Când este îmbunătățit nivelul cablajului PCB, făcându-vă designul PCB-ului mai eficient

Dispunerea PCB-ului este foarte importantă în întregul design al PCB-ului. Cum să obțineți o cablare rapidă și eficientă și să vă faceți cablarea PCB-ului să arate de ultimă generație merită studiat și învățat. Am rezolvat 7 aspecte cărora trebuie să le acordăm atenție în aspectul PCB. Să verificăm și să completăm golurile!

1. Prelucrare comună la sol a circuitelor digitale și analogice

În zilele noastre, multe PCB-uri nu mai sunt circuite funcționale unice (circuite digitale sau analogice), ci sunt compuse dintr-un amestec de circuite digitale și circuite analogice. Prin urmare, este necesar să se ia în considerare interferența reciprocă dintre ele la cablare, în special interferența de zgomot pe linia de masă. Frecvența circuitelor digitale este mare, iar sensibilitatea circuitelor analogice este puternică. Pentru liniile de semnal, liniile de semnal de înaltă frecvență ar trebui să fie cât mai departe posibil de dispozitivele de circuit analogic sensibile. Pentru liniile de masă, întregul PCB are un singur nod către lumea exterioară, așa că problema comunității digitale și analogice trebuie tratată în interiorul PCB. Cu toate acestea, pământul digital și pământul analogic sunt de fapt separate în interiorul plăcii. Ele nu sunt conectate între ele, ci sunt doar la interfața unde PCB-ul se conectează la lumea exterioară (cum ar fi mufele etc.). Masa digitală este puțin scurtcircuitată la masa analogică, vă rugăm să rețineți că există un singur punct de conectare. Există, de asemenea, diferite terenuri pe PCB, care sunt determinate de designul sistemului.

2. Liniile de semnal sunt așezate pe stratul electric (de pământ).

La conectarea plăcilor imprimate cu mai multe straturi, nu există multe linii neterminate rămase pe stratul de linii de semnal. Adăugarea mai multor straturi va provoca risipă și va crește volumul de muncă al producției, iar costul va crește în consecință. Pentru a rezolva această contradicție, puteți lua în considerare cablarea pe stratul electric (împământare). Stratul de putere trebuie luat în considerare mai întâi, urmat de stratul de sol. Pentru că integritatea formațiunii este păstrată.

3. Tratarea picioarelor de legătură în conductoarele de suprafață mare

La împământarea pe suprafețe mari (electricitate), picioarele componentelor utilizate în mod obișnuit sunt conectate la aceasta. Manipularea picioarelor de conectare trebuie luată în considerare în mod cuprinzător. În ceea ce privește performanța electrică, este mai bine ca plăcuțele picioarelor componentelor să fie complet conectate la suprafața de cupru, dar pentru Există câteva pericole ascunse în ansamblul de sudare a componentelor, cum ar fi: ① Sudarea necesită un încălzitor de mare putere . ②Este ușor să provoci îmbinări virtuale de lipit. Prin urmare, ținând cont de performanța electrică și de cerințele procesului, se realizează un tampon de lipit în formă de cruce, care se numește scut termic, cunoscut în mod obișnuit sub numele de tampon termic (Thermal). În acest fel, poate fi eliminată posibilitatea îmbinărilor virtuale de lipire din cauza disipării excesive a căldurii în secțiunea transversală în timpul sudării. Sexul este mult redus. Tratamentul picioarelor stratului de putere (împământare) ale plăcilor cu mai multe straturi este același.

4. Rolul sistemului de rețea în cablare

În multe sisteme CAD, cablarea este determinată pe baza sistemului de rețea. Dacă grila este prea densă, deși numărul de canale este crescut, pașii sunt prea mici și cantitatea de date din câmpul de imagine este prea mare. Acest lucru va avea inevitabil cerințe mai mari pentru spațiul de stocare al dispozitivului și va afecta, de asemenea, viteza de calcul a produselor electronice de calculator. mare impact. Unele căi sunt invalide, cum ar fi cele ocupate de plăcuțele picioarelor componente sau ocupate de găuri de montare și găuri de montare. Mesh prea rară și prea puține canale vor avea un impact mare asupra ratei de rutare. Prin urmare, trebuie să existe un sistem de rețea rezonabil pentru a sprijini cablarea. Distanța dintre picioarele unei componente standard este de {{0}},1 inchi (2,54 mm), astfel încât baza sistemului de grilă este în general setată la 0,1 inchi (2,54 mm) sau un multiplu integral mai mic de {{10}},1 inchi, cum ar fi: 0,05 inchi, 0,025 inchi, 0,02 inci etc.

5. Manipularea cablurilor de alimentare și de împământare

Chiar dacă cablarea în întreaga placă PCB este bine finalizată, interferențele cauzate de luarea în considerare insuficientă a sursei de alimentare și a firelor de împământare vor degrada performanța produsului și uneori chiar vor afecta rata de succes a produsului. Prin urmare, cablurile de alimentare și de împământare trebuie luate în serios pentru a minimiza interferențele de zgomot generate de sursa de alimentare și firele de împământare pentru a asigura calitatea produsului. Fiecare inginer care este implicat în proiectarea produselor electronice înțelege cauza zgomotului dintre firul de împământare și firul de alimentare. Acum descriem doar suprimarea redusă a zgomotului: binecunoscutul este să adăugați un zgomot între sursa de alimentare și firul de masă. Condensator Lotus root. Lărgiți firele de alimentare și de împământare cât mai mult posibil. Firul de împământare este mai larg decât firul de alimentare. Relația lor este: fir de masă > fir de alimentare > fir de semnal. De obicei, lățimea firului de semnal este: 0.2~0.3mm, iar lățimea fină poate fi de până la 0.05~0.07mm. , cablul de alimentare este de 1,2~2,5 mm. Pentru circuitele digitale PCB, firele de împământare largi pot fi folosite pentru a forma o buclă, adică pentru a forma o rețea de împământare (împământarea circuitelor analogice nu poate fi utilizată în acest fel). Utilizați o suprafață mare de strat de cupru pentru firele de împământare, iar cele neutilizate de pe placa imprimată. Toate locurile sunt conectate la pământ și utilizate ca fire de împământare. Sau poate fi transformat într-o placă cu mai multe straturi, cu sursa de alimentare și firele de împământare ocupând câte un strat.

6. Verificarea regulilor de proiectare (DRC)

După ce proiectarea cablajului este finalizată, este necesar să verificați cu atenție dacă proiectarea cablajului respectă regulile stabilite de proiectant. De asemenea, este necesar să se confirme dacă regulile stabilite îndeplinesc nevoile procesului de producție a plăcilor imprimate. Inspecțiile generale includ următoarele aspecte: linie la linie, linie la linie. Dacă distanța dintre plăcuțele componente, liniile și găurile de trecere, plăcuțele componente și găurile de trecere și găurile de trecere este rezonabilă și dacă îndeplinește cerințele de producție. Sunt firele de alimentare și de împământare de lățime adecvată și firele de alimentare și de împământare sunt strâns cuplate (impedanță joasă a undelor)? Există vreun loc în PCB unde firul de împământare poate fi lărgit? Au fost luate măsuri pentru liniile de semnal cheie, cum ar fi lungimi scurte, linii de protecție și linii de intrare și linii de ieșire clar separate? Circuitul analogic și piesele circuitului digital au fire independente de împământare? Dacă elementele grafice (cum ar fi pictogramele, etichetele) adăugate mai târziu la PCB vor cauza scurtcircuite ale semnalului. Modificați unele forme de linii nesatisfăcătoare. Există linii de proces adăugate la PCB? Dacă masca de lipit îndeplinește cerințele procesului de producție, dacă dimensiunea măștii de lipit este adecvată și dacă semnul caracterului este apăsat pe tamponul dispozitivului pentru a evita afectarea calității ansamblului electric. Este redusă marginea cadrului exterior al stratului de masă al sursei de alimentare într-o placă multistrat? Dacă folia de cupru a stratului de masă al sursei de alimentare este expusă în afara plăcii, este ușor să provocați un scurtcircuit.

7. Proiectarea via

Via (via) este una dintre componentele importante ale PCB-ului multistrat. Costul forajului reprezintă de obicei 30% până la 40% din costul de fabricație a plăcilor PCB. Mai simplu spus, fiecare gaură de pe PCB poate fi numită o via. Din punct de vedere funcțional, vias-urile pot fi împărțite în două categorii: una este utilizată pentru conexiunile electrice între straturi; celălalt este folosit pentru fixarea sau poziționarea dispozitivelor. Dintr-o perspectivă de proces, vias sunt în general împărțite în trei categorii, și anume vias oarbe, vias îngropate și prin vias.

Găurile oarbe sunt situate pe suprafețele superioare și inferioare ale plăcilor cu circuite imprimate. Au o anumită adâncime și sunt folosite pentru a conecta circuitele de suprafață și circuitele interioare de dedesubt. Adâncimea găurilor de obicei nu depășește un anumit raport (apertura). Viasurile îngropate se referă la găurile de conectare situate pe stratul interior al unei plăci de circuit imprimat și nu se extind la suprafața plăcii de circuite. Cele două tipuri de găuri de mai sus sunt situate în stratul interior al plăcii de circuite. Acestea sunt finalizate folosind procesul de formare a găurilor prin găuri înainte de laminare. În timpul procesului de formare a găurii, mai multe straturi interioare pot fi suprapuse. Al treilea tip se numește orificiu traversant, care trece prin întreaga placă de circuite și poate fi folosit pentru implementarea interconexiunilor interne sau ca găuri de poziționare de montare pentru componente. Deoarece găurile de trecere sunt mai ușor de implementat în tehnologie și au costuri mai mici, acestea sunt utilizate în majoritatea plăcilor de circuite imprimate în locul celorlalte două găuri de trecere. Următoarele găuri de trecere sunt considerate găuri de trecere, dacă nu se specifică altfel.

1. Din punct de vedere al designului, o gaură intermediară constă în principal din două părți, una este gaura de foraj din mijloc, iar cealaltă este zona tamponului din jurul gaurii de foraj. Mărimea acestor două părți determină dimensiunea via. Evident, atunci când proiectează PCB-uri de mare viteză, de înaltă densitate, designerii speră întotdeauna ca vias-urile să fie cât mai mici posibil, astfel încât să poată rămâne mai mult spațiu de cablare pe placă. În plus, cu cât sunt mai mici vias-urile, cu atât capacitatea lor parazită este mai mică. Cu cât este mai mic, cu atât este mai potrivit pentru circuitele de mare viteză. Cu toate acestea, reducerea dimensiunii găurii duce, de asemenea, la o creștere a costului, iar dimensiunea găurii intermediare nu poate fi redusă la infinit. Este limitată de găurire (găurire) și galvanizare (placare) și alte tehnologii de proces: cu cât gaura este mai mică, cu atât este mai greu de găurit. Cu cât gaura durează mai mult, cu atât este mai ușor să devii de la centru; iar atunci când adâncimea găurii depășește de 6 ori diametrul găurii, nu există nicio garanție că peretele găurii va fi placat uniform cu cupru. De exemplu, grosimea curentă (adâncimea găurii) a unei plăci PCB cu strat de 6-normal este de aproximativ 50 Mil, astfel încât diametrul de găurire pe care îl poate furniza producătorul de PCB poate ajunge doar la 8 Mil.

2. Capacitatea parazită a găurii de trecere Orificiul de trecere în sine are o capacitate parazită la sol. Dacă se știe că diametrul găurii de izolare a găurii interioare de pe stratul de masă este D2, diametrul plăcii găurii interioare este D1 și grosimea plăcii PCB este T, constanta dielectrică a substratului plăcii este ε, atunci dimensiunea capacității parazitare a găurii interioare este de aproximativ: C=1.41εTD1/(D{2-D1) Principalul impact al capacității parazitare a găurii intermediare pe circuit este de a prelungește timpul de creștere a semnalului și reduce viteza circuitului. De exemplu, pentru o placă PCB cu o grosime de 50 Mil, dacă o gaură de trecere cu un diametru interior de 10 Mil și un diametru de 2{{2{0} } Mil este folosit, iar distanța dintre pad și suprafața de cupru de masă este de 32 Mil, putem calcula aproximativ orificiul de trecere prin formula de mai sus. Capacitatea parazită este aproximativ: C=1.41x4.4x{{31 }}.050x0.020/(0.032-0.020){=0.517pF. Modificarea timpului de creștere cauzată de această parte a capacității este: T10-90=2.2C (Z0/2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Se poate observa din aceste valori că, deși efectul de încetinire a întârzierii de creștere cauzată de capacitatea parazitară a unei singure via nu este foarte evident, proiectanții ar trebui totuși să ia în considerare cu atenție dacă vias-urile sunt utilizate de mai multe ori în cablare pentru comutarea între straturi. .

3. Inductanța parazită a vias În mod similar, există capacități parazite în vias și inductanțe parazite. În proiectarea circuitelor digitale de mare viteză, prejudiciul cauzat de inductanța parazită a vias este adesea mai mare decât impactul capacității parazitare. Inductanța sa parazită în serie va slăbi contribuția condensatorului de bypass și va slăbi efectul de filtrare al întregului sistem de alimentare. Putem folosi următoarea formulă pentru a calcula pur și simplu inductanța parazitară aproximativă a unei via: L=5.{08h [ln (4h/d) + 1] unde L se referă la inductanța lui via, h este lungimea traversei și d este centrul Diametrul găurii forate. Din formula se poate observa că diametrul găurii de trecere are un impact mic asupra inductanței, dar lungimea găurii de trecere afectează inductanța. Folosind încă exemplul de mai sus, inductanța via poate fi calculată ca: L=5.08x0.050 [ln (4x0.050/0.010) + 1 ]=1.015nH. Dacă timpul de creștere al semnalului este de 1ns, atunci impedanța sa echivalentă este: XL=πL/T10-90=3.19Ω. O astfel de impedanță nu poate fi ignorată atunci când curentul de înaltă frecvență trece prin ea. O atenție deosebită trebuie acordată faptului că condensatorul de bypass trebuie să treacă prin două căi la conectarea stratului de putere și a stratului de masă, astfel încât inductanța parazitară a căilor va crește exponențial.

4. Proiectare prin găuri în PCB de mare viteză Prin analiza de mai sus a caracteristicilor parazitare ale găurilor prin intermediul, putem vedea că în proiectarea PCB-ului de mare viteză, găurile aparent simple aduc adesea efecte negative mari asupra designului circuitului. efect. Pentru a reduce efectele adverse cauzate de efectele parazitare ale vias, încercați să faceți următoarele în proiectare:

1. Din punct de vedere al costului și al calității semnalului, alegeți o dimensiune rezonabilă prin gaură. De exemplu, pentru 6-10-designul PCB al modulului de memorie layer, este mai bine să utilizați 10/20Mil (foraj/pad). Pentru unele plăci de înaltă densitate, de dimensiuni mici, puteți încerca, de asemenea, să utilizați 8/18Mil vias. gaură. În condițiile tehnice actuale, este dificil să se utilizeze canale de dimensiuni mai mici. Pentru căi de alimentare sau de împământare, luați în considerare utilizarea unor dimensiuni mai mari pentru a reduce impedanța.

2. Din cele două formule discutate mai sus, se poate concluziona că utilizarea unei plăci PCB mai subțiri este benefică pentru reducerea celor doi parametri paraziți ai vias.

3. Încercați să nu schimbați straturile de urme de semnal de pe placa PCB, adică încercați să nu folosiți vias inutile.

4. Pinii de alimentare și de împământare trebuie să fie găuriți în apropiere. Cu cât cablurile sunt mai scurte între vias și pini, cu atât mai bine, deoarece vor provoca o creștere a inductanței. În același timp, cablurile de alimentare și de masă ar trebui să fie cât mai groase posibil pentru a reduce impedanța.

5. Așezați niște conducte împământate în apropierea canalelor de schimbare a stratului de semnal pentru a oferi o buclă apropiată pentru semnal. Puteți chiar plasa un număr mare de căi de împământare redundante pe placa PCB. Desigur, trebuie să fii flexibil în design. Modelul via discutat mai devreme este un caz în care fiecare strat are un tampon. Uneori, putem reduce sau chiar elimina tampoanele de pe unele straturi. Mai ales atunci când densitatea găurilor de trecere este foarte mare, poate cauza o canelură ruptă pentru a izola circuitul din stratul de cupru. Pentru a rezolva această problemă, pe lângă mutarea locației vie-urilor, putem lua în considerare și plasarea via-urilor în stratul de cupru. Dimensiunea tamponului este redusă.