Quando melhorou o nível de fiação do PCB, tornando o design do seu PCB mais eficiente

O layout do PCB é muito importante em todo o design do PCB. Vale a pena estudar e aprender como obter uma fiação rápida e eficiente e fazer com que a fiação da sua PCB pareça de alta qualidade. Classificamos 7 aspectos que precisam ser observados no layout do PCB. Vamos verificar e preencher as lacunas!

1. Processamento de terreno comum de circuitos digitais e circuitos analógicos

Hoje em dia, muitos PCBs não são mais circuitos funcionais únicos (circuitos digitais ou analógicos), mas são compostos por uma mistura de circuitos digitais e circuitos analógicos. Portanto, é necessário considerar a interferência mútua entre eles durante a fiação, principalmente a interferência de ruído na linha de aterramento. A frequência dos circuitos digitais é alta e a sensibilidade dos circuitos analógicos é forte. Para linhas de sinal, as linhas de sinal de alta frequência devem estar o mais distantes possível dos dispositivos de circuito analógico sensíveis. Para linhas terrestres, todo o PCB tem apenas um nó para o mundo externo, portanto, o problema do terreno comum digital e analógico deve ser resolvido dentro do PCB. No entanto, o aterramento digital e o aterramento analógico estão separados dentro da placa. Eles não estão conectados entre si, mas apenas na interface onde o PCB se conecta ao mundo externo (como plugues, etc.). O aterramento digital está um pouco em curto com o aterramento analógico, observe que há apenas um ponto de conexão. Existem também diferentes aterramentos na PCB, que são determinados pelo design do sistema.

2. As linhas de sinal são colocadas na camada elétrica (terra)

Ao conectar placas impressas multicamadas, não restam muitas linhas inacabadas na camada da linha de sinal. Adicionar mais camadas causará desperdício e aumentará a carga de trabalho de produção, e o custo também aumentará proporcionalmente. Para resolver essa contradição, você pode considerar a fiação na camada elétrica (terra). A camada de potência deve ser considerada primeiro, seguida pela camada de solo. Porque a integridade da formação é preservada.

3. Tratamento de pernas de conexão em condutores de grande área

No aterramento de grandes áreas (eletricidade), as pernas dos componentes comumente usados ​​são conectadas a ele. O manuseio das pernas de conexão precisa ser considerado de forma abrangente. Em termos de desempenho elétrico, é melhor que as almofadas das pernas dos componentes estejam totalmente conectadas à superfície de cobre, mas existem alguns perigos ocultos na montagem de soldagem dos componentes, como: ① A soldagem requer um aquecedor de alta potência . ②É fácil causar juntas de solda virtuais. Portanto, levando em consideração o desempenho elétrico e os requisitos do processo, é confeccionada uma almofada de solda em formato de cruz, chamada de escudo térmico, comumente conhecida como almofada térmica (Térmica). Desta forma, a possibilidade de juntas de solda virtuais devido à dissipação excessiva de calor na seção transversal durante a soldagem pode ser eliminada. O sexo é bastante reduzido. O tratamento das pernas da camada de energia (terra) das placas multicamadas é o mesmo.

4. O papel do sistema de rede na fiação

Em muitos sistemas CAD, a fiação é determinada com base no sistema de rede. Se a grade for muito densa, embora o número de canais aumente, os passos serão muito pequenos e a quantidade de dados no campo da imagem será muito grande. Isto inevitavelmente terá requisitos mais elevados para o espaço de armazenamento do dispositivo e também afetará a velocidade de computação dos produtos eletrônicos de computador. grande impacto. Alguns caminhos são inválidos, como aqueles ocupados pelas almofadas das pernas dos componentes ou ocupados por furos de montagem e furos de montagem. Malha muito esparsa e poucos canais terão um grande impacto na taxa de roteamento. Portanto, deve haver um sistema de rede razoável para suportar a fiação. A distância entre as pernas de um componente padrão é de {{0}},1 polegadas (2,54 mm), portanto, a base do sistema de grade é geralmente definida como 0,1 polegadas (2,54 mm) ou um múltiplo integral menor que {{10}},1 polegadas, como: 0,05 polegadas, 0,025 polegadas, 0,02 polegadas etc.

5. Manuseio da fonte de alimentação e fios terra

Mesmo que a fiação em toda a placa PCB seja bem concluída, a interferência causada pela consideração insuficiente da fonte de alimentação e dos fios terra degradará o desempenho do produto e às vezes até afetará a taxa de sucesso do produto. Portanto, a fiação da fonte de alimentação e dos fios terra deve ser levada a sério para minimizar a interferência de ruído gerada pela fonte de alimentação e pelos fios terra para garantir a qualidade do produto. Todo engenheiro envolvido no projeto de produtos eletrônicos entende a causa do ruído entre o fio terra e o fio de alimentação. Agora descrevemos apenas a redução da supressão de ruído: o conhecido é adicionar um ruído entre a fonte de alimentação e o fio terra. Capacitor raiz de lótus. Amplie os fios de alimentação e terra tanto quanto possível. O fio terra é mais largo que o fio de alimentação. A relação deles é: fio terra > fio de alimentação > fio de sinal. Normalmente, a largura do fio de sinal é: 0,2~0,3mm, e a largura fina pode ser de até 0,05~0,07mm. , o cabo de alimentação tem 1,2 ~ 2,5 mm. Para PCBs de circuitos digitais, fios terra largos podem ser usados ​​para formar um loop, ou seja, para formar uma rede de aterramento (o aterramento de circuitos analógicos não pode ser usado desta forma). Use uma grande área de camada de cobre para fios terra e os não utilizados na placa impressa. Todos os locais são conectados ao terra e usados ​​como fios terra. Ou pode ser transformada em uma placa multicamadas, com os fios de alimentação e terra ocupando uma camada cada.

6. Verificação de regras de design (DRC)

Após a conclusão do projeto da fiação, é necessário verificar cuidadosamente se o projeto da fiação está em conformidade com as regras definidas pelo projetista. Também é necessário confirmar se as regras definidas atendem às necessidades do processo produtivo de placas impressas. As inspeções gerais incluem os seguintes aspectos: linha a linha, linha a linha. Se a distância entre as almofadas dos componentes, linhas e furos passantes, as almofadas dos componentes e os furos passantes e os furos passantes é razoável e se atende aos requisitos de produção. Os fios de alimentação e de aterramento têm largura apropriada e os fios de alimentação e de aterramento estão firmemente acoplados (baixa impedância de onda)? Existe algum lugar na PCB onde o fio terra possa ser alargado? Foram tomadas medidas para linhas de sinal principais, como comprimentos curtos, linhas de proteção e linhas de entrada e linhas de saída claramente separadas? As peças do circuito analógico e do circuito digital possuem fios terra independentes? Se os gráficos (como ícones, rótulos) adicionados posteriormente ao PCB causarão curto-circuitos no sinal. Modifique algumas formas de linha insatisfatórias. Existem linhas de processo adicionadas ao PCB? Se a máscara de solda atende aos requisitos do processo de produção, se o tamanho da máscara de solda é apropriado e se a marca do caractere é pressionada na almofada do dispositivo para evitar afetar a qualidade da montagem elétrica. A borda da estrutura externa da camada de aterramento da fonte de alimentação em uma placa multicamadas é reduzida? Se a folha de cobre da camada de aterramento da fonte de alimentação estiver exposta fora da placa, é fácil causar um curto-circuito.

7. Projeto de via

Via (via) é um dos componentes importantes do PCB multicamadas. O custo de perfuração geralmente representa 30% a 40% do custo de fabricação da placa PCB. Simplificando, cada furo no PCB pode ser chamado de via. Do ponto de vista funcional, as vias podem ser divididas em duas categorias: uma é utilizada para conexões elétricas entre camadas; o outro é utilizado para fixação ou posicionamento de dispositivos. Do ponto de vista do processo, as vias são geralmente divididas em três categorias, nomeadamente vias cegas, vias enterradas e vias de passagem.

Os furos cegos estão localizados nas superfícies superior e inferior das placas de circuito impresso. Eles têm uma certa profundidade e são usados ​​para conectar os circuitos de superfície e os circuitos internos abaixo. A profundidade dos furos geralmente não excede uma determinada proporção (abertura). Vias enterradas referem-se a orifícios de conexão localizados na camada interna de uma placa de circuito impresso e não se estendem até a superfície da placa de circuito. Os dois tipos de furos acima estão localizados na camada interna da placa de circuito. Eles são concluídos usando o processo de formação de furo passante antes da laminação. Durante o processo de formação do furo de passagem, diversas camadas internas podem ser sobrepostas. O terceiro tipo é chamado de furo passante, que atravessa toda a placa de circuito e pode ser usado para implementar interconexões internas ou como furos de posicionamento de montagem para componentes. Como os furos passantes são mais fáceis de implementar em tecnologia e têm custos mais baixos, eles são usados ​​na maioria das placas de circuito impresso em vez dos outros dois furos passantes. Os seguintes furos passantes são considerados furos passantes, salvo especificação em contrário.

1. Do ponto de vista do projeto, um furo passante consiste principalmente em duas partes, uma é o furo no meio e a outra é a área da almofada ao redor do furo. O tamanho destas duas partes determina o tamanho da via. Obviamente, ao projetar PCBs de alta velocidade e alta densidade, os projetistas sempre esperam que as vias sejam as menores possíveis, para que mais espaço para fiação possa ser deixado na placa. Além disso, quanto menores as vias, menor será a sua própria capacitância parasita. Quanto menor for, mais adequado será para circuitos de alta velocidade. Contudo, a redução no tamanho do furo também provoca um aumento no custo, e o tamanho do furo de passagem não pode ser reduzido indefinidamente. É limitado pela perfuração (perfuração) e galvanoplastia (revestimento) e outras tecnologias de processo: quanto menor o furo, mais difícil é perfurar. Quanto mais tempo demora o furo, mais fácil é desviar-se do centro; e quando a profundidade do furo excede 6 vezes o diâmetro do furo perfurado, não há garantia de que a parede do furo será revestida uniformemente com cobre. Por exemplo, a espessura da corrente (profundidade do furo) de uma placa PCB de camada 6- normal é de cerca de 50 Mil, portanto, o diâmetro de perfuração que o fabricante da PCB pode fornecer pode atingir apenas 8 Mil.

2. Capacitância parasita do furo da via O próprio furo da via possui uma capacitância parasita em relação ao solo. Se for conhecido que o diâmetro do orifício de isolamento do orifício de passagem na camada de solo é D2, o diâmetro da almofada do orifício de passagem é D1 e a espessura da placa PCB é T, a constante dielétrica do substrato da placa é ε, então o tamanho da capacitância parasita do furo de passagem é aproximadamente: C=1.41εTD1/(D2-D1) O principal impacto da capacitância parasita do furo de passagem no circuito é prolongar o tempo de subida do sinal e reduzir a velocidade do circuito. Por exemplo, para uma placa PCB com espessura de 50 Mil, se for um orifício de passagem com diâmetro interno de 10 Mil e diâmetro de almofada de 2{{20} } Mil é usado, e a distância entre a almofada e a área de cobre do solo é de 32 Mil, podemos calcular aproximadamente o orifício de passagem através da fórmula acima. A capacitância parasita é aproximadamente: C=1.41x4,4x{{31 }}.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF. A mudança no tempo de subida causada por esta parte da capacitância é: T10-90=2,2C (Z0/2)=2,2 x0,517x(55/2)=31,28ps. Pode-se ver a partir destes valores que, embora o efeito de desaceleração do atraso de subida causado pela capacitância parasita de uma única via não seja muito óbvio, os projetistas ainda devem considerá-lo cuidadosamente se as vias forem usadas múltiplas vezes na fiação para comutação entre camadas. .

3. Indutância parasita de vias Da mesma forma, existem capacitâncias parasitas em vias e indutâncias parasitas. No projeto de circuitos digitais de alta velocidade, o dano causado pela indutância parasita das vias é frequentemente maior do que o impacto da capacitância parasita. Sua indutância em série parasita enfraquecerá a contribuição do capacitor de bypass e enfraquecerá o efeito de filtragem de todo o sistema de energia. Podemos usar a seguinte fórmula para calcular simplesmente a indutância parasita aproximada de uma via: L=5.08h [ln (4h/d) + 1] onde L se refere à indutância de a via, h é o comprimento da via e d é o centro do diâmetro do furo perfurado. Pode-se observar pela fórmula que o diâmetro do furo passante tem um pequeno impacto na indutância, mas o comprimento do furo passante afeta a indutância. Ainda usando o exemplo acima, a indutância da via pode ser calculada como: L=5.08x0.050 [ln (4x0,050/0,010) + 1 ]=1.015nH. Se o tempo de subida do sinal for 1ns, então sua impedância equivalente é: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Essa impedância não pode ser ignorada quando uma corrente de alta frequência flui através dela. Atenção especial deve ser dada ao fato de que o capacitor de bypass precisa passar por duas vias ao conectar a camada de potência e a camada de aterramento, de modo que a indutância parasita das vias aumentará exponencialmente.

4. Projeto de via-hole em PCB de alta velocidade Através da análise acima das características parasitas dos via-holes, podemos ver que no projeto de PCB de alta velocidade, via-holes aparentemente simples geralmente trazem grandes efeitos negativos ao projeto do circuito. efeito. Para reduzir os efeitos adversos causados ​​pelos efeitos parasitas das vias, tente fazer o seguinte no projeto:

1. Dos aspectos de custo e qualidade do sinal, escolha um tamanho razoável através do furo. Por exemplo, para projeto de PCB de módulo de memória de camada 6-10-, é melhor usar vias 10/20Mil (perfuração/almofada). Para algumas placas pequenas e de alta densidade, você também pode tentar usar vias 8/18Mil. buraco. Nas condições técnicas atuais, é difícil utilizar vias de menor porte. Para vias de alimentação ou terra, considere usar tamanhos maiores para reduzir a impedância.

2. A partir das duas fórmulas discutidas acima, pode-se concluir que o uso de uma placa PCB mais fina é benéfico para reduzir os dois parâmetros parasitas das vias.

3. Tente não alterar as camadas de traços de sinal na placa PCB, ou seja, tente não utilizar vias desnecessárias.

4. Os pinos de alimentação e aterramento devem ser perfurados nas proximidades. Quanto mais curtos forem os cabos entre as vias e os pinos, melhor, pois causarão um aumento na indutância. Ao mesmo tempo, os cabos de alimentação e terra devem ser tão grossos quanto possível para reduzir a impedância.

5. Coloque algumas vias aterradas perto das vias de mudança de camada de sinal para fornecer um circuito fechado para o sinal. Você pode até colocar um grande número de vias de aterramento redundantes na placa PCB. Claro, você também precisa ser flexível em seu design. O modelo via discutido anteriormente é um caso em que cada camada possui um pad. Às vezes, podemos reduzir ou até mesmo remover as almofadas de algumas camadas. Especialmente quando a densidade dos furos passantes é muito alta, pode causar uma ranhura quebrada para isolar o circuito na camada de cobre. Para resolver este problema, além de mudar a localização das vias, podemos também considerar colocar as vias na camada de cobre. O tamanho da almofada é reduzido.