Quando è stato migliorato il livello di cablaggio del PCB, rendendo la progettazione del PCB più efficiente

Il layout del PCB è molto importante nell'intera progettazione del PCB. Vale la pena studiare e apprendere come ottenere un cablaggio rapido ed efficiente e far sembrare il cablaggio PCB di fascia alta. Abbiamo individuato 7 aspetti a cui prestare attenzione nel layout del PCB. Controlliamo e colmiamo le lacune!

1. Elaborazione del terreno comune di circuiti digitali e circuiti analogici

Al giorno d'oggi, molti PCB non sono più singoli circuiti funzionali (circuiti digitali o analogici), ma sono composti da una miscela di circuiti digitali e circuiti analogici. Pertanto è necessario considerare l'interferenza reciproca tra loro durante il cablaggio, in particolare l'interferenza del rumore sulla linea di terra. La frequenza dei circuiti digitali è elevata e la sensibilità dei circuiti analogici è elevata. Per le linee di segnale, le linee di segnale ad alta frequenza dovrebbero essere il più lontano possibile dai dispositivi sensibili del circuito analogico. Per le linee di terra, l'intero PCB ha un solo nodo verso il mondo esterno, quindi il problema della terra comune digitale e analogica deve essere affrontato all'interno del PCB. Tuttavia, la terra digitale e quella analogica sono effettivamente separate all'interno della scheda. Non sono collegati tra loro, ma si trovano solo nell'interfaccia in cui il PCB si collega al mondo esterno (come spine, ecc.). La terra digitale è leggermente in cortocircuito rispetto alla terra analogica, tenere presente che esiste un solo punto di connessione. Sul PCB sono inoltre presenti masse diverse, determinate dalla progettazione del sistema.

2. Le linee di segnale vengono posate sullo strato elettrico (massa).

Quando si cablano schede stampate multistrato, non rimangono molte linee incompiute sullo strato della linea del segnale. L'aggiunta di più strati causerà sprechi e aumenterà il carico di lavoro della produzione, e anche il costo aumenterà di conseguenza. Per risolvere questa contraddizione, puoi considerare il cablaggio sullo strato elettrico (terra). Lo strato di potenza dovrebbe essere considerato per primo, seguito dallo strato di terra. Perché l'integrità della formazione è preservata.

3. Trattamento delle gambe di collegamento in conduttori di grandi dimensioni

Nella messa a terra di grandi dimensioni (elettricità), ad essa sono collegate le gambe dei componenti di uso comune. La movimentazione delle gambe di collegamento deve essere considerata in modo globale. In termini di prestazioni elettriche, è meglio che i cuscinetti delle gambe dei componenti siano completamente collegati alla superficie di rame, ma esistono alcuni pericoli nascosti nell'assemblaggio di saldatura dei componenti, come ad esempio: ① La saldatura richiede un riscaldatore ad alta potenza . ②È facile causare giunti di saldatura virtuali. Pertanto, tenendo conto delle prestazioni elettriche e dei requisiti di processo, viene realizzato un pad di saldatura a forma di croce, chiamato scudo termico, comunemente noto come pad termico (Thermal). In questo modo si può eliminare la possibilità di saldature virtuali dovute a un'eccessiva dissipazione del calore della sezione trasversale durante la saldatura. Il sesso è molto ridotto. Il trattamento delle gambe dello strato di potenza (terra) dei pannelli multistrato è lo stesso.

4. Il ruolo del sistema di rete nel cablaggio

In molti sistemi CAD il cablaggio viene determinato in base al sistema di rete. Se la griglia è troppo densa, nonostante venga aumentato il numero di canali, i passi saranno troppo piccoli e la quantità di dati nel campo dell'immagine sarà troppo grande. Ciò comporterà inevitabilmente requisiti più elevati per lo spazio di archiviazione del dispositivo e influirà anche sulla velocità di elaborazione dei prodotti elettronici informatici. grande impatto. Alcuni percorsi non sono validi, come quelli occupati dai cuscinetti delle gambe dei componenti o occupati dai fori di montaggio e dai fori di montaggio. Una mesh troppo sparsa e troppo pochi canali avranno un grande impatto sulla velocità di instradamento. Pertanto, deve esserci un sistema di rete ragionevole per supportare il cablaggio. La distanza tra le gambe di un componente standard è {{0}},1 pollici (2,54 mm), quindi la base del sistema a griglia è generalmente impostata su 0,1 pollici (2,54 mm) o un multiplo integrale inferiore a {{10}},1 pollici, ad esempio: 0,05 pollici, 0,025 pollici, 0,02 pollici ecc.

5. Gestione dei cavi di alimentazione e di terra

Anche se il cablaggio dell'intera scheda PCB è completato correttamente, le interferenze causate da un'insufficiente considerazione dell'alimentazione e dei cavi di terra ridurranno le prestazioni del prodotto e talvolta influenzeranno anche la percentuale di successo del prodotto. Pertanto, il cablaggio dei cavi di alimentazione e di terra deve essere preso sul serio per ridurre al minimo le interferenze generate dai cavi di alimentazione e di terra per garantire la qualità del prodotto. Ogni ingegnere impegnato nella progettazione di prodotti elettronici comprende la causa del rumore tra il filo di terra e il filo di alimentazione. Ora descriviamo solo la soppressione del rumore ridotta: la nota è aggiungere un rumore tra l'alimentazione e il filo di terra. Condensatore della radice di loto. Allargare il più possibile i cavi di alimentazione e di terra. Il filo di terra è più largo del filo di alimentazione. La loro relazione è: filo di terra > filo di alimentazione > filo di segnale. Solitamente la larghezza del cavo del segnale è: 0,2~0,3 mm, e la larghezza fine può arrivare fino a 0,05~0,07 mm. , il cavo di alimentazione è di 1,2~2,5 mm. Per i circuiti stampati digitali, è possibile utilizzare cavi di terra larghi per formare un anello, ovvero per formare una rete di terra (la terra dei circuiti analogici non può essere utilizzata in questo modo). Utilizzare un'ampia area di strato di rame per i cavi di terra e quelli inutilizzati sulla scheda stampata. Tutti i punti sono collegati a terra e utilizzati come cavi di terra. Oppure può essere realizzato in una scheda multistrato, con i fili di alimentazione e di terra che occupano uno strato ciascuno.

6. Controllo delle regole di progettazione (DRC)

Una volta completata la progettazione del cablaggio, è necessario verificare attentamente se il progetto del cablaggio è conforme alle regole stabilite dal progettista. È inoltre necessario verificare se le regole stabilite soddisfano le esigenze del processo di produzione del cartone stampato. Le ispezioni generali includono i seguenti aspetti: linea per linea, linea per linea. Se la distanza tra i cuscinetti dei componenti, le linee e i fori passanti, i cuscinetti dei componenti e i fori passanti e i fori passanti è ragionevole e se soddisfa i requisiti di produzione. I cavi di alimentazione e di terra hanno una larghezza adeguata e sono strettamente accoppiati (bassa impedenza d'onda)? C'è qualche punto nel PCB dove il filo di terra può essere allargato? Sono state adottate misure per le linee di segnale principali, come tratti brevi, linee di protezione e linee di ingresso e linee di uscita chiaramente separate? Le parti del circuito analogico e del circuito digitale hanno fili di terra indipendenti? Se la grafica (come icone, etichette) aggiunta successivamente al PCB causerà cortocircuiti del segnale. Modifica alcune forme di linea insoddisfacenti. Sono state aggiunte linee di processo al PCB? Se la maschera di saldatura soddisfa i requisiti del processo di produzione, se la dimensione della maschera di saldatura è adeguata e se il segno dei caratteri viene premuto sul pad del dispositivo per evitare di compromettere la qualità del gruppo elettrico. Il bordo del telaio esterno dello strato di massa dell'alimentatore in una scheda multistrato è ridotto? Se la lamina di rame dello strato di terra dell'alimentatore è esposta all'esterno della scheda, è facile provocare un cortocircuito.

7. Progettazione della via

Via (via) è uno dei componenti importanti del PCB multistrato. Il costo della perforazione rappresenta solitamente dal 30% al 40% del costo di produzione della scheda PCB. In poche parole, ogni foro sul PCB può essere chiamato via. Da un punto di vista funzionale i via possono essere suddivisi in due categorie: una è utilizzata per i collegamenti elettrici tra gli strati; l'altro serve per fissare o posizionare dispositivi. Dal punto di vista del processo, i vias sono generalmente divisi in tre categorie, ovvero via cieca, via interrata e via passante.

I fori ciechi si trovano sulle superfici superiore e inferiore dei circuiti stampati. Hanno una certa profondità e servono per collegare i circuiti superficiali ed i circuiti interni sottostanti. La profondità dei fori solitamente non supera un certo rapporto (apertura). I via interrati si riferiscono ai fori di connessione situati sullo strato interno di un circuito stampato e non si estendono alla superficie del circuito. I due tipi di fori sopra indicati si trovano nello strato interno del circuito. Vengono completati utilizzando il processo di formatura a foro passante prima della laminazione. Durante il processo di formazione dei fori passanti, diversi strati interni possono essere sovrapposti. Il terzo tipo è chiamato foro passante, che attraversa l'intero circuito stampato e può essere utilizzato per implementare interconnessioni interne o come fori di posizionamento di montaggio per i componenti. Poiché i fori passanti sono più facili da implementare nella tecnologia e hanno costi inferiori, vengono utilizzati nella maggior parte dei circuiti stampati al posto degli altri due fori passanti. I seguenti fori passanti sono considerati fori passanti se non diversamente specificato.

1. Dal punto di vista della progettazione, un foro passante è costituito principalmente da due parti, una è il foro centrale e l'altra è l'area di supporto attorno al foro. La dimensione di queste due parti determina la dimensione della via. Ovviamente, quando si progettano PCB ad alta velocità e ad alta densità, i progettisti sperano sempre che i via siano i più piccoli possibile, in modo da poter lasciare più spazio per il cablaggio sulla scheda. Inoltre, quanto più piccole sono le vie, tanto minore è la loro capacità parassita. Più è piccolo, più è adatto ai circuiti ad alta velocità. Tuttavia, la riduzione della dimensione del foro comporta anche un aumento dei costi, e la dimensione del foro passante non può essere ridotta all'infinito. È limitato dalla perforazione (trapano) e dalla galvanica (placcatura) e da altre tecnologie di processo: più piccolo è il foro, più difficile è perforare. Quanto più tempo impiega il buco, tanto più facile sarà deviare dal centro; e quando la profondità del foro supera 6 volte il diametro del foro praticato, non vi è alcuna garanzia che la parete del foro venga placcata uniformemente in rame. Ad esempio, lo spessore attuale (profondità del foro) di una normale scheda PCB a 6-strato è di circa 50 Mil, quindi il diametro di foratura che il produttore del PCB può fornire può raggiungere solo 8 Mil.

2. Capacità parassita del foro passante Il foro passante stesso ha una capacità parassita verso terra. Se è noto che il diametro del foro di isolamento del foro passante sullo strato di terra è D2, il diametro del cuscinetto del foro passante è D1 e lo spessore della scheda PCB è T, la costante dielettrica del substrato della scheda è ε, allora la dimensione della capacità parassita del foro passante è approssimativamente: C=1.41εTD1/(D2-D1) L'impatto principale della capacità parassita del foro passante sul circuito è quello di prolungare il tempo di salita del segnale e ridurre la velocità del circuito. Ad esempio, per una scheda PCB con uno spessore di 50 Mil, se un foro passante con un diametro interno di 10 Mil e un diametro del pad di 2{{20} } Mil e la distanza tra il pad e l'area di terra del rame è 32 Mil, possiamo calcolare approssimativamente il foro passante attraverso la formula sopra. La capacità parassita è approssimativamente: C=1.41x4.4x{{31 }}.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF. La variazione del tempo di salita causata da questa parte della capacità è: T10-90=2.2C (Z0/2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Da questi valori si può vedere che, sebbene l'effetto di rallentamento del ritardo di salita causato dalla capacità parassita di un singolo via non sia molto evidente, i progettisti dovrebbero comunque considerarlo attentamente se i via vengono utilizzati più volte nel cablaggio per la commutazione tra strati .

3. Induttanza parassita dei via Allo stesso modo, ci sono capacità parassite nei via e induttanze parassite. Nella progettazione di circuiti digitali ad alta velocità, il danno causato dall'induttanza parassita dei via è spesso maggiore dell'impatto della capacità parassita. La sua induttanza in serie parassita indebolirà il contributo del condensatore di bypass e indebolirà l'effetto di filtraggio dell'intero sistema di alimentazione. Possiamo usare la seguente formula per calcolare semplicemente l'induttanza parassita approssimativa di un via: L=5.08h [ln (4h/d) + 1] dove L si riferisce all'induttanza di la via, h è la lunghezza della via e d è il centro. Il diametro del foro praticato. Dalla formula si può vedere che il diametro del foro passante ha un piccolo impatto sull'induttanza, ma la lunghezza del foro passante influisce sull'induttanza. Sempre utilizzando l'esempio precedente, l'induttanza del via può essere calcolata come: L=5.08x0.050 [ln (4x0.050/0.010) + 1 ]=1.015nH. Se il tempo di salita del segnale è 1 ns, la sua impedenza equivalente è: XL=πL/T10-90=3,19Ω. Tale impedenza non può essere ignorata quando la corrente ad alta frequenza la attraversa. Particolare attenzione dovrebbe essere prestata al fatto che il condensatore di bypass deve passare attraverso due vie quando si collega lo strato di potenza e lo strato di terra, quindi l'induttanza parassita delle vie aumenterà in modo esponenziale.

4. Progettazione di fori passanti in PCB ad alta velocità Attraverso l'analisi di cui sopra delle caratteristiche parassite dei fori passanti, possiamo vedere che nella progettazione di PCB ad alta velocità, fori passanti apparentemente semplici spesso portano grandi effetti negativi alla progettazione del circuito. effetto. Per ridurre gli effetti negativi causati dagli effetti parassiti dei via, provare a fare quanto segue nella progettazione:

1. Dal punto di vista del costo e della qualità del segnale, scegliere un foro via di dimensioni ragionevoli. Ad esempio, per la progettazione PCB del modulo di memoria a 6-10-layer, è meglio utilizzare via da 10/20Mil (foratura/pad). Per alcune schede ad alta densità e di piccole dimensioni, puoi anche provare a utilizzare via 8/18Mil. buco. Nelle attuali condizioni tecniche, è difficile utilizzare via di dimensioni più piccole. Per i collegamenti di alimentazione o di terra, prendere in considerazione l'utilizzo di dimensioni maggiori per ridurre l'impedenza.

2. Dalle due formule discusse sopra, si può concludere che l'utilizzo di una scheda PCB più sottile è vantaggioso per ridurre i due parametri parassiti dei via.

3. Cercare di non modificare gli strati delle tracce del segnale sulla scheda PCB, ovvero cercare di non utilizzare via non necessarie.

4. I pin di alimentazione e di terra devono essere forati nelle vicinanze. Più corti sono i conduttori tra i via e i pin, meglio è, perché causeranno un aumento dell'induttanza. Allo stesso tempo, i cavi di alimentazione e di terra dovrebbero essere quanto più spessi possibile per ridurre l'impedenza.

5. Posizionare alcuni via collegati a terra vicino ai via di cambio del livello del segnale per fornire un circuito chiuso per il segnale. È anche possibile posizionare un gran numero di via di terra ridondanti sulla scheda PCB. Naturalmente, devi anche essere flessibile nel design. Il modello via discusso in precedenza è un caso in cui ogni strato ha un pad. A volte possiamo ridurre o addirittura rimuovere i cuscinetti su alcuni strati. Soprattutto quando la densità dei fori passanti è molto elevata, potrebbe verificarsi la rottura di una scanalatura che isola il circuito nello strato di rame. Per risolvere questo problema, oltre a spostare la posizione dei via, possiamo anche considerare di posizionare i via nello strato di rame. La dimensione del pad è ridotta.