。 FPC仿真 FPC上传输的信号速率越来越高，尤其是在一些光模块或者高速消费类产品上，比如手机、笔记本电脑等。对于特别高速的产品，在使用FPC的时候，为了减少一些网格铜对信号的影响，通常在信号线下采用实铜作为参考。不管使用什么样的设计，FPC的仿真就显得非常重要。下面是在ADS中进行模块的FPC仿真：
网上流传的某为规范： 定义： 这种孔内壁上没有沉铜，在使用中没有任何电气连接。主要用于电子元件组装时的定位，也可用于拼版时接缝的连接。 用于拼版接缝处的非金属化孔 金属化孔又分为焊盘（PAD），过孔用于两层线路之间的电气连接，焊盘则用于安装插装电子元件。过孔和焊盘虽然用途不同，其孔的成型却是相同的。过孔可以在表面覆盖阻焊达到绝缘的作用，也可以不使用阻焊后期在波峰焊时浸入焊锡增加过流能力，而焊盘则只能阻焊开窗。 金属化孔与非金属化孔的最大的区别在于过孔的内壁是否有铜。 这种PCB安装孔设计通常被称为 或 。 抑制电磁干扰（EMI） 静电防护（ESD） 稳定接地参考 该设计在金属外壳设备、高频电路、抗干扰要求高的场景中尤为关键。 金属化孔 vs 非金属化孔的优缺点 1. 金属化孔（Plated Through Hole, PTH） 优点： 机械强度高 ：孔壁镀铜后与 PCB 结合更紧密，螺丝固定时不易损坏 PCB 边缘。 电气连接能力 ：通过金属化孔与接地层（GND）连接，可实现屏蔽、散热或与机箱接地互联。 散热性能 ：铜层导热性更好，适合需要散热的安装场景。 缺点： 成本较高 ：金属化孔需要额外的电镀工艺，增加制造成本（这个成本可以忽略不计） 潜在短路风险 ：如果安装孔附近有其他信号层或电源层，金属化可能引入意外短路（需通过设计规则检查避免）。 高频干扰风险 ：未良好接地的金属化孔可能成为天线，辐射或接收电磁噪声。 2. 非金属化孔（Non-Plated Through Hole, NPTH） 优点： 成本低 ：无需电镀工艺，适合低成本设计。（）这个成本可以忽略不计。 无电气风险 ：无金属化层，避免意外短路或接地环路问题。 加工简单 ：钻孔后无需额外处理，尤其适合快速打样。 缺点： 机械强度低 ：螺丝拧紧时易导致孔边缘分层或破损。 无法接地或散热 ：非金属化孔无法与 PCB 接地层连接，失去 EMI 屏蔽和导热功能。 重点讨论在金属化的孔的场景下：1、电路板的GND不连接安装孔，则安装孔仅仅与外壳连接，GND不在安装孔位置与金属外壳连接。2、电路板的GND连接安装孔，则安装孔仅仅与外壳连接，GND会通过安装孔与金属外壳连接。 在这种情况下，还需要分析两种情况，一是金属外壳是否良好接地： 情况一、金属外壳良好接地。 情况二、金属外壳是悬空的（例如金属壳移动机器人）使用机箱接地时，你可以通过在连接到机箱的接地部分放置一个空隙来避免接地回路，如下所示。电容的使用提供了一个交流接地点。对于需要使用墙壁电源并需要直接返回地面的电气设备来说，这是一种理想的情况。 消除接地回路天线 始终提供一个共同的接地点（要并联单点接地，不要串联地线） 无论是单层 PCB 还是多层 PCB ，都需要一个点来将所有接地点连接在一起。这可能是机箱上的金属框架或 PCB 上的专用接地层，你通常会听到将这个公共接地点称为星形接地。 始终提供一个共同的接地点 基于以上要求，其实我们的PCB应该避免出现串联单点接地。 如果我们本板通过电源和地线接到供电侧，则GND应该通过电源输入的地点单点接地。如果我们供电地线短接GND的同时，还通过安装孔和外壳接地，其实本质就是多点接地。并且我们一般场景下都是多个安装孔。 单点接地策略是将所有接地点汇聚于一个共同的参考点。这种方法在低频电路中尤为有效，因为低频下导线的长度和寄生效应的影响较小。对于频率低于1MHz的电路，单点接地是理想的选择，因为它简化了布线并减少了接地回路的复杂性。多点接地：多点接地会有什么问题？
一、不要急于使用自动布线 自动布线是 PCB设计软件的一项功能，可以让布线过程更容易，会遵循所有必要的规则在PCB布局中路由电路连接。 但会遇到以下问题： 低效路由 信号完整性问题 元件布局不合理 灵活性有限 不适合复杂的设计 不适合高密度 PCB 对路由的有限控制 兼容性问题 还是建议手动布线，你可以在放置完所有组件后，用自动布线来检查完成度。在布线过程中，如果某些关键连接点没有连接到，你可以使用自动路由轻松识别。 不要急于使用自动布线 二、元件放置 必须合理地放置元器件，例如例如连接、印刷电路板安装器件、电源电路、精密电路和重要电路按该顺序放置。元器件放置好了，有以下好处： 减少散热 增强信号完整性 提高可靠性 优化路由 元件放置 三、微调组件布局 在放置完元器件后，需要微调，有几个规则： 1、方向 确保相同的部件都面向相同的方向，有助于焊接。 左边在同一个方向，右边随意放置 2、排列 避免将较小的元件放在较大的元件后面，因为焊接大型元件可能会损坏小元件并导致安装问题 左边比较好，小元件夹在中间 3、SMT 和 THT元件 将所有表面贴装（SMT）元件放置在电路板的同一侧，所有通孔（THT）元件放置在电路板的顶部。 四、走线宽度和走线之间的间距 在布线过程必须要考虑走线宽度和走线之间的间距。这两个都会影响到许多，例如 受控阻抗 载流量 信号完整性 最小化串扰 热管理 五、布线 布线是PCB布局设计过程中元器件放置后重要的部分，必须要小心考虑PCB设计规则和指南，以及PCB走线设计。 1、确定使用标准轨道宽度 在设计中平衡使用的标准轨道尺寸，轨道太窄和太近，容易发生短路。 2、考虑承载电流的走线尺寸 细走线只能承载有限的电流。 PCB 走线的建议最大电流 电流 （安培） 1 盎司板的宽度 （千） 2 盎司板的宽度 （千） 1 10 5 2 20 15 3 50 25 3、固定印刷电路板焊盘与孔的比例和尺寸 通常使用大约 1.8:1（焊盘：孔）的比率，但有时使用比孔大 0..5 毫米的焊盘作为测量值。随着焊盘和孔尺寸的减小，比率也会变化。 布线 六、放置电源、地线和信号线 1、找到电源和地平面层 电源层和接地层应始终放置在电路板内部，同时保持对称和居中，可以防止电路板弯曲。 为了确保牢固稳定的走线宽度并消除组件之间的菊花链电源连接，建议在为 IC 供电时为每个电源使用公共通道。 2、信号走线连接 据原理图的设计连接信号线。通常建议在组件之间采用最短、最直接的路径。 元件必须在水平路径上无偏差地固定和定位，建议在电路板元件出口处主要水平走线，然后在出口后进行垂直走线。 由于焊接过程中焊料的迁移，元件将在水平方向上被固定。如下图的上半部分所示。 推荐接线方法（箭头表示焊料流动方向） 由于焊接过程中焊料流动，下图下半部分的信号走线机制可能会导致元件偏斜。 不推荐接线方法（箭头表示焊料流动方向） 3、定义网络宽度 PCB需要承载许多不同电流的网格，将决定所需的网络宽度，建议低电流模拟和数字信号的宽度为 10mil，当电流超过 0.3 A时，就加宽线路。 具体可以在网上找一个线宽计算器。 七、有效隔离 电源电路中的大电压和电流尖峰可能会干扰低电压电流控制电路。需要遵循以下以下技巧： 1、隔离 确保电源与电源和控制地隔离，如果必须要连接，要确保靠近电源路径的末端。 2、放置 如果中间有接地层，则提供微小的阻抗通道，屏蔽控制信号免受电源电路干扰。 模电隔离 八、散热问题 1、识别散热多的组件 先是考虑PCB上哪些组件散热最多，然后根据规则传递产生的热量，可以使用散热器和冷却风扇来保持组件温度较低，重要组件远离过热源。 2、添加热风焊盘 在通孔元件上使用热风焊盘，通过降低元件引脚处的散热率来使焊接更容易。 焊盘 九、DFM 检查 在 PCB布线布局完成后，必须要进行检查。 先从电气规则检查 (ERC) 和设计规则检查 (DRC) 开始，确保设计符合所有规则和限制。
在PCB设计中，工程师们往往对高速信号的完整性保持高度警惕，却容易忽视低速信号走线的阻抗控制问题。当相邻走线间距呈现不规则变化时，即便信号速率不高，仍然会引发意想不到的信号质量问题。这种间距变化带来的阻抗扰动，远比单纯考虑串扰问题更值得关注。 一些速率虽然不算特别高，但是对时序、信号质量有要求的数字接口，例如“SDIO”。我要注意走线间距的问题。 如果走线可以间距足够的大，例如满足3W，并且可以用GND隔离，并且足够的空间打GND地孔，那么也没什么纠结的。但是往往我们没有那么多足够的空间来走线。这时候，我们需要判断让两根线的间距增大一些。但是不要盲目铺GND 为什么不要随便在高速线旁边铺铜？ 那么，我们就像知道，此时50Mbps的信号，或者100Mbps的信号走线是否会干扰相邻信号。 我们实际场景中，只能做到2W，是否有串扰问题呢？ 空间受限时的妥协方案 若PCB空间不足，可采取以下平衡策略： 优先级分级 ： CLK信号 ：必须满足4W间距或地线隔离。 CMD信号 ：次优先级，≥3W间距。 DAT0-DAT3 ：组内等长优先，组间允许局部放宽至2.5W（需SI验证）。 局部密度调整 ： 非关键信号（如CD检测）可缩小间距至2W。 牺牲布线层 ： 将SDIO信号单独布置在一层，避免与其他高速信号（如DDR、USB）平行。 比“串扰”危害更大的是“阻抗变化” 如果我们做不到3W，把间距缩小为2W，除了串扰问题，还有什么问题呢？ 当 PCB 走线间距无法满足 3W 规则（即线中心距为 3 倍线宽），而只能采用 2W 时，会对信号完整性和 EMI 产生显著影响，具体问题及对策如下： 串扰增加 间距从 3W 减至 2W 时，相邻信号线间的电场耦合增强，串扰噪声可能增加 30%~50%（差分对更敏感）。 高频信号（如 PCIe Gen4 以上）的近端串扰（NEXT）可能超出规范要求，导致误码率上升。 阻抗偏差 差分对间距缩小会降低差分阻抗（典型值下降约 5~10Ω），若设计容差为 ±10%，可能超出允许范围。 单端线与参考平面的间距变化也会影响单端阻抗，导致反射增加。 EMI 辐射增大 紧密间距会增加共模电流辐射，尤其是当差分对不平衡时，EMI 可能超出 FCC/CE 认证限值。 虽然100MHz以下的信号对2W间距的相邻走线串扰影响是有限的，但是会影响阻抗，间距的变化会导致阻抗变化，从而引起反射，导致信号质量变差。我们还是把2W优化为2.5W。
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