Když se zlepší úroveň zapojení PCB, bude váš návrh PCB efektivnější

Rozložení PCB je velmi důležité v celém návrhu PCB. Jak dosáhnout rychlého a efektivního zapojení a zajistit, aby vaše PCB zapojení vypadalo špičkově, stojí za to studovat a učit se. Vytřídili jsme 7 aspektů, kterým je třeba věnovat pozornost při uspořádání PCB. Pojďme zkontrolovat a doplnit mezery!

1. Společné zemní zpracování digitálních obvodů a analogových obvodů

V dnešní době mnoho desek plošných spojů již nejsou jednotlivé funkční obvody (digitální nebo analogové obvody), ale jsou složeny ze směsi digitálních obvodů a analogových obvodů. Proto je nutné při elektroinstalaci uvažovat o vzájemném rušení mezi nimi, zejména pak o rušení šumem na zemním vedení. Frekvence digitálních obvodů je vysoká a citlivost analogových obvodů je vysoká. U signálových vedení by vysokofrekvenční signální vedení měla být co nejdále od citlivých analogových obvodů. U zemních linek má celá deska plošných spojů pouze jeden uzel s vnějším světem, takže problém digitální a analogové společné země je třeba řešit uvnitř desky plošných spojů. Nicméně digitální a analogové uzemnění jsou ve skutečnosti uvnitř desky odděleny. Nejsou vzájemně propojeny, ale jsou pouze na rozhraní, kde se PCB spojuje s vnějším světem (například zástrčky atd.). Digitální zem je trochu zkratována k analogové zemi, vezměte prosím na vědomí, že existuje pouze jeden spojovací bod. Na desce plošných spojů jsou také různé uzemnění, což je dáno návrhem systému.

2. Signální vedení jsou položena na elektrické (zemní) vrstvě

Při zapojování vícevrstvých desek plošných spojů nezůstává na vrstvě signálního vedení mnoho nedokončených linek. Přidání dalších vrstev způsobí plýtvání a zvýší pracnost výroby a odpovídajícím způsobem vzrostou i náklady. Chcete-li tento rozpor vyřešit, můžete zvážit zapojení na elektrické (zemní) vrstvě. Nejprve je třeba zvážit výkonovou vrstvu a poté zemní vrstvu. Protože je zachována celistvost formace.

3. Ošetření spojovacích ramen u velkoplošných vodičů

Při velkoplošném uzemnění (elektřina) se k němu připojují nožičky běžně používaných součástek. Manipulaci se spojovacími nohami je potřeba komplexně zvážit. Pokud jde o elektrický výkon, je lepší, aby podložky noh součástí byly plně spojeny s měděným povrchem, ale pro Existují určitá skrytá nebezpečí ve svařovací sestavě součástí, jako například: ① Svařování vyžaduje vysoce výkonný ohřívač . ② Je snadné způsobit virtuální pájené spoje. Proto se s přihlédnutím k elektrickému výkonu a požadavkům procesu vyrábí pájecí podložka ve tvaru kříže, která se nazývá tepelný štít, běžně známý jako tepelná podložka (Thermal). Tímto způsobem lze eliminovat možnost virtuálních pájených spojů v důsledku nadměrného odvodu tepla průřezu při svařování. Sex je výrazně omezen. Ošetření nohou výkonové (přízemní) vrstvy vícevrstvých desek je stejné.

4. Role síťového systému v elektroinstalaci

V mnoha CAD systémech je zapojení určeno na základě síťového systému. Pokud je mřížka příliš hustá, ačkoli se počet kanálů zvýšil, kroky jsou příliš malé a množství dat v poli obrazu je příliš velké. To bude mít nevyhnutelně vyšší požadavky na úložný prostor zařízení a ovlivní to také výpočetní rychlost počítačových elektronických produktů. velký dopad. Některé cesty jsou neplatné, například ty, které zabírají podložky nohou komponentů nebo jsou obsazené montážními otvory a montážními otvory. Příliš řídká síť a příliš málo kanálů bude mít velký dopad na rychlost směrování. Proto musí existovat přiměřený síťový systém pro podporu vedení. Vzdálenost mezi nohami standardní součásti je {{0}},1 palce (2,54 mm), takže základ systému mřížky je obecně nastaven na 0,1 palce (2,54 mm) nebo celočíselný násobek menší než {{10}},1 palce, například: 0,05 palce, 0,025 palce, 0,02 palce atd.

5. Manipulace s napájecími a zemnícími vodiči

I když je kabeláž v celé desce plošných spojů dokončena dobře, rušení způsobené nedostatečným zohledněním napájecích a zemnících vodičů zhorší výkon produktu a někdy dokonce ovlivní úspěšnost produktu. Zapojení napájecího zdroje a zemnících vodičů je proto nutné brát vážně, aby se minimalizovalo rušení generované napájecím a zemnicím vodičem, aby byla zajištěna kvalita produktu. Každý inženýr, který se zabývá návrhem elektronických produktů, rozumí příčině šumu mezi zemnicím vodičem a napájecím vodičem. Nyní popíšeme pouze snížené potlačení hluku: známé je přidání šumu mezi napájecí zdroj a zemnící vodič. Kořenový kondenzátor Lotus. Co nejvíce rozšiřte napájecí a zemnící vodiče. Zemnicí vodič je širší než napájecí vodič. Jejich vztah je: zemnící vodič > napájecí vodič > signální vodič. Šířka signálního vodiče je obvykle: 0.2~0.3 mm a jemná šířka může být až 0.05~0.07 mm. , napájecí kabel je 1,2~2,5 mm. U DPS digitálních obvodů lze použít široké zemnící vodiče k vytvoření smyčky, tedy k vytvoření zemnící sítě (uzemnění analogových obvodů nelze tímto způsobem použít). Použijte velkou plochu měděné vrstvy pro zemnící vodiče a nepoužité na desce s plošnými spoji Všechna místa jsou spojena se zemí a použita jako zemnící vodiče. Nebo z něj může být vyrobena vícevrstvá deska, přičemž napájecí a zemnící vodiče zabírají jednu vrstvu.

6. Kontrola pravidel návrhu (DRC)

Po dokončení návrhu elektroinstalace je nutné pečlivě zkontrolovat, zda návrh elektroinstalace odpovídá pravidlům stanoveným projektantem. Je také nutné potvrdit, zda nastavená pravidla odpovídají potřebám procesu výroby tištěných desek. Obecné prohlídky zahrnují následující aspekty: řádek po řádku, řádek po řádku. Zda je vzdálenost mezi podložkami součástek, čarami a průchozími otvory, destičkami součástek a průchozími otvory a průchozími otvory přiměřená a zda splňuje požadavky výroby. Mají napájecí a zemnící vodiče vhodnou šířku a jsou napájecí a zemnicí vodiče pevně spojeny (nízká vlnová impedance)? Je v DPS nějaké místo, kde by se dal rozšířit zemnící vodič? Byla přijata opatření pro klíčová signální vedení, jako jsou krátké délky, ochranná vedení a vstupní a výstupní vedení jasně oddělená? Mají části analogového obvodu a digitálního obvodu nezávislé zemnící vodiče? Zda grafika (jako ikony, štítky) přidaná na PCB později způsobí zkraty signálu. Upravte některé nevyhovující tvary čar. Jsou k desce plošných spojů přidány procesní linky? Zda pájecí maska ​​splňuje požadavky výrobního procesu, zda je velikost pájecí masky vhodná a zda je znaková značka vylisována na podložce zařízení, aby nedošlo k ovlivnění kvality elektrické sestavy. Je okraj vnějšího rámu zemní vrstvy zdroje u vícevrstvé desky zmenšený? Pokud je měděná fólie zemnící vrstvy zdroje obnažena mimo desku, může snadno dojít ke zkratu.

7. Návrh via

Via (via) je jednou z důležitých součástí vícevrstvých DPS. Náklady na vrtání obvykle tvoří 30 % až 40 % nákladů na výrobu desky plošných spojů. Zjednodušeně lze říci, že každý otvor na desce plošných spojů lze nazvat průchodem. Z funkčního hlediska lze prokovy rozdělit do dvou kategorií: jedna se používá pro elektrické spojení mezi vrstvami; druhý se používá pro upevnění nebo polohování zařízení. Z procesního hlediska se prokovy obecně dělí do tří kategorií, jmenovitě slepé prokovy, zakopané prokovy a průchozí prokovy.

Slepé otvory jsou umístěny na horní a spodní ploše desek plošných spojů. Mají určitou hloubku a používají se k propojení povrchových okruhů a vnitřních okruhů pod nimi. Hloubka otvorů obvykle nepřesahuje určitý poměr (otvor). Zapuštěné prokovy se týkají připojovacích otvorů umístěných na vnitřní vrstvě desky s plošnými spoji a nezasahují až k povrchu desky s plošnými spoji. Výše uvedené dva typy otvorů jsou umístěny ve vnitřní vrstvě obvodové desky. Jsou dokončeny pomocí procesu formování průchozího otvoru před laminací. Během procesu vytváření průchozího otvoru se může překrývat několik vnitřních vrstev. Třetí typ se nazývá průchozí otvor, který prochází celou obvodovou deskou a lze jej použít k realizaci vnitřních propojení nebo jako montážní polohovací otvory pro součástky. Protože se průchozí otvory v technologii snáze implementují a mají nižší náklady, používají se ve většině desek plošných spojů místo dalších dvou průchozích otvorů. Následující průchozí otvory jsou považovány za průchozí otvory, pokud není uvedeno jinak.

1. Z konstrukčního hlediska se průchozí otvor skládá hlavně ze dvou částí, jednou je vyvrtaný otvor uprostřed a druhou je oblast podložky kolem vyvrtaného otvoru. Velikost těchto dvou částí určuje velikost prokovu. Je zřejmé, že při navrhování vysokorychlostních desek plošných spojů s vysokou hustotou návrháři vždy doufají, že prokovy by měly být co nejmenší, aby na desce mohlo být ponecháno více místa pro zapojení. Navíc, čím menší prokovy, tím menší je jejich vlastní parazitní kapacita. Čím je menší, tím je vhodnější pro vysokorychlostní okruhy. Zmenšení velikosti otvoru však také přináší zvýšení nákladů a velikost průchozího otvoru nelze zmenšovat donekonečna. Je omezena vrtáním (vrtáním) a galvanickým pokovováním (pokovováním) a dalšími procesními technologiemi: čím menší je otvor, tím hůře se vrtá. Čím déle díra trvá, tím snazší je odchýlit se od středu; a když hloubka otvoru přesáhne 6násobek průměru vyvrtaného otvoru, není zaručeno, že stěna otvoru bude rovnoměrně pokovena mědí. Například současná tloušťka (hloubka průchozího otvoru) běžné 6-vrstvy desky PCB je asi 50 Mil, takže průměr vrtání, který může poskytnout výrobce PCB, může dosáhnout pouze 8 Mil.

2. Parazitní kapacita průchozího otvoru Samotný průchozí otvor má parazitní kapacitu vůči zemi. Pokud je známo, že průměr izolačního otvoru průchozího otvoru na zemní vrstvě je D2, průměr podložky průchozího otvoru je D1 a tloušťka desky plošných spojů je T, dielektrická konstanta substrátu desky je ε, pak je velikost parazitní kapacity průchozího otvoru přibližně: C=1.41εTD1/(D2-D1) Hlavním dopadem parazitní kapacity průchozího otvoru na obvod je prodloužit dobu náběhu signálu a snížit rychlost obvodu. Například pro desku plošných spojů o tloušťce 50 Mil, pokud je průchozí otvor s vnitřním průměrem 10 Mil a průměr podložky 2{{20} } Používá se Mil a vzdálenost mezi podložkou a měděnou plochou je 32 Mil, můžeme přibližně vypočítat průchozí otvor pomocí výše uvedeného vzorce Parazitní kapacita je zhruba: C=1.41x4.4x{{31 }}.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF. Změna doby náběhu způsobená touto částí kapacity je: T10-90=2.2C (Z0/2)=2.2 x 0.517x(55/2)=31.28ps. Z těchto hodnot je vidět, že ačkoliv efekt zpomalení náběhového zpoždění způsobeného parazitní kapacitou jednoho prokovu není příliš zřejmý, konstruktéři by to přesto měli pečlivě zvážit, pokud jsou prokovy v zapojení vícenásobně použity pro přepínání mezi vrstvami. .

3. Parazitní indukčnost prokovů Podobně existují parazitní kapacity v prokovech a parazitní indukčnosti. Při návrhu vysokorychlostních digitálních obvodů je poškození způsobené parazitní indukčností prokovů často větší než dopad parazitní kapacity. Jeho parazitní sériová indukčnost zeslabí příspěvek obtokového kondenzátoru a zeslabí filtrační účinek celého energetického systému. K jednoduchému výpočtu přibližné parazitní indukčnosti průchodu a můžeme použít následující vzorec: L=5.08h [ln (4h/d) + 1] kde L označuje indukčnost průchodu prokov, h je délka prokovu a d je střed Průměr vyvrtaného otvoru. Ze vzorce je vidět, že průměr průchozího otvoru má malý vliv na indukčnost, ale délka průchozího otvoru ovlivňuje indukčnost. Při použití výše uvedeného příkladu lze indukčnost prokovu vypočítat takto: L=5.08x0.050 [ln (4x0,050/0,010) + 1 ]=1.015nH. Pokud je doba náběhu signálu 1ns, pak jeho ekvivalentní impedance je: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Takovou impedanci nelze ignorovat, když jí protéká vysokofrekvenční proud. Zvláštní pozornost by měla být věnována skutečnosti, že obtokový kondenzátor musí při připojení výkonové vrstvy a zemní vrstvy projít dvěma prokovy, takže parazitní indukčnost prokovů exponenciálně vzroste.

4. Návrh průchozích otvorů ve vysokorychlostní desce plošných spojů Prostřednictvím výše uvedené analýzy parazitních charakteristik propojovacích otvorů můžeme vidět, že při návrhu vysokorychlostních desek plošných spojů zdánlivě jednoduché otvory pro průchod často přinášejí velké negativní účinky na návrh obvodu. účinek. Chcete-li snížit nepříznivé účinky způsobené parazitními účinky prokovů, zkuste v návrhu provést následující:

1. Z hlediska ceny a kvality signálu zvolte přiměřenou velikost otvoru. Například pro 6-10-návrh vrstvového paměťového modulu PCB je lepší použít 10/20Mil (vrtací/podložka) prokovy. U některých desek s vysokou hustotou malých rozměrů můžete také zkusit použít průchody 8/18Mil. otvor. Za současných technických podmínek je obtížné použít prokovy menších rozměrů. Pro napájecí nebo zemní průchody zvažte použití větších velikostí, abyste snížili impedanci.

2. Ze dvou výše uvedených vzorců lze usoudit, že použití tenčí desky plošných spojů je výhodné pro snížení dvou parazitních parametrů prokovů.

3. Snažte se neměnit vrstvy signálových stop na desce plošných spojů, to znamená, snažte se nepoužívat zbytečné prokovy.

4. Napájecí a zemnicí kolíky by měly být vyvrtány poblíž. Čím kratší jsou přívody mezi prokovy a kolíky, tím lépe, protože způsobí zvýšení indukčnosti. Současně by napájecí a zemnící vodiče měly být co nejtlustší, aby se snížila impedance.

5. Umístěte několik uzemněných prokovů do blízkosti prokovů měnících vrstvu signálu, abyste zajistili úzkou smyčku pro signál. Na desku PCB můžete dokonce umístit velké množství nadbytečných zemních prokovů. Samozřejmě také musíte být flexibilní ve svém designu. Výše diskutovaný model via je případ, kdy každá vrstva má podložku. Někdy můžeme zmenšit nebo dokonce odstranit podložky na některých vrstvách. Zvláště když je hustota průchozích otvorů velmi vysoká, může to způsobit zlomenou drážku, která izoluje obvod v měděné vrstvě. Abychom tento problém vyřešili, můžeme kromě posunutí umístění prokovů také zvážit umístění prokovů do měděné vrstvy. Velikost podložky je zmenšena.