Gdy ulepszony poziom okablowania PCB, dzięki czemu projekt PCB będzie bardziej wydajny

Układ PCB jest bardzo ważny w całym projekcie PCB. Warto przestudiować i nauczyć się, jak uzyskać szybkie i wydajne okablowanie oraz sprawić, by okablowanie PCB wyglądało na wysokiej klasy. Wyróżniliśmy 7 aspektów, na które należy zwrócić uwagę przy projektowaniu PCB. Sprawdźmy i uzupełnijmy luki!

1. Przetwarzanie masy wspólnej obwodów cyfrowych i obwodów analogowych

Obecnie wiele płytek PCB nie jest już obwodami jednofunkcyjnymi (obwodami cyfrowymi lub analogowymi), ale składa się z mieszaniny obwodów cyfrowych i obwodów analogowych. Dlatego podczas okablowania należy wziąć pod uwagę wzajemne zakłócenia między nimi, zwłaszcza zakłócenia szumów na linii uziemiającej. Częstotliwość obwodów cyfrowych jest wysoka, a czułość obwodów analogowych jest duża. W przypadku linii sygnałowych linie sygnałowe wysokiej częstotliwości powinny znajdować się jak najdalej od czułych urządzeń analogowych. W przypadku linii uziemiających cała płytka drukowana ma tylko jeden węzeł prowadzący do świata zewnętrznego, zatem problem wspólnej masy cyfrowej i analogowej należy rozwiązać wewnątrz płytki drukowanej. Jednakże masa cyfrowa i masa analogowa są w rzeczywistości oddzielone wewnątrz płytki. Nie są one ze sobą połączone, a znajdują się jedynie na interfejsie, w którym płytka drukowana łączy się ze światem zewnętrznym (takim jak wtyczki itp.). Masa cyfrowa jest nieco zwarta z masą analogową. Należy pamiętać, że jest tylko jeden punkt połączenia. Na płytce drukowanej znajdują się również różne uziemienia, co zależy od projektu systemu.

2. Linie sygnałowe układane są na warstwie elektrycznej (uziemionej).

Podczas okablowania wielowarstwowych płytek drukowanych na warstwie linii sygnałowej nie pozostaje wiele niedokończonych linii. Dodanie większej liczby warstw spowoduje marnotrawstwo i zwiększy nakład pracy w produkcji, a koszty również odpowiednio wzrosną. Aby rozwiązać tę sprzeczność, można rozważyć okablowanie w warstwie elektrycznej (uziemionej). W pierwszej kolejności należy uwzględnić warstwę mocy, a następnie warstwę uziemienia. Ponieważ integralność formacji jest zachowana.

3. Obróbka odnóg w przewodach wielkopowierzchniowych

W przypadku uziemienia wielkopowierzchniowego (elektryczność) podłączane są do niego nogi powszechnie używanych elementów. Należy kompleksowo rozważyć obsługę nóg łączących. Jeśli chodzi o parametry elektryczne, lepiej jest, gdy podkładki nóg elementu są całkowicie połączone z powierzchnią miedzi, ale w przypadku spawania elementów występują pewne ukryte zagrożenia, takie jak: ① Spawanie wymaga grzejnika o dużej mocy . ② Łatwo jest spowodować wirtualne połączenia lutowane. Dlatego też, biorąc pod uwagę parametry elektryczne i wymagania technologiczne, wykonuje się pole lutownicze w kształcie krzyża, które nazywane jest osłoną termiczną, popularnie zwaną podkładką termiczną (termiczną). W ten sposób można wyeliminować możliwość powstawania pozornych połączeń lutowanych na skutek nadmiernego odprowadzania ciepła z przekroju podczas spawania. Seks jest znacznie ograniczony. Obróbka nóg warstwy mocy (masy) płyt wielowarstwowych jest taka sama.

4. Rola systemu sieciowego w okablowaniu

W wielu systemach CAD okablowanie jest określane na podstawie systemu sieciowego. Jeśli siatka jest zbyt gęsta, pomimo zwiększenia liczby kanałów, kroki są za małe, a ilość danych w polu obrazu jest za duża. Nieuchronnie będzie to wiązało się z większymi wymaganiami dotyczącymi przestrzeni dyskowej urządzenia, a także wpłynie na prędkość obliczeniową komputerowych produktów elektronicznych. wielki wpływ. Niektóre ścieżki są nieprawidłowe, na przykład te zajmowane przez podkładki nóg elementu lub zajęte przez otwory montażowe i otwory montażowe. Zbyt rzadka siatka i zbyt mało kanałów będą miały ogromny wpływ na szybkość routingu. Dlatego musi istnieć rozsądny system sieci obsługujący okablowanie. Odległość między ramionami standardowego komponentu wynosi {{0}},1 cala (2,54 mm), więc podstawa systemu siatki jest zazwyczaj ustawiona na 0,1 cala (2,54 mm) lub całkowita wielokrotność mniejsza niż {{1{12}}}},1 cala, na przykład: 0,05 cala, 0,025 cala, 0,02 cala itp.

5. Postępowanie z przewodami zasilającymi i uziemiającymi

Nawet jeśli okablowanie na całej płytce PCB zostanie dobrze wykonane, zakłócenia spowodowane niewystarczającym uwzględnieniem przewodów zasilających i uziemiających obniżą wydajność produktu, a czasami nawet wpłyną na skuteczność produktu. Dlatego okablowanie przewodów zasilających i uziemiających należy traktować poważnie, aby zminimalizować zakłócenia generowane przez przewody zasilające i uziemiające, aby zapewnić jakość produktu. Każdy inżynier zajmujący się projektowaniem produktów elektronicznych rozumie przyczynę szumów pomiędzy przewodem uziemiającym a przewodem zasilającym. Teraz opisujemy tylko zmniejszone tłumienie szumów: dobrze znane jest dodanie szumu pomiędzy zasilaczem a przewodem uziemiającym. Kondensator korzenia lotosu. Poszerz przewody zasilające i uziemiające tak bardzo, jak to możliwe. Przewód uziemiający jest szerszy niż przewód zasilający. Ich związek to: przewód uziemiający > przewód zasilający > przewód sygnałowy. Zwykle szerokość przewodu sygnałowego wynosi: 0,2~0,3 mm, a drobna szerokość może wynosić do 0.05~0,07 mm. , przewód zasilający ma średnicę 1,2 ~ 2,5 mm. W przypadku płytek obwodów cyfrowych szerokie przewody uziemiające można wykorzystać do utworzenia pętli, czyli sieci uziemiającej (nie można w ten sposób wykorzystać masy obwodów analogowych). Wykorzystaj dużą powierzchnię warstwy miedzi na przewody uziemiające, a te nieużywane na płytce drukowanej. Wszystkie miejsca są połączone z ziemią i wykorzystywane jako przewody uziemiające. Można też wykonać płytkę wielowarstwową, w której przewody zasilające i uziemiające zajmują po jednej warstwie.

6. Kontrola zasad projektowania (DRC)

Po zakończeniu projektowania okablowania należy dokładnie sprawdzić, czy projekt okablowania jest zgodny z zasadami określonymi przez projektanta. Konieczne jest także potwierdzenie, czy ustalone zasady odpowiadają potrzebom procesu produkcji tektury drukowanej. Inspekcje ogólne obejmują następujące aspekty: linia do linii, linia do linii. Czy odległość między podkładkami komponentów, liniami i otworami przelotowymi, podkładkami komponentów a otworami przelotowymi i otworami przelotowymi jest rozsądna i czy spełnia wymagania produkcyjne. Czy przewody zasilania i uziemienia mają odpowiednią szerokość oraz czy przewody zasilania i uziemienia są ściśle ze sobą powiązane (niska impedancja falowa)? Czy jest jakieś miejsce na płytce PCB, gdzie można poszerzyć przewód uziemiający? Czy podjęto środki w odniesieniu do kluczowych linii sygnałowych, takich jak krótkie odcinki, linie ochronne oraz linie wejściowe i wyjściowe, wyraźnie oddzielone? Czy części obwodu analogowego i cyfrowego mają niezależne przewody uziemiające? Czy grafika (np. ikony, etykiety) dodana później na płytkę PCB będzie powodować zwarcia sygnału. Zmodyfikuj niektóre niezadowalające kształty linii. Czy do płytki drukowanej dodano linie technologiczne? Czy maska ​​lutownicza spełnia wymagania procesu produkcyjnego, czy rozmiar maski lutowniczej jest odpowiedni oraz czy na podkładce urządzenia wciśnięty jest znak znakowy, aby nie wpłynąć na jakość montażu elektrycznego. Czy krawędź zewnętrznej ramki warstwy masy zasilacza w płycie wielowarstwowej jest zmniejszona? Jeśli folia miedziana warstwy uziemiającej zasilacza zostanie odsłonięta na zewnątrz płytki, łatwo jest spowodować zwarcie.

7. Projekt przelotki

Via (via) jest jednym z ważnych elementów wielowarstwowej płytki drukowanej. Koszt wiercenia zwykle stanowi od 30% do 40% kosztu produkcji płytki PCB. Mówiąc najprościej, każdy otwór na płytce PCB można nazwać przelotką. Z funkcjonalnego punktu widzenia przelotki można podzielić na dwie kategorie: jedna służy do połączeń elektrycznych pomiędzy warstwami; drugi służy do mocowania lub pozycjonowania urządzeń. Z punktu widzenia procesu przelotki dzieli się ogólnie na trzy kategorie, mianowicie przelotki ślepe, przelotki zakopane i przelotki.

Zaślepki znajdują się na górnej i dolnej powierzchni płytek drukowanych. Mają pewną głębokość i służą do łączenia obwodów powierzchniowych i obwodów wewnętrznych poniżej. Głębokość otworów zwykle nie przekracza określonego stosunku (apertury). Zakopane przelotki odnoszą się do otworów połączeniowych znajdujących się w wewnętrznej warstwie płytki drukowanej i nie sięgają powierzchni płytki drukowanej. Powyższe dwa rodzaje otworów znajdują się w wewnętrznej warstwie płytki drukowanej. Są one wykańczane w procesie formowania przewlekanego przed laminowaniem. Podczas procesu tworzenia przelotek kilka warstw wewnętrznych może nakładać się na siebie. Trzeci typ nazywa się otworem przelotowym, który przechodzi przez całą płytkę drukowaną i może być używany do realizacji wewnętrznych połączeń lub jako otwory montażowe dla elementów. Ponieważ otwory przelotowe są łatwiejsze do wdrożenia w technologii i mają niższe koszty, w większości płytek drukowanych stosuje się je zamiast dwóch pozostałych otworów przelotowych. Poniższe otwory przelotowe są uważane za otwory przelotowe, chyba że określono inaczej.

1. Z projektowego punktu widzenia otwór przelotowy składa się głównie z dwóch części, jedna to otwór wywiercony w środku, a druga to obszar podkładki wokół otworu. Rozmiar tych dwóch części określa rozmiar przelotki. Oczywiście projektując płytki PCB o dużej szybkości i gęstości, projektanci zawsze mają nadzieję, że przelotki powinny być jak najmniejsze, aby na płytce pozostało więcej miejsca na okablowanie. Ponadto im mniejsze przelotki, tym mniejsza jest ich własna pojemność pasożytnicza. Im jest mniejszy, tym bardziej nadaje się do obwodów o dużej prędkości. Jednakże zmniejszenie rozmiaru otworu powoduje również wzrost kosztów, a rozmiaru otworu przelotowego nie można zmniejszać w nieskończoność. Jest to ograniczone przez wiercenie (wiercenie) i galwanizację (platerowanie) oraz inne technologie procesowe: im mniejszy otwór, tym trudniej jest go wywiercić. Im dłuższy jest dołek, tym łatwiej jest oddalić się od środka; a gdy głębokość otworu przekracza 6-krotność średnicy wywierconego otworu, nie ma gwarancji, że ściana otworu zostanie równomiernie pokryta miedzią. Na przykład aktualna grubość (głębokość otworu) zwykłej 6-warstwowej płytki PCB wynosi około 50 mil, więc średnica wiercenia, którą może zapewnić producent płytki PCB, może osiągnąć tylko 8 mil.

2. Pasożytnicza pojemność otworu przelotowego Sam otwór przelotowy ma pasożytniczą pojemność w stosunku do ziemi. Jeżeli wiadomo, że średnica otworu izolacyjnego otworu przelotowego w warstwie uziemiającej wynosi D2, średnica podkładki otworu przelotowego wynosi D1, a grubość płytki PCB wynosi T, stała dielektryczna podłoża płytki wynosi ε, wówczas wielkość pasożytniczej pojemności przelotki wynosi w przybliżeniu: C=1.41εTD1/(D2-D1) Główny wpływ pasożytniczej pojemności przelotki na obwód polega na tym, że wydłużyć czas narastania sygnału i zmniejszyć prędkość obwodu. Na przykład w przypadku płytki PCB o grubości 50 Mil, jeśli otwór przelotowy o średnicy wewnętrznej 10 Mil i średnicy podkładki 2{{20} } Używa się Mil, a odległość między podkładką a powierzchnią miedzi uziemionej wynosi 32 Mil, możemy w przybliżeniu obliczyć otwór przelotowy za pomocą powyższego wzoru. Pojemność pasożytnicza wynosi w przybliżeniu: C=1.41x4,4x{{31 }}.050x0,020/(0.032-0.020)=0.517pF. Zmiana czasu narastania spowodowana tą częścią pojemności wynosi: T10-90=2,2C (Z0/2)=2,2 x0,517x(55/2)=31,28ps. Z tych wartości wynika, że ​​chociaż efekt spowolnienia opóźnienia narastania spowodowanego pasożytniczą pojemnością pojedynczej przelotki nie jest zbyt oczywisty, projektanci powinni jednak dokładnie rozważyć, czy przelotki są używane wielokrotnie w okablowaniu do przełączania między warstwami .

3. Indukcyjność pasożytnicza przelotek Podobnie istnieją pojemności pasożytnicze w przelotkach i indukcyjności pasożytnicze. Przy projektowaniu szybkich obwodów cyfrowych szkody spowodowane przez pasożytniczą indukcyjność przelotek są często większe niż wpływ pasożytniczej pojemności. Jego pasożytnicza indukcyjność szeregowa osłabi wkład kondensatora obejściowego i osłabi efekt filtrowania całego systemu elektroenergetycznego. Możemy użyć poniższego wzoru, aby w prosty sposób obliczyć przybliżoną indukcyjność pasożytniczą przelotki: L=5.08h [ln (4h/d) + 1] gdzie L odnosi się do indukcyjności przelotka, h to długość przelotki, a d to środek. Średnica wywierconego otworu. Ze wzoru widać, że średnica otworu przelotowego ma niewielki wpływ na indukcyjność, ale długość otworu przelotowego wpływa na indukcyjność. Nadal korzystając z powyższego przykładu, indukcyjność przelotki można obliczyć jako: L=5.08x0.050 [ln (4x0,050/0,010) + 1 ]=1.015nH. Jeżeli czas narastania sygnału wynosi 1ns, to jego impedancja zastępcza wynosi: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Takiej impedancji nie można zignorować, gdy przepływa przez nią prąd o wysokiej częstotliwości. Szczególną uwagę należy zwrócić na fakt, że kondensator obejściowy musi przejść przez dwie przelotki podczas łączenia warstwy mocy i warstwy uziemiającej, więc pasożytnicza indukcyjność przelotek wzrośnie wykładniczo.

4. Projektowanie przelotek w szybkich płytkach drukowanych. Powyższa analiza pasożytniczych właściwości przelotek pozwala nam zobaczyć, że w projektach szybkich płytek PCB pozornie proste przelotki często powodują ogromne negatywne skutki w projekcie obwodu. efekt. Aby ograniczyć niekorzystne skutki powodowane przez pasożytnicze działanie przelotek, należy w projekcie zastosować się do następujących zaleceń:

1. Biorąc pod uwagę koszty i jakość sygnału, wybierz rozsądny rozmiar otworu. Na przykład w przypadku projektowania PCB modułu pamięci warstwowej 6-10- lepiej jest użyć przelotek 10/20Mil (wiercenie/podkładka). W przypadku niektórych płyt o dużej gęstości i małych rozmiarach można także spróbować użyć przelotek 8/18Mil. otwór. W obecnych warunkach technicznych trudno jest zastosować przelotki o mniejszych rozmiarach. W przypadku przelotek zasilających lub uziemiających należy rozważyć zastosowanie większych rozmiarów, aby zmniejszyć impedancję.

2. Z dwóch omówionych powyżej wzorów można wywnioskować, że zastosowanie cieńszej płytki PCB jest korzystne w celu zmniejszenia dwóch pasożytniczych parametrów przelotek.

3. Staraj się nie zmieniać warstw śladów sygnału na płytce PCB, czyli nie używać niepotrzebnych przelotek.

4. W pobliżu należy wywiercić kołki zasilające i uziemiające. Im krótsze przewody między przelotkami i pinami, tym lepiej, bo spowodują wzrost indukcyjności. Jednocześnie przewody zasilające i uziemiające powinny być jak najgrubsze, aby zmniejszyć impedancję.

5. Umieść kilka uziemionych przelotek w pobliżu przelotek zmieniających warstwę sygnału, aby zapewnić zamkniętą pętlę dla sygnału. Na płytce PCB można nawet umieścić dużą liczbę redundantnych przelotek uziemiających. Oczywiście musisz także zachować elastyczność w swoim projekcie. Omówiony wcześniej model przelotowy to przypadek, w którym każda warstwa ma podkładkę. Czasami w niektórych warstwach możemy zmniejszyć lub nawet usunąć podkładki. Zwłaszcza gdy gęstość otworów przelotowych jest bardzo duża, może to spowodować pęknięcie rowka izolującego obwód w warstwie miedzi. Aby rozwiązać ten problem, oprócz zmiany lokalizacji przelotek, możemy rozważyć również umieszczenie przelotek w warstwie miedzi. Rozmiar podkładki jest zmniejszony.