广东天波信息技术股份有限公司
摘要:在精密产品的设计中，PCB设计和结构的配合，影响着产品的设计周期，和后期的制作、装配等工艺流程。本文就如何在PCB的设计过程中和结构配合所做的改善方面进行较详细的叙述，并取得明显效果。
关键词：PCB；BGA；DXF文档
1引言
随着技术的发展和市场需求，收银设备的功能越来越全面，而产品的体积却越做越小，对结构的设计和PCB的设计压力不言而喻。为了加快占领市场，项目的开发周期还在不断的压缩，而在项目的开发过程中，PCB的设计和打样是最耗时间的，特别是基于紧密结构的PCB设计和多层、盲埋孔设计的PCB打样时间。能够快速设计出一款符合项目需求的PCB，是项目成败的关键所在。本文就我司设计开发的人脸识别终端产品为例子，在这方面进行改善并取得的效果进行较详细的叙述，可供同行在实际处理过程中借鉴。
2设计方案分析
我司开发的人脸识别终端产品TPS981，主芯片使用瑞芯微RK3399处理器，RK3399是低功耗高性能处理器，它包括双核Cortex-A72、4核Cortex-A53以及独立的NEON协处理器，可应用于计算机、手机、个人移动互联网，数字多媒体设备。RK3399内置多种功能强大的嵌入式硬件引擎，为高端应用提供了优异的性能。支持多格式视频、高品质的JPEG的编解码，以及特殊图像的预处理和后处理。RK3399芯片的封装是828球的BGA封装，球间距为
0.65mm，其封装尺寸如图1、图2、图3所示。DDR使用LPDDR4，366球的FBGA封装，球间距为0.5mm，其封装图如图4所示。从CPU和DDR的封装分析，PCB至少需要做6层板设计，由FBGA的球栅和球间距分析，PCB还需要做盲埋孔设计。因此评估PCB设计时间需要两周左右，PCB的打样时间也需要15天左右，正常情况下，一个月后才能拿到设计好的PCB光板。TPS981的设备外壳体积和书本差不多大小，设备功能多，布局紧凑，其外壳结构如图5所示。因此，留给主板的空间有限，密集的空间更增加了PCB设计的难度，需要对PCB布局和走线做好方案设计。
2.1设计的初级阶段
项目启动后，硬件工程师完成电路功能的电路图设计，输出网表文件给到PCB设计工程师，进行PCB设计软件中元器件和连接属性的导入，如图6所示。结构工程师提供给PCB工程师PCB设计外框图的DXF文件，PCB工程师在设计软件中导入，用作PCB设计的板框，如图7所示。PCB工程师结合网表和结构框图，先快速的进行初步的布局设计，把核心部件和结构定位器件拉入相应的位置，把各功能组块分布好，再按连接属性优先进行布局，完成初级阶段的PCB布局，如图8所示。
2.2方案评估
完成初级布局后，与硬件工程师和结构工程师三方一起对设计方案进行评估，评估布局方案是否可行，和可优化、可调整的位置，器件的封装是否正确，外设接口的位置是否可交换，螺丝孔的位置是否可以微调4G天线座子和5G天线座子是否适合安装天线，散热片的大小和固定散热片的螺丝孔位置的确定等等。评估后对板框做了调整，加长5mm放接口座子用,板宽压缩6.5mm,去掉突出。5G天线座子从下板边移到板右边。网口在板上方中间位置，建议结构换到板子左上方，方便走线和减少对其他线路的干扰。外接口的座子位置还要与客户沟通确认后才可以给到，初步调整后的布局图如图9所示。
2.3设计过程
设计的过程中不断的与硬件工程师和结构工程师沟通，有的电路线序可以交换方便走线，应征求硬件工程师的同意方可调整。与结构定位相关的布局如需调整，应与结构工程师沟通过，不影响结构设计可调整的应把调整后的参数给到结构工程师。不断的打磨和调整，硬件工程师对电路的不断优化，结构工程师对结构布局的优化和PCB工程师对布局走线的优化，经过三方不断的打磨和调整，最终完成PCB的设计。完成设计后PCB工程师再出一份DXF文档给结构工程师导入检查，发PCB文件给硬件工程师检查，三方都没问题后方可发外打样。完成的PCB图如图10所示，打样回来的PCB光板如图11所示。
3总结
PCB设计是耗时耗力的工作，设计的每个步骤都至关重要，网表的导入，零件封装的核对检查，整体的布局和走线，后期的优化检查和图档的输出等等。每个环节都要认真做好，避免错了重做而浪费项目的开发计划，进而去压缩PCB打样时间，导致开发费用增加，给后续的样品制作和调试测试也会造成压力。因此，在PCB设计的过程中要做好设计方案的评估和打磨，确保PCB设计的顺利进行，完成PCB设计就为项目开发成功打下坚固的基础。
参考文献
[1]RK3399硬件设计指南_V1.2_20171218.
[2]GB/T1.1－2009标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写.