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PCB组装（PCBA）和供应链管理

降低原型PCB组装(PCBA)的风险当完成Rev A设计并从电路板制造厂订购第一套PCB时，人们会有一种特别的感觉。虽然设计师们可能不会用任何东西来交换这种感觉，但减轻一些不安定感可能会是一个受欢迎的变化。以下是一些审查步骤，这些步骤在缓解紧张情绪方面比工作后去酒吧更有效——并且在防止错误方面更加有效无比！当你准备好订购制造和PCB组装(PCBA)服务时，你可以采取一些步骤来减少周转时间。深入供应链并确保尽早进行DFM/DFA是重要的，而在开发过程中认真对待这些点将减少你的设计审查时间和组装/制造时间。当你注意到这些点时，你还可以消除一些不必要的PCBA重新设计。没有零件？那就没有电路板。供应链管理曾经是偶尔令人沮丧的耐心和计划课程，现在即使在原型级别也已成为一个关键的设计参数。没有什么比因为找不到价值2美元的10个微小的微控制器来构建原型，而导致价值数百万美元的开发项目延迟一周更糟糕的了。常见的无源元件、二极管/LED或常见的集成电路对于PCBA来说将易于替换，而且可能不需要重大的PCB布局更改。像是无法获得的微控制器、FPGA、特殊的SoC以及其他专用组件可能会迫使您的PCBA几乎完全重新设计。在您下达制造订单之前，您应该始终提前检查组件的可用性和交货时间。设计工具中的搜索功能在这里发挥了重要作用，帮助您在生产PCB之前找到采购数据和组件符号/封装。缓解这一问题的最佳方式是，在电路图完成后尽快为所有组件订购原型数量。当然，没有人喜欢像史矛革那样囤积成堆的零件，拒绝放弃“哪怕一枚硬币”，但我们只是谈论少量的零件。在电路板制作完成时，发现四分之一的设计外组件被浪费的失望，与发现固件工程师在没有硬件可以工作时用来消磨时间的方式相比，简直不值一提。快速提示：检查每个部件的 MSL（湿敏等级）评级也很重要——合同制造商可能需要在将部件放置在电路板上进行SMT回流之前对部件进行烘烤。通过提前关注供应链来减少PCB组装(PCBA)的生产时间。设计评审很有趣！大多数工程师都认识到设计审查的两个方面：它们对于Rev A版本的发布是必要的，而且完成一次审查，嗯，可能是向同事求一个大忙。但这不必成为审查者额外的苦差事。就像任何事情一样，通过增加金钱和竞争元素可以使其更有趣！例如，设计师可能必须为被发现的错误支付给审查者。对于可能触发板修订的关键错误，每个错误支付20美元，对于非关键错误，每个错误支付2美元是合理的。甚至可以让公司提供200美元的预算，允许设计师保留剩余的部分，激励设计卓越并促进健康竞争。没有设计审查清单会完整无缺，如果不通过第三方程序审查Gerber文件的话。这相当于电路板制造厂检查文件时所做的工作。虽然99.99%的错误都是设计和/或配置错误，但每个eCAD软件包在某个时刻都可能产生错误，因此花5分钟来检查是值得的。例如， GerbV是一个免费的开源工具，它允许设计师单独以及一起审查每一层，以发现任何看起来不对劲的地方，无论是设计错误还是CAM输出错误。纸娃娃记住PCBA设计的终极目标是要从电脑上转移到现实世界中去构建某些东西，有一个简单快速的方法来双重检查机械部分：纸娃娃！除了像Tara Dunn在

如何设计您的PCB测试券以及您可以测试什么

Thought Leadership 如何设计您的PCB测试券以及您可以测试什么随着组件的操作速度增加，受控阻抗在数字、模拟和混合信号系统中变得越来越常见。如果互连的受控阻抗值不正确，那么在电路测试期间识别这个问题可能非常困难。轻微的不匹配可能不会导致板失败，但如果没有在板上放置正确的测试点和测试结构以便进行裸板阻抗测试，那么很难确定不正确的阻抗是任何测试失败的原因。由于阻抗取决于许多参数（走线几何形状、层压板厚度和层压板Dk值），因此目前大多数PCB都进行受控阻抗测试。然而，测试通常是在PCB测试优惠券上进行的，该测试优惠券是在与PCB相同的面板上制造的（通常沿着边缘）。如果你想快速完成板旋转并帮助未来的设计，你可能会考虑设计一个测试优惠券，并为未来的设计保留它。此外，为您的制造商提供有关您建议的互连几何形状的充分文档，对于确保您的制造商创建正确的测试优惠券非常有帮助。单独或集成的PCB测试券？任何测试优惠券的目标都是准确捕捉您的电路板预期的堆叠结构，并促进准确的互连阻抗测试。有许多方法可以做到这一点。在一个用于控制阻抗的测试优惠券中，制造商可能会在面板边缘留出一些空间，放置一些用于控制阻抗测试的测试结构。测试优惠券也可以从供应商库中选择，按照行业标准设计（例如， IPC 2221B 附录A的D优惠券），或使用一些软件生成（例如， IPC 2221B Gerber 优惠券生成器）。有时，测试优惠券会被集成到实际的PCB中，而不是作为同一面板上的单独部分创建。在这种情况下，测试优惠券可能不会有人们期望的典型外观，这种外观通常是由生成的或供应商提供的测试优惠券所具有的。Kella Knack在最近的一篇文章中描述了在单独的测试优惠券中包含的常见测试结构（如果你是制造商）或直接在原型板上（如果你是设计师）。将测试结构直接放置在电路板上可能看起来像是浪费空间，但它极大地帮助了电路测试，无论是在原型设计阶段还是在全面生产阶段。如果您正在设计不常见的互连几何形状，您需要在大规模生产前评估阻抗。设计一个带有您的互连设计的单板并在内部测试它们并无妨。您需要为测试板预付费用，但如果您能在生产前获得所需的测量数据，可能会省下一次板子旋转的费用。超越阻抗互连阻抗、PDN电容、导体损耗和传播延迟都可以通过正确的测试结构来测量。放置在定制测试优惠券上的其他测试结构对于确定基板层压板的介电常数也很有用。一旦进入微波/mmWave领域，就应该测试插入损耗和腔体辐射，以确保受控阻抗线上的模拟信号不会经历显著的退化。测试优惠券还可以通过热冲击测试、回流模拟、玻璃转变温度测量、导体直流电阻测量或您能想象的任何其他测试。测试优惠券还给制造商一个机会来验证制造过程和质量，确保您的新板符合可靠性标准。面板的结果应该在规格值的5%以内。在高频下的创新

在可穿戴设备中驱动触觉振动和反馈

Thought Leadership 在可穿戴设备中驱动触觉振动和反馈增强现实、虚拟手术、肢体替换、医疗设备以及其他新技术需要结合触觉振动电机和反馈，以便让佩戴者充分感受到他们与环境的互动方式。除非这些尖端应用包含了触觉振动和反馈，否则用户将被迫依赖其他四种感官来理解真实或虚拟环境。自从翻盖手机时代以来，支持触觉反馈的低成本组件就已经可用，设计师们的想象力是唯一的限制。最近一个新客户的询问让我不得不深入了解触觉振动和反馈的世界。如果你是一名音频电子设计师，那么你可能已经熟悉了传感器以及如何将它们与放大器、MCU或其他组件配对。无论你是否熟悉传感器，都存在一个嵌入式软件问题需要解决，特别是当你考虑到用于触发触觉反馈的传感器时。选择触觉振动电机触觉振动电机有两种类型：可变幅度和可变频率。显然，这些电机可以细分为不同的电机结构，如垂直振荡、直线和偏心旋转质量（ERM）振动电机。ERM电机在旧寻呼机和早期手机中很常见。垂直振荡电机和直线电机在它们对包装施加力的方式上相似。这些电机可以通过一对线路安装到板上或包装上。上面展示的硬币/煎饼式电机基本上是一个幅度控制的直流电机，其频率可以通过改变电机看到的直流电压从约10000转每分钟变化到约15000转每分钟。驱动这些电机所需的直流电压通常在2到5伏之间，设备需要的电流在约50到约100毫安之间。过去20年的许多研究发现，用于触觉反馈的最佳振动频率范围在150赫兹到180赫兹之间。也有交流版本可用（见下表）。另一种触觉振动电机是线性谐振执行器（LRA）。这种类型的电机在狭窄的带宽内有强烈的共振。这些设备不应该用于频率控制的触觉反馈，但它们对于电压控制的触觉反馈非常有用，因为它们会在驱动频率下响应（即，它们是交流电机）。阻抗匹配还是阻抗桥接？将这些电机引入实际系统并不是什么大挑战，因为它们不会像较大的电机那样产生相同的传导和辐射EMI问题。如果将它们放置在电路板上（即作为SMD组件），应该将它们放置在电路板边缘附近以及能让用户最好感知到振动的区域附近。为这些组件布局电路板时，应像布局任何其他小型直流/交流电机一样。由于电压和电流要求，将振动电机连接到驱动器时，总是存在阻抗匹配与阻抗桥接之间的问题。触觉振动电机本质上是一种传感器，它能够响应低频电信号输出特定的低频机械振动。如果你阅读了一些关于传感器的教程，即使是在一些技术性很强的流行网站上，你也会发现一些建议称源IC与传感器之间需要阻抗匹配。这正是人们在EDN和Hyperphysics上找到的建议，直到多次投诉迫使网站所有者更改他们的内容。是否应该使用阻抗匹配或阻抗桥接取决于驱动器的性质。如果驱动器实质上是一个电流控制的电压源（即，输出阻抗低），那么应该使用阻抗桥接来将高输出电压传输到电机。这基本上是现代音频设备所做的。然而，如果驱动器具有相反的功能，应该选择其阻抗远低于源阻抗的电机。传输线效应在这里不相关，因为我们操作在数百赫兹的范围内。触觉反馈算法触觉反馈的一个重要部分是随着系统中其他输入的变化而改变振动感觉。数据可以与外部传感器的一些测量结果一起输入系统，并用于控制触觉振动强度。这些系统可以是开环系统或闭环系统，它们类似于工业控制系统中使用的控制策略。触觉反馈算法足够轻量，可以嵌入到MCU或小型FPGA中，只要设备有足够的输入来支持产品中的其他功能。触觉反馈算法仍然需要针对特定产品进行设计，这些算法仍然是科学和工程研究的活跃领域。如果您计划在新的PCB中加入触觉振动和反馈，您应该使用 Altium Designer®中的CAD工具来布局您的新电路板并放置触觉振动电机的组件模型。MCAD工具可以帮助您设计电路板，使其整齐地适应其外壳并为制造做好准备。

解耦电容和旁路放置指南

Thought Leadership 解耦电容和旁路放置指南电源完整性问题通常从电源的角度来看，但同样重要的是观察集成电路的输出。旁路和去耦电容旨在补偿PDN上看到的电源波动，这确保了信号水平的一致性和集成电路的电源/地脚上看到的恒定电压。我们汇编了一些重要的旁路和去耦电容设计指南，以帮助您在下一个PCB中成功使用这些组件。在这篇博客中，我们将讨论旁路电容与去耦电容的区别。两个相关的电源完整性问题去耦电容和旁路电容用于解决两种不同的电源完整性问题。尽管这些电源完整性问题相关，但它们以不同的方式表现出来。首先要注意的是，用于电源完整性的“去耦电容”和“旁路电容”这些术语是用词不当；它们并不去耦或旁路任何东西。它们也不会将“噪声”传递到地面；它们只是随着时间的推移充电和放电，以补偿噪声波动。这些术语指的是这些电容作为电源完整性策略的一部分的功能。首先，考虑去耦电容。通常认为，PCB去耦电容的放置目的是为了确保电源轨/平面与地平面之间的电压在低频电源噪声、 PDN上的振铃以及PDN上的任何其他电压波动中保持恒定。当去耦电容放置在电源和地平面之间时，它与平面并联，这增加了总PDN电容。实际上，它们补偿了不足的层间电容并降低了PDN阻抗，使得PDN电压中的任何振铃都被最小化。现在考虑旁路电容。它们也旨在维持PDN和驱动IC内的恒定电压，但它们补偿的电压是输出引脚与PCB接地平面之间的电压。尽管它们被放置在电源引脚和IC上的接地连接之间，但它们执行的功能不同，即对抗电容至地的反弹。当数字IC开关时，键合线、封装和引脚中的寄生电感会导致驱动器输出与地之间的电压增加。旁路电容输出一个与地反弹电压相反的电压，理想情况下导致总电压波动总和为零。在上述模型中，存在一个闭环，其中包括旁路电容（CB）和IC封装/地面连接上的杂散电感L1。请注意，地面弹跳电压 V(GB)是在输出引脚和地面平面之间测量的。其余的电感都是寄生元件，这些寄生元件影响旁路电容补偿地面弹跳的响应时间。在理想模型中，旁路电容看到的电压将补偿由杂散电感L1在切换过程中产生的地面弹跳电压。旁路电容放置指南如果你观察电容器对地反弹的方式，应该很明显知道在哪里放置旁路电容器。由于上述电路模型中的寄生电感，旁路电容器应尽可能靠近电源和地线引脚放置，以最小化这些电感。这与你在许多应用说明和元件数据表中找到的建议是一致的。还有另一个需要考虑的方面，与寄生电感有关，那就是连接到IC的方式。不应该从电容器引出一条短的走线到IC引脚，而应该通过过孔将电容器直接连接到地线和电源平面。在这种布局中，确保遵守焊盘和走线间距要求。为什么会这样？原因是地/电源平面布局（只要平面在相邻层中）将具有非常低的寄生电感。实际上，这是您的板中寄生电感的最低来源。如果您能将旁路电容器放置在板的底面，您可能能实现更好的布局。解耦电容器设计指南在您确定了 PCB去耦电容的大小之后，您需要在某个位置放置它，以确保它能够补偿输入电压的波动。实际上，最好使用多个电容器，因为它们将并联排列，这种并联排列将提供更低的有效串联电感。旧的指南可能会告诉你可以在电路板上的任何地方放置它们。然而，请小心，因为这可能会增加去耦电容器与目标IC之间的寄生电感，从而增加PDN的阻抗和对EMI的敏感性。相反，对于具有快速边沿速率的IC，您应该将它们放置得更靠近目标IC。下面的图片展示了一个典型的旁路和去耦电容器在IC附近的放置方式。这是高速电路的一个最佳布局，因为所有信号路径上电容器与IC之间的寄生电感将非常低。

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