1.4.2 PCB文件布局
线路原理图纸设计完毕之后,接下来就要把理论上的原理图变为实际产品。电脑主板上的各种元件在线路图上仅仅是标有相应规格等信息的一些元件符号,但该元件的具体布局、尺寸和封装形式并不能通过线路原理图直观地体现出来。这就需要在主板线路原理图的基础上,进一步生成PCB (Print Circuit Board)布局(Layout)图纸文件。研发工程师可以借助相关电子辅助设计(Electrical Design Aided,EDA)软件,如Allegro、Protel和orCAD等软件的某些功能将原先的线路原理图转换为与之相对应的PCB布局图纸。具体如何使用上述相关EDA软件,建议大家可以参考相关书籍,这里不再赘述。
PCB布局图纸需要考虑在原理图纸上每个元件的封装尺寸与实际布局的需求,我们看到的PCB布局文件的形状也就是笔记本电脑主板的实际形状。在进行PCB布局时,需要考虑的因素很多,从满足笔记本电脑产品机构设计的角度来讲,需要考虑相应的外围设备,如硬盘驱动器、光驱和电池等主要部件和主板配合而构成的整体主机的布局。此外,还要考虑到整个电脑主机的端口布局,如USB端口等。必要的情况下,可以考虑通过转接口或排线转接不同的功能小板,如前面提到的USB小板等,以满足电脑整机结构布局的需要。如图1-43所示为某机型的USB板在电脑主机中的布局。
从系统电性能特性上来讲,在进行PCB布局时,还要通盘考虑整个系统的阻抗匹配特性,我们会在实际主板上看到“S”形的PCB走线,如图1-44所示。这样做不是为了主板外观的好看,而是为了使同一传输界面的不同走线长度,包括芯片内部走线长度,尽可能一致,以便使信号阻抗匹配。一些芯片厂商,如Intel,会给出其芯片组布线的一些参考设计。
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图1-43 USB板在电脑主机中的布局
![](https://bookbk.img.zhangyue01.com/group61/M00/28/75/CmRaIV-XyE-EbDhGAAAAAJWGnyk816247269.jpg?v=dcI7j9RC&t=CmRaIV-XyE8.)
图1-44 PCB上的“S”形走线
同时,考虑到电脑整机对EMI/EMC的需求,针对一些高速信号走线时,特别要考虑到信号的串扰等因素,一个不合理的PCB布局设计是无法通过相关EMI/EMC标准测试、认证的。最后,为了满足实际线路走线的需要,笔记本电脑主板通常采用6层以上的PCB,如果PCB层数太少,系统不同的信号线路就无法布开,会造成系统信号传输的“交通阻塞”。PCB还需要有相应的电源层、接地层等。下面分别针对EMI/EMC和笔记本电脑PCB进行简要的介绍。
小知识 何谓EMI/EMC
什么是EMI/EMC呢?字面的意思就是电磁干扰(Electro Magnetic Interference,EMI)和电磁兼容(Electro Magnetic Compatibility,EMC),它们是一对相互关联的电磁现象。
电磁干扰通常可以分为传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电气网络上的信号耦合到另一个电气网络上。辐射干扰是指干扰源通过空间将其信号耦合到另一个电气网络上。在笔记本电脑主板高速PCB信号布线及系统设计中,高频信号线、集成电路的引脚、各类热插拔器件等,都可能成为具有天线特性的辐射干扰源,能发射电磁波并影响其他电气系统的稳定性。
电磁兼容是指在同一电磁环境中,电子设备能够不因为其他电子设备的干扰而正常工作,同时也不对其他电子设备产生影响其正常工作的干扰。如果在一个系统中各种电气设备能够正常工作而不致相互发生电磁干扰造成电气性能改变或设备的损坏,通常就可以称这个系统中的电气设备是相互兼容的。
随着笔记本电脑主板电子器件功能的多样化、结构的复杂化、功率的增加和工作频率的不断提高,同时它们的灵敏度也越来越高,这种电磁相互兼容的状态越来越难获得。
为了使整个电脑主机系统达到电磁兼容的要求,必须以系统的电磁环境为依据,要求不同的功能模块产生的电磁辐射限制在一定的范围之内,同时又要求模块本身要具备一定的抗干扰能力。只有对每一个功能设备都做出这两个方面的约束和改进,才能保证电脑系统达到完全兼容与运行的稳定。
举个例子来讲,我们可以这样认为,笔记本电脑主板的前端总线数据传输信号对其他信号的干扰非常严重,即EMI现象很严重,而且其本身也比较容易受到干扰,即EMC很弱。很显然,如果前端总线信号受到其他信号的干扰并产生误判的现象,则很有可能导致系统运行出现异常。
EMI/EMC现象虽然看不见、摸不着,但它们对我们生活的影响是毋庸置疑的。一些电器、电子设备,如手机,在工作时所产生的电磁波,容易对周围的其他电器、电子设备形成电磁干扰,引发故障或者影响信号的传输。同时,过度的电磁干扰会形成电磁污染,产生危害人们的身体健康、破坏生态平衡等负面影响。