1). 簡介
計算機載板的開發(fā)可以分為三個主要任務：系統(tǒng)設計、原理圖設計和PCB布局。在我以前的博客中，已經(jīng)談到了系統(tǒng)設計和原理圖設計。在這里，想給你關于第三階段設計的一些見解，PCB布局。我個人很喜歡這個階段，因為它需要很多的想象力和經(jīng)驗。在這一部分，我想重點關注為Toradex計算機模塊設計一個低成本載板。
2). 布線
a). 但在我們開始PCB布線走線之前，我們必須決定什么樣的PCB疊層和技術適合我們的載板。由于我們希望設計一個低成本的載板，首先需要花一些時間優(yōu)化成本。
./ PCB 尺寸: PCB的成本幾乎隨其尺寸線性增加。這是另一個原因很好的解釋為什么一個計算機模塊比較適合你的預算。小封裝的芯片SoC和高速DDR3接口需要昂貴的PCB布線技術。具有昂貴的高密度HDI技術的PCB的尺寸僅被應用于計算機模塊部分。相對大的計算機載板可以用更便宜的標準技術制造。
./ PCB 層數(shù):根據(jù)外圍電路的復雜性，四層甚至兩層板對于載板已經(jīng)是足夠了。隨著你在你的載板上有足夠的空間，你需要更少的層。例如，我們的評估板由四層PCB制成，而Ixora由于其組件密度而需要六層板。
./ PCB 厚度:你是否真的需要一個1.6mm厚的PCB？ 在不考慮PCB剛性前提下，或許1mm板厚已經(jīng)足夠了。減少PCB厚度意味著減少材料需求。 此外，如果PCB更薄，在鉆孔過程中可以堆疊更多的板，這減少了機器加工時間。不要低估使用更薄的 PCB 所節(jié)省的成本。請注意，PCB的剛度隨厚度的三次方減小。特別是當你的板上有大型BGA器件，易于彎曲PCB可能會導致焊球裂紋。
./路徑線寬和間距:通過將走線寬度和間隙保持在最小150μm（6mil），可以降低PCB成本。走線和間隙常常由器件封裝決定。也許值得檢查一個不同的器件封裝。應避免走線間隔低于100μm（4mil），因為價格將大量增加。
./阻抗控制:阻抗控制增加了額外的成本。即使在我們的布局設計指南中建議控制某些信號的阻抗，也有例外，你可以避免它。最重要的因素是載板上的信號走線長度。如果你只有很短的走線例如。100Mbit / s以太網(wǎng)和USB 2.0（480 Mbit / s）接口，實際上不需要考慮阻抗控制，當然接口速度也需要考慮。例如，如果SD卡接口的標準速度（25MHz）足夠，則阻抗控制則不是真正必要的。沒有一個通用的準則來衡量是否需要阻抗控制。這里有很多經(jīng)驗涉及。如果你決定不控制阻抗，一個干凈的布線路由甚至更重要。嘗試避免樹狀布線考慮信號的電流返回路徑。
./鉆孔和銑削公差:不要過于約束你的設計。嚴格公差增加生產(chǎn)成本。在通孔和直插THT孔處的較大環(huán)形環(huán)將給PCB制造商留下更多的公差。添加淚滴將進一步放松鉆孔公差并提高產(chǎn)量。如果使用較大的鉆頭直徑作為過孔，制造商能夠在鉆孔過程中堆疊更多的PCB，鉆頭可以使用更長時間。
./表面清理:不要低估PCB表面處理的成本。計算機模塊PCB需要相當昂貴的表面光潔度：帶鍍金邊緣連接器焊盤的無電鍍鎳浸金（ENIG）表面涂層。這是由于細間距BGA器件所需要的。你應該檢查是否可以通過使用熱空氣焊料水平（HASL）或有機表面保護（OSP）來節(jié)省一些錢。與你的PCB制造商和你的EMS生產(chǎn)商談談表面光潔度的指標。
./表面貼片和直插混合技術:這個部分的優(yōu)化與裝配成本有關。 如果設計采用表貼SMD和直插THT元件（例如連接器），則應嘗試SMD元件僅位于一側(cè)（參見Apalis和Colibri評估板）。這允許使用成本優(yōu)化的波峰焊接技術?；蛘呖梢圆捎眠^孔蓋油。如果因電路板密度需要在兩側(cè)都有SMD元件（參見Ixora和Iris板），則需要選擇性焊接直插THT元件。在THT焊盤和SMD元件之間留出至少5mm的空間。否則手工焊接無法避免。
b). 在優(yōu)化PCB本身的成本后，我想給你一些提示，可以幫助你在第一個版本就取得成功。首先，建議仔細閱讀我們的布局設計指南。在本指南中，我們努力集中收集一系列的建議，以避免布局設計中的常見錯誤，特別是對于高速信號。多年來，我看到了很多的PCB布局，可以很容易地改進，無需任何額外的PCB制造成本。
我通常從已經(jīng)確定為最敏感的信號開始PCB布局。這樣的信號例如是PCIe和類似的高速接口。即使我從這些信號開始，仍舊試圖對低速信號以及電源軌布線會有一個規(guī)劃。
我或許不需要建議你仔細使用布局工具的內(nèi)置設計規(guī)則檢查（DRC）。此外，我建議使用第二個工具來獨立于布局工具查看生產(chǎn)數(shù)據(jù)（Gerber文件）。在這樣工具檢查的結(jié)果下，我已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在設置中創(chuàng)建Gerber文件已經(jīng)有很多錯誤。通常向一個同事提出這樣的Gerber文件審查請求是值得的。一個有價值且免費的Gerber數(shù)據(jù)查看器例如是來自GraphiCode的GC-Prevue。
3). 總結(jié)
我希望在如何進行計算機載板成本優(yōu)化方面給你一些建議，也許你有自己的策略優(yōu)化你的硬件設計。請留下評論并分享你的經(jīng)驗。
