阿昆聊硬件产品模块化设计的连接“地基”-背板(上)

原创 阿昆谈DFM 2024-02-19 19:00
     上次拆解了华为一款通信设备产品,这是一个典型的模块化设计的通讯产品(类似的还有刀片服务器),可以模块化的更换部件,以更方便的维护、升级确保产品的绝对稳定可靠。
阿昆拆解华为设备,这是通讯产品模块化设计的学习典范,值得硬件工程师膜拜学习!
     一般的高复杂性、高稳定性要求的电子系统(最多的就是服务器上或一些通讯产品电子系统产品上)不会将所有电路都设计在一个电路板了,他们会由不同功能的我PCBA组件组成,比如上图拆解看到的散热模块、电源模块、主板模块、控制模块等等。
     如果有见过一些通信机房或数据中心,也可以看到一些一排排机架,每个机架又有好多层机框,这些机框里插着一排排的PCBA电路板组件。

    而这些单板PCBA组件就是通过安装在机框背后的“基板“,也就今天要聊的“背板”进行互相连接(下图就是华为一款通迅产品上的背板)。
    当然和大的通讯基站的复杂性比,这个的背板的设计会相对简单点。不过这款产品作为背板设计的了解仍然是非常有代表性。

    这就是背板,有人也会叫它是主板或者底板,但专业性的话还是会叫”背板",其次是底板,主板就有点牵强了。
    这样看是不是可以很好的理解“背板”的含义!!

     一般背板的作用就是像一个地基一样,他就是把所有单板PCBA往上怼,然后连接在一起完成功能。所以背板上面一般全是各种连接器,几乎不会有源器件的存在,当然不排除个别确实有需要,如下图背板上有个IIC存存芯片。

   不要小看这种背板PCBA,像通信基站用的PCB板都高达10-60多层的都有,就这次拆解的这一块PCB都应该有20多层。
     看这厚度,背板一般非常厚,就是为了满足多层与强度的需求。

     PCB工程师、甚至是产品项目负责人,对背板的设计非常不重视,他们认为 这是一个非常简单的设计,上面全是一堆连接器,和主板一比,上面也没有几个连接器,无非就是连连看,把线路连通就好了,所以对于这类的PCB的设计不屑一顾,甚至直接让一些刚来公司的新人用来“练手”,结果导致不关注阻抗,不关注等长、不关注敏感信号,结果导致出现让人头痛的不稳定异常现象。


  • 背板真的这么简单吗?

    先来说一个早期遇到的一个实际案例,是一个非常简单的背板设计,如下图

这是个双层板,就是两个连接器将主板和另一个设备进行连接。

      但就是显示HDMI 4K上出了问题,虽然可以正常显示画面,但再高的刷新总是达不到。后面改成四层设计(增加地层),才得到改善,这显然说明是传输线路上出了问题,虽然有阻抗要求,但如果地平面不好,受到干扰。那就不好说了,所以说背板设计绝不是简单的把线连通就完了,这个背板是最容易被忽略,工程师不愿花太多心思在上面的一个环节。


小结:

   背板质量好坏,不但影响整个系统功能,而且和整机电磁兼容也存在密切关系,甚至会影响整机工作的稳定性。所以背板在整机的设计中的重要地位绝不会低于其它单板。尤其在是时钟越来越高的现代电子,高速信号、大电流、背板设计的隐蔽性问题都需要特别关注 !
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阿昆谈DFM 陈昆-专注于可制造性设计DFM的技术与思想推广。主张在设计阶段就从源头解决产品生产各环节的问题,加速量产周期,最终提高产品竞争力。相关作品:《PCB裸板的DFM可制造性设计规范》及案例分享、《一个因PCB丝印设计不规范而引发的一系列悲剧》。分享交流:电子产品拆解学习、PCB/SMT可制造性设计经验与案例、元器件/原材料认识与选型、组装结构工艺、生产质量管理、生活工作感悟等相关内容。
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