每個系統和電路設計都是在尺寸、重量、功率、可靠性、性能和許多其他參數之間進行權衡取舍。畢竟，這就是工程設計的主要內容，通過經驗和判斷所產生的硬數字和分析的組合來評估、平衡和執行權衡。

在某些情況下，到目前為止，一個或幾個目標可能具有最關鍵的權重，因此可能會在某種程度上犧牲其他目標來滿足那些最重要的目標。在其他情況下，權衡和選擇之間的加權和平衡是一個更具反思性和迭代性的過程：“如果將傳感器精度提高 15%，我們是否應該放棄 5% 的運行時間？”是一種軟判斷問題這通常很難量化，也更難回答。當然，許多設計目標只是：一些必須實現的理想目標，而另一些則是設計努力實現的目標，但不是絕對的“必須擁有”。

其中必須具備的是各種監管和標準組織機構（政府和行業）制定的許多 EMC、效率和安全要求。與有一些讓步的性能目標不同，其中許多要求是絕對的：要么滿足它們，要么設計將不會獲得批準和認證。除了您選擇滿足其中一些的特定方法和策略之外，它們幾乎沒有“回旋余地”或權衡區域。

我在完成 In Compliance 發布的由十部分系列“評估帶有電源轉換器的 1 層和 2 層 PCB 的 EMC 輻射和接地技術”的最后一部分時想到了這個問題（最后一部分鏈接到所有九個部分）前幾部分）。該系列詳細介紹了與 EMC 可接受的設計相關的許多性能和授權相關問題，以及一些相關的接地考慮（圖 1）。

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圖 1：必須同時從熱、配電和 EMC 域以及其他角度查看和評估電路板。（圖片來源：Electronic Concepts and Engineering, Inc.；Open Airbus Cockpit；ResearchGate）。

閱讀這個系列文章既令人振奮又令人沮喪。之所以是前者，是因為它顯示了三位作者在理論、實踐、測量等方面的理解和解釋程度。利用這種洞察力，設計人員應該有更好的機會設計電源、接地和 DC/DC 開關穩壓器的布局，以滿足系統性能需求并通過認證。到目前為止，一切都很好。

但這篇文章也讓我擔心：它讓我更加意識到對設計的許多期望，進而對設計團隊的期望。有很多最佳實踐和經常相互矛盾的指導原則需要遵守，而且在做好事也會產生負面影響的情況下，有很多權衡取舍。其中一些命令是由物理定律和麥克斯韋方程定義的，而其他命令則是由善意的監管合規標準定義的。在許多情況下，您需要一位合規專家來指導您完成并超越令人眼花繚亂的標準。

上面引用的文章涉及相對簡單的單面和雙面 PC 板，但現在許多設計都在具有四層、八層和更多層的板上。在某些方面，提供額外的層可以更容易地滿足 EMC 和接地要求，因為接地層和其他好東西有更多的自由度；在其他方面，擁有它們會使設計復雜化，因為信號路由和電流、發射源和發射敏感拾取點的路徑要多得多。

當然，這些天我們正在詢問很多電路和電路板設計。我們通常使用中等尺寸的電路板來處理數十和數百安培的電流，這必然會帶來 IR 壓降和連接電阻問題。此外，幾乎所有的電源電流都會轉化為熱量，因此將所有熱量散發到那個被稱為“遠離”的神奇、神秘的地方存在熱量問題。

在某些時候，我擔心我們會用完運行空間。對 PC 板設計提出的多種要求（直流電氣、信號完整性、EMC、熱、隔離、爬電距離/間隙）將產生零設置，或者需要對功率水平、電路密度、熱密度、EMC 性能進行嚴重妥協，大小……這是一個很長的列表。

當然，認為我們已經達到了我們可以交付的極限并且我們不能走得更遠，這在工程中并不是什么新鮮事。不知何故，我們找到了一種通過新材料、技術、組件和其他創新來克服它的方法。畢竟，這就是摩爾在每個主要節點上的“定律”（一個聰明而有先見之明的假設，但不是定律，抱歉）的故事。也許工程的必要性有點像塞繆爾貝克特在他 1953 年的小說《無名之輩》結尾所寫的那樣：“……你必須繼續。我不能繼續。我會繼續的。” 或者這可能是塞繆爾·C·弗洛曼 (Samuel C. Florman) 在他的書“工程存在的樂趣”(The Existential Pleasures of Engineering) 中所指的內容。

盡管如此，在某些時候，還是需要激進的新方法。目前，我沒有看到任何這樣的突破，也沒有看到設計師停止嘗試在這些 PC 板上安裝更多組件和更高頻率的更多功能和耗散。或許PC板路有一個三叉叉：一條路通向死胡同，我們停下；中間道路是一種緩慢、穩定、漸進的進步；最后的路徑是某種革命性的方法，例如轉向低功耗且沒有 EMC 問題的全集成光學器件。

您對電路板設計情況有何看法？我們是否正在漸近地接近我們可以通過該技術實現的極限？未來的道路會不會是通過一系列小步驟而取得的穩步進展？或者我們還沒有看清楚的一些突破性技術是否會改變整個情況并實現重大進步，就像從手工放置組件和手工布線電路到拾放和 PC 板的過渡一樣？

審核編輯 黃昊宇