Kui PCB juhtmestiku tase on täiustatud, muudab teie PCB disaini tõhusamaks

PCB paigutus on kogu trükkplaadi disainis väga oluline. Tasub uurida ja õppida, kuidas saavutada kiire ja tõhus juhtmestik ning muuta oma PCB juhtmestik tipptasemel välja. Oleme välja toonud 7 aspekti, millele tuleb PCB paigutuses tähelepanu pöörata. Vaatame üle ja täidame lüngad!

1. Digitaallülituste ja analooglülituste ühine maandustöötlus

Tänapäeval ei ole paljud PCB-d enam üksikud funktsionaalsed ahelad (digitaal- või analoogskeemid), vaid koosnevad digitaalsete ja analoogskeemide segust. Seetõttu tuleb juhtmestiku ühendamisel arvestada nendevaheliste vastastikuste häiretega, eriti maandusliini müraga. Digitaallülituste sagedus on kõrge ja analoogskeemide tundlikkus on tugev. Signaaliliinide puhul peaksid kõrgsageduslikud signaaliliinid olema tundlikest analooglülitusseadmetest võimalikult kaugel. Maandusliinide puhul on kogu PCB-l ainult üks sõlm välismaailmaga, seega tuleb digitaalse ja analoogse ühismaa probleemiga tegeleda PCB sees. Digimaandus ja analoogmaandus on aga tegelikult plaadi sees eraldatud. Need ei ole omavahel ühendatud, vaid asuvad ainult liideses, kus PCB ühendub välismaailmaga (nt pistikud jne). Digitaalne maandus on analoogmaaga veidi lühises, pange tähele, et seal on ainult üks ühenduspunkt. PCB-l on ka erinevad maandused, mille määrab süsteemi konstruktsioon.

2. Signaaliliinid asetatakse elektrilisele (maandus)kihile

Mitmekihiliste trükiplaatide ühendamisel ei jää signaaliliinikihile palju lõpetamata ridu. Rohkemate kihtide lisamine põhjustab raiskamist ja suurendab tootmise töökoormust ning vastavalt suureneb ka maksumus. Selle vastuolu lahendamiseks võite kaaluda juhtmestiku paigaldamist elektrilisele (maanduskihile). Kõigepealt tuleks kaaluda jõukihti, seejärel maapinda. Sest moodustumise terviklikkus säilib.

3. Ühendusjalgade töötlemine suure pindalaga juhtmetes

Suure pindalaga maanduses (elekter) ühendatakse sellega tavaliselt kasutatavate komponentide jalad. Ühendusjalgade käsitsemine tuleb põhjalikult läbi mõelda. Elektrilise jõudluse osas on parem, kui komponentide jalgade padjad on täielikult vaskpinnaga ühendatud, kuid komponentide keevitamisel on mõned varjatud ohud, näiteks: ① Keevitamiseks on vaja suure võimsusega kütteseadet. . ② Virtuaalseid jooteühendusi on lihtne tekitada. Seetõttu, võttes arvesse elektrilist jõudlust ja protsessi nõudeid, valmistatakse ristikujuline jootepadi, mida nimetatakse soojuskilbiks, mida tavaliselt tuntakse termilise padja nime all (Thermal). Nii saab välistada keevitamise ajal liigse ristlõike soojuse hajumise tõttu virtuaalsete jooteühenduste tekkimise. Seks on oluliselt vähenenud. Mitmekihiliste plaatide jõu(maa)kihi jalgade töötlus on sama.

4. Võrgusüsteemi roll juhtmestikus

Paljudes CAD-süsteemides määratakse juhtmestik võrgusüsteemi alusel. Kui ruudustik on liiga tihe, kuigi kanalite arv on suurenenud, on sammud liiga väikesed ja andmemaht pildiväljal liiga suur. Sellega kaasnevad paratamatult kõrgemad nõuded seadme salvestusruumile ning see mõjutab ka arvutielektroonika toodete arvutuskiirust. suur mõju. Mõned teed on sobimatud, näiteks need, mis on hõivatud komponendi jalgade padjanditega või kinnitus- ja kinnitusavadega. Liiga hõre võrgusilm ja liiga vähe kanaleid mõjutavad marsruutimiskiirust suuresti. Seetõttu peab juhtmestiku toetamiseks olema mõistlik võrgusüsteem. Standardkomponendi jalgade vaheline kaugus on {{0}},1 tolli (2,54 mm), seega on ruudustikusüsteemi aluseks üldiselt 0,1 tolli (2,54 mm) või integraalkordaja, mis on väiksem kui {{10}},1 tolli, näiteks: 0,05 tolli, 0,025 tolli, 0,02 tolli jne.

5. Toiteallika ja maandusjuhtmete käsitlemine

Isegi kui kogu PCB-plaadi juhtmestik on hästi lõpetatud, halvendavad toiteallika ja maandusjuhtmete ebapiisava arvestamise põhjustatud häired toote jõudlust ja mõnikord isegi toote edukust. Seetõttu tuleb toiteallika ja maandusjuhtmete ühendamisse tõsiselt suhtuda, et minimeerida toiteallika ja maandusjuhtmete tekitatud müra, et tagada toote kvaliteet. Iga elektroonikaseadmete projekteerimisega tegelev insener mõistab maandusjuhtme ja toitejuhtme vahelise müra põhjust. Nüüd kirjeldame ainult vähendatud mürasummutust: hästi teada on müra lisamine toiteallika ja maandusjuhtme vahele. Lootose juurkondensaator. Laiendage toite- ja maandusjuhtmeid nii palju kui võimalik. Maandusjuhe on laiem kui toitejuhe. Nende seos on järgmine: maandusjuhe> toitejuhe> signaalijuhe. Tavaliselt on signaalijuhtme laius: 0,2–0,3 mm ja peenlaius võib olla kuni 0.05–0,07 mm. , toitejuhe on 1,2–2,5 mm. Digitaalahela PCB-de puhul saab laiade maandusjuhtmete abil moodustada silmuse ehk maandusvõrgu (analoogahelate maandust sel viisil kasutada ei saa). Maandusjuhtmete jaoks kasutage suurt ala vasekihti ja kasutamata jäänud trükkplaadil Kõik kohad on maandusega ühendatud ja neid kasutatakse maandusjuhtmetena. Või saab sellest teha mitmekihilise plaadi, mille toite- ja maandusjuhtmed hõivavad kumbki ühe kihi.

6. Disainireeglite kontroll (DRC)

Pärast juhtmestiku projekti valmimist tuleb hoolikalt kontrollida, kas juhtmestiku konstruktsioon vastab projekteerija kehtestatud reeglitele. Samuti on vaja kontrollida, kas kehtestatud reeglid vastavad trükkplaadi tootmisprotsessi vajadustele. Üldkontrollid hõlmavad järgmisi aspekte: rida reale, rida reale. Kas komponentide padjandite, joonte ja läbivate aukude, komponendipatjade ja läbivate aukude ning läbivate aukude vaheline kaugus on mõistlik ning kas see vastab tootmisnõuetele. Kas toite- ja maandusjuhtmed on sobiva laiusega ning kas toite- ja maandusjuhtmed on tihedalt ühendatud (madallaine takistus)? Kas trükkplaadil on mõni koht, kus maandusjuhet saaks laiendada? Kas on võetud meetmeid võtmesignaaliliinide jaoks, nagu lühikesed pikkused, kaitseliinid ning selgelt eraldatud sisend- ja väljundliinid? Kas analoog- ja digitaalahela osadel on sõltumatud maandusjuhtmed? Kas PCB-le hiljem lisatud graafika (nt ikoonid, sildid) põhjustab signaali lühiseid. Muutke mõnda ebarahuldavat joonekuju. Kas PCB-le on lisatud protsessiliine? Kas jootemask vastab tootmisprotsessi nõuetele, kas jootemaski suurus on sobiv ja kas märgimärk on seadme padjale vajutatud, et vältida elektrikoostu kvaliteedi mõjutamist. Kas mitmekihilise plaadi toiteallika maanduskihi välisraami serv on vähenenud? Kui toiteallika maanduskihi vaskfoolium jääb plaadist väljapoole, on lühise tekkimine lihtne.

7. Via kujundamine

Via (via) on mitmekihilise PCB üks olulisi komponente. Puurimiskulud moodustavad tavaliselt 30–40% PCB-plaadi tootmiskuludest. Lihtsamalt öeldes võib iga PCB auku nimetada läbipääsuks. Funktsionaalsest vaatepunktist võib viaad jagada kahte kategooriasse: ühte kasutatakse kihtidevaheliste elektriühenduste jaoks; teist kasutatakse fikseerimis- või positsioneerimisseadmete jaoks. Protsessi vaatenurgast jagatakse läbiviigud üldiselt kolme kategooriasse, nimelt pimedad, maetud läbiviigud ja läbiviigud.

Pimedad augud asuvad trükkplaatide ülemisel ja alumisel pinnal. Neil on teatud sügavus ja neid kasutatakse pinnaahelate ja allpool olevate sisemiste ahelate ühendamiseks. Aukude sügavus ei ületa tavaliselt teatud suhet (ava). Maetud läbiviigud viitavad ühendusaukudele, mis asuvad trükkplaadi sisemisel kihil ja ei ulatu trükkplaadi pinnale. Ülaltoodud kahte tüüpi augud asuvad trükkplaadi sisemises kihis. Need valmivad enne lamineerimist läbiva augu vormimise protsessiga. Läbiva augu moodustamise käigus võib mitu sisemist kihti kattuda. Kolmandat tüüpi nimetatakse läbivaks auguks, mis läbib kogu trükkplaadi ja mida saab kasutada sisemiste ühenduste teostamiseks või komponentide paigaldusavadena. Kuna läbivaid auke on tehnoloogias lihtsam rakendada ja nende kulud on madalamad, kasutatakse neid enamikus trükkplaatides kahe ülejäänud läbipääsuava asemel. Kui pole teisiti täpsustatud, loetakse järgmisi läbiviikavasid läbivateks.

1. Disaini seisukohast koosneb läbipääsuava peamiselt kahest osast, millest üks on keskel asuv puurauk ja teine ​​puurava ümber olev padjaosa. Nende kahe osa suurus määrab via suuruse. Ilmselgelt loodavad disainerid kiirete ja suure tihedusega PCB-de projekteerimisel alati, et viaad peaksid olema võimalikult väikesed, et plaadile saaks rohkem juhtmestiku ruumi jätta. Lisaks, mida väiksemad on viaad, seda väiksem on nende enda parasiitmahtuvus. Mida väiksem see on, seda sobivam on see kiirete ahelate jaoks. Kuid augu suuruse vähendamine toob kaasa ka kulude tõusu ja läbilaskeava suurust ei saa lõputult vähendada. Seda piiravad puurimine (puurimine) ja galvaniseerimine (plating) ja muud protsessitehnoloogiad: mida väiksem on auk, seda raskem on puurida. Mida kauem auk võtab, seda lihtsam on keskmest kõrvale kalduda; ja kui augu sügavus ületab 6 korda puuritud augu läbimõõdu, ei ole mingit garantiid, et augu sein on ühtlaselt vasega kaetud. Näiteks tavalise 6-kihilise PCB plaadi praegune paksus (läbiava sügavus) on umbes 50 miili, seega võib trükkplaadi tootja pakutav puurimise läbimõõt ulatuda vaid 8 miljonini.

2. Läbilaskeava parasiitmahtuvus Läbilaskeaval endal on maapinna suhtes parasiitmahtuvus. Kui on teada, et maapinnal oleva läbipääsuava isolatsiooniava läbimõõt on D2, läbipääsuava padja läbimõõt on D1 ja PCB plaadi paksus on T, plaadi põhimiku dielektriline konstant on ε, siis on läbiva ava parasiitmahtuvuse suurus ligikaudu: C=1.41εTD1/(D2-D1) Läbilaskeava parasiitmahtuvuse peamine mõju vooluringile on pikendada signaali tõusuaega ja vähendada vooluringi kiirust. Näiteks PCB plaadile paksusega 50 Mil, kui läbipääsuava siseläbimõõduga 10 Mil ja padja läbimõõduga 2{{20} } Mil on kasutatud ja padja ja maandatud vase ala vaheline kaugus on 32 Mil, saame ligikaudselt arvutada läbilaskeava läbi ülaltoodud valemi. Parasiitmahtuvus on ligikaudu: C=1.41x4.4x{{31 }}.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF. Selle mahtuvuse osa põhjustatud tõusuaja muutus on: T10-90=2.2C (Z0/2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Nendest väärtustest on näha, et kuigi ühe läbipääsu parasiitmahtuvuse põhjustatud tõusuviivituse aeglustamise mõju ei ole kuigi ilmne, peaksid disainerid seda siiski hoolikalt kaaluma, kui kihtide vahel vahetamiseks kasutatakse juhtmestikus mitu korda läbiviike. .

3. Viade parasiitne induktiivsus Samamoodi on läbiviikudes parasiitmahtuvus ja parasiit-induktiivsus. Kiirete digitaalsete vooluahelate projekteerimisel on viaalide parasiit-induktiivsusest põhjustatud kahju sageli suurem kui parasiitmahtuvuse mõju. Selle parasiitne jadainduktiivsus nõrgendab möödaviigukondensaatori panust ja nõrgendab kogu elektrisüsteemi filtreerivat toimet. Via ligikaudse parasiit-induktiivsuse arvutamiseks saame kasutada järgmist valemit: L=5.08h [ln (4h/d) + 1] kus L tähistab läbiv, h on läbipääsu pikkus ja d on keskpunkt Puuritud augu läbimõõt. Valemist on näha, et läbipääsuava läbimõõt mõjutab induktiivsust vähe, kuid läbipääsuava pikkus mõjutab induktiivsust. Kasutades siiski ülaltoodud näidet, saab läbipääsu induktiivsuse arvutada järgmiselt: L=5.08x0,050 [ln (4x0,050/0,010) + 1 ]=1.015nH. Kui signaali tõusuaeg on 1ns, siis selle ekvivalenttakistus on: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Sellist takistust ei saa ignoreerida, kui seda läbib kõrgsagedusvool. Erilist tähelepanu tuleks pöörata asjaolule, et möödaviigukondensaator peab toitekihi ja maanduskihi ühendamisel läbima kaks läbiviiku, mistõttu läbiviikude parasiit-induktiivsus suureneb eksponentsiaalselt.

4. Via-avade kujundus kiires PCB-s Ülaltoodud läbipääsuavade parasiitide omaduste analüüsi kaudu näeme, et kiire PCB-disaini puhul toovad pealtnäha lihtsad läbipääsuavad sageli vooluringi konstruktsioonile kaasa suuri negatiivseid mõjusid. mõju. Viade parasiitmõjude põhjustatud kahjulike mõjude vähendamiseks proovige kujunduses teha järgmist:

1. Kulude ja signaali kvaliteedi aspektidest valige mõistliku suurusega auk. Näiteks 6-10-kihilise mälumooduli PCB kujunduse jaoks on parem kasutada 10/20-millist (puurimis-/padja-) kaudu. Mõne suure tihedusega väikese suurusega tahvlite puhul võite proovida kasutada ka 8/18-millist viaa. auk. Praeguste tehniliste tingimuste juures on väiksemate viaalide kasutamine keeruline. Toite- või maandusavade puhul kaaluge impedantsi vähendamiseks suuremate suuruste kasutamist.

2. Eespool käsitletud kahest valemist võib järeldada, et õhema PCB plaadi kasutamine on kasulik läbiviikude kahe parasiitparameetri vähendamisel.

3. Püüdke mitte muuta PCB plaadi signaalijälgede kihte, st proovige mitte kasutada tarbetuid läbipääsusid.

4. Toite- ja maandustihvtid tuleks puurida lähedal. Mida lühemad on läbiviikude ja tihvtide vahelised juhtmed, seda parem, sest need põhjustavad induktiivsuse suurenemist. Samal ajal peaksid toite- ja maandusjuhtmed olema impedantsi vähendamiseks võimalikult paksud.

5. Asetage mõned maandatud sisendid signaalikihti muutvate sisendite lähedusse, et tagada signaalile tihe ahel. PCB-plaadile saate paigutada isegi suure hulga üleliigseid maandusviide. Loomulikult peate olema ka oma disainis paindlik. Varem käsitletud via mudel on juhtum, kus igal kihil on padi. Mõnikord saame mõne kihi padjandeid vähendada või isegi eemaldada. Eriti kui läbipääsuavade tihedus on väga kõrge, võib see põhjustada katkise soone, mis isoleerib ahela vasekihis. Selle probleemi lahendamiseks võime lisaks läbiviikude asukoha teisaldamisele kaaluda ka viade paigutamist vasekihti. Padja suurus on vähenenud.