Kada poboljšate nivo ožičenja PCB-a, čineći vaš dizajn PCB efikasnijim

Raspored PCB-a je vrlo važan u cjelokupnom dizajnu PCB-a. Kako postići brzo i efikasno ožičenje i učiniti da vaše PCB ožičenje izgleda vrhunsko je vrijedno proučavanja i učenja. Izdvojili smo 7 aspekata na koje treba obratiti pažnju u rasporedu PCB-a. Provjerimo i popunimo praznine!

1. Zajednička obrada uzemljenja digitalnih i analognih kola

Danas mnogi PCB-i više nisu jednostruka funkcionalna kola (digitalna ili analogna kola), već su sastavljena od mješavine digitalnih i analognih kola. Stoga je potrebno uzeti u obzir međusobne smetnje između njih prilikom ožičenja, posebno smetnje buke na liniji uzemljenja. Frekvencija digitalnih kola je visoka, a osetljivost analognih kola je jaka. Za signalne vodove, visokofrekventne signalne linije trebale bi biti što dalje od osjetljivih analognih uređaja. Za linije uzemljenja, ceo PCB ima samo jedan čvor prema spoljnom svetu, tako da se problem digitalnog i analognog zajedničkog uzemljenja mora rešiti unutar PCB-a. Međutim, digitalno i analogno uzemljenje su zapravo odvojene unutar ploče. Oni nisu međusobno povezani, već su samo na interfejsu gde se PCB povezuje sa spoljnim svetom (kao što su utikači, itd.). Digitalno uzemljenje je malo kratko spojeno sa analognim uzemljenjem, imajte na umu da postoji samo jedna priključna tačka. Takođe postoje različita tla na PCB-u, što je određeno dizajnom sistema.

2. Signalni vodovi se polažu na električni (uzemljeni) sloj

Prilikom povezivanja višeslojnih štampanih ploča, na sloju signalne linije nema mnogo nedovršenih linija. Dodavanje više slojeva će uzrokovati gubitak i povećati opterećenje proizvodnje, a shodno tome će se povećati i troškovi. Da biste riješili ovu kontradikciju, možete razmotriti ožičenje na električnom (zemljenom) sloju. Prvo treba uzeti u obzir energetski sloj, a zatim sloj zemlje. Zato što je očuvan integritet formacije.

3. Tretman spojnih krakova u provodnicima velike površine

Kod uzemljenja velikih površina (struja), na njega su spojene noge najčešće korištenih komponenti. Rukovanje spojnim nogama treba sveobuhvatno razmotriti. Što se tiče električnih performansi, bolje je da jastučići nogu komponenti budu u potpunosti povezani sa bakrenom površinom, ali za Postoje neke skrivene opasnosti u zavarivanju komponenti, kao što su: ① Zavarivanje zahteva grejač velike snage . ②Lako je izazvati virtuelne lemne spojeve. Stoga, uzimajući u obzir električne performanse i zahtjeve procesa, napravljena je ploča za lemljenje u obliku križa, koja se naziva toplinski štit, poznatija kao termalna podloga (Thermal). Na ovaj način se eliminiše mogućnost virtuelnih lemnih spojeva usled prevelikog odvođenja toplote poprečnog preseka tokom zavarivanja. Seks je znatno smanjen. Ista je obrada nogu sloja snage (zemlje) kod višeslojnih ploča.

4. Uloga mrežnog sistema u ožičenju

U mnogim CAD sistemima, ožičenje se određuje na osnovu mrežnog sistema. Ako je mreža pregusta, iako je broj kanala povećan, koraci su premali i količina podataka u polju slike prevelika. To će neminovno imati veće zahtjeve za prostorom za pohranu uređaja, a utjecat će i na brzinu računanja računarskih elektronskih proizvoda. veliki uticaj. Neke staze su nevažeće, kao što su one zauzete jastučićima nogu komponenti ili zauzete rupama za montažu i montažnim rupama. Previše rijetka mreža i premalo kanala će imati veliki utjecaj na brzinu rutiranja. Stoga, mora postojati razuman sistem mreže koji podržava ožičenje. Udaljenost između nogu standardne komponente je {{0}}.1 inča (2.54mm), tako da je osnova sistema mreže općenito postavljena na 0.1 inča (2.54 mm) ili integralni višekratnik manji od {{10}}.1 inča, kao što su: 0.05 inča, 0.025 inča, 0.02 inča itd.

5. Rukovanje kablovima za napajanje i uzemljenje

Čak i ako je ožičenje u cijeloj PCB ploči dobro završeno, smetnje uzrokovane nedovoljnim razmatranjem napajanja i žica za uzemljenje će smanjiti performanse proizvoda, a ponekad čak i utjecati na stopu uspješnosti proizvoda. Zbog toga se ožičenje napajanja i žica za uzemljenje mora shvatiti ozbiljno kako bi se smanjila smetnja buke koju stvaraju žice napajanja i uzemljenja kako bi se osigurao kvalitet proizvoda. Svaki inženjer koji se bavi dizajnom elektronskih proizvoda razumije uzrok buke između žice za uzemljenje i žice za napajanje. Sada samo opisujemo smanjeno potiskivanje buke: dobro poznato je dodavanje buke između napajanja i žice za uzemljenje. Lotus root kondenzator. Proširite žice za napajanje i uzemljenje što je više moguće. Žica za uzemljenje je šira od žice za napajanje. Njihov odnos je: žica za uzemljenje > žica za napajanje > signalna žica. Obično je širina signalne žice: 0.2~0.3mm, a fina širina može biti do 0.05~0.07mm. , kabl za napajanje je 1,2~2,5 mm. Za PCB digitalnih kola, široke žice za uzemljenje mogu se koristiti za formiranje petlje, odnosno za formiranje mreže uzemljenja (uzemljenje analognih kola se ne može koristiti na ovaj način). Koristiti veliku površinu bakrenog sloja za žice uzemljenja, a one neiskorišćene na štampanoj ploči. Sva mesta su povezana sa uzemljenjem i koriste se kao žice za uzemljenje. Ili se može napraviti u višeslojnu ploču, sa napajanjem i žicama za uzemljenje koje zauzimaju po jedan sloj.

6. Provjera pravila dizajna (DRC)

Nakon što je projektiranje ožičenja završeno, potrebno je pažljivo provjeriti da li je projekt ožičenja u skladu s pravilima koja je postavio projektant. Takođe je potrebno potvrditi da li postavljena pravila zadovoljavaju potrebe procesa proizvodnje štampanih ploča. Opće inspekcije uključuju sljedeće aspekte: od linije do linije, od linije do linije. Da li je rastojanje između komponentnih jastučića, linija i prolaznih rupa, komponentnih jastučića i prolaznih rupa, i prolaznih rupa razumno, i da li ispunjava proizvodne zahtjeve. Da li su žice za napajanje i uzemljenje odgovarajuće širine i da li su žice za napajanje i uzemljenje čvrsto spojene (niska valna impedansa)? Postoji li neko mjesto u PCB-u gdje se žica za uzemljenje može proširiti? Da li su poduzete mjere za ključne signalne vodove, kao što su kratke dužine, zaštitne linije, te jasno razdvojeni ulazni i izlazni vodovi? Imaju li dijelovi analognog i digitalnog kola nezavisne žice za uzemljenje? Da li će grafike (kao što su ikone, naljepnice) kasnije dodati na PCB uzrokovati kratke spojeve signala. Izmijenite neke nezadovoljavajuće oblike linija. Da li su na PCB dodane procesne linije? Da li maska ​​za lemljenje ispunjava zahtjeve proizvodnog procesa, da li je veličina maske za lemljenje odgovarajuća i da li je oznaka karaktera pritisnuta na pločici uređaja kako bi se izbjeglo utjecanje na kvalitetu električnog sklopa. Da li je rub vanjskog okvira uzemljenog sloja napajanja u višeslojnoj ploči smanjen? Ako je bakrena folija uzemljenja izvora napajanja izložena izvan ploče, lako je izazvati kratki spoj.

7. Dizajn prolaza

Via (via) je jedna od važnih komponenti višeslojne PCB. Troškovi bušenja obično čine 30% do 40% troškova proizvodnje PCB ploča. Jednostavno rečeno, svaka rupa na PCB-u se može nazvati prolazom. Sa funkcionalne tačke gledišta, vias se mogu podijeliti u dvije kategorije: jedna se koristi za električne veze između slojeva; drugi se koristi za fiksiranje ili pozicioniranje uređaja. Iz perspektive procesa, posrednici se generalno dijele u tri kategorije, odnosno slijepi propusnici, ukopani propusnici i prolazni spojevi.

Slijepe rupe se nalaze na gornjoj i donjoj površini štampanih ploča. Imaju određenu dubinu i koriste se za povezivanje površinskih i unutrašnjih krugova ispod. Dubina rupa obično ne prelazi određeni omjer (otvor blende). Ukopani spojevi se odnose na rupe za povezivanje koje se nalaze na unutrašnjem sloju štampane ploče i ne protežu se do površine ploče. Gore navedene dvije vrste rupa nalaze se u unutrašnjem sloju ploče. Završavaju se postupkom oblikovanja kroz rupe prije laminacije. Tokom procesa formiranja rupe, nekoliko unutrašnjih slojeva se može preklapati. Treći tip se zove prolazna rupa, koja prolazi kroz cijelu ploču i može se koristiti za implementaciju internih međuspojeva ili kao rupe za montažu komponenti. Budući da su prolazne rupe lakše implementirati u tehnologiji i imaju niže troškove, koriste se u većini tiskanih ploča umjesto u druge dvije rupe. Sljedeći prolazni otvori smatraju se prolaznim otvorima osim ako nije drugačije naznačeno.

1. Sa stanovišta dizajna, prolazna rupa se uglavnom sastoji od dva dijela, jedan je rupa za bušenje u sredini, a drugi je područje podmetača oko bušotine. Veličina ova dva dijela određuje veličinu prolaza. Očigledno, kada se projektuju PCB-ovi velike brzine i visoke gustine, dizajneri se uvijek nadaju da bi spojevi trebali biti što manji, tako da se na ploči može ostaviti više prostora za ožičenje. Osim toga, što su vijazovi manji, to je manji njihov vlastiti parazitski kapacitet. Što je manji, to je pogodniji za kola velike brzine. Međutim, smanjenje veličine otvora također dovodi do povećanja troškova, a veličina prolazne rupe ne može se smanjivati ​​beskonačno. Ograničeno je bušenjem (bušenjem) i galvanizacijom (platiranjem) i drugim procesnim tehnologijama: što je manja rupa, to je teže izbušiti. Što duže traje rupa, lakše je odstupiti od centra; a kada dubina rupe prelazi 6 puta prečnik izbušene rupe, nema garancije da će zid rupe biti ravnomerno obložen bakrom. Na primjer, trenutna debljina (dubina rupe) normalne 6-slojne PCB ploče je oko 50 Mil, tako da promjer bušenja koji proizvođač PCB-a može pružiti može doseći samo 8 Mil.

2. Parazitni kapacitet prolazne rupe Sama prolazna rupa ima parazitnu kapacitivnost prema zemlji. Ako je poznato da je prečnik izolacionog otvora prolaznog otvora na sloju zemlje D2, prečnik jastučića prolaznog otvora je D1, a debljina PCB ploče je T, dielektrična konstanta podloge ploče je ε, tada je veličina parazitne kapacitivnosti prolazne rupe približno: C=1.41εTD1/(D2-D1) Glavni uticaj parazitskog kapaciteta prolazne rupe na kolo je da produžiti vrijeme porasta signala i smanjiti brzinu kola. Na primjer, za PCB ploču debljine 50 Mil, ako je prolazna rupa sa unutrašnjim prečnikom 10 Mil i prečnikom jastučića 2{{20} } Mil se koristi, a rastojanje između jastučića i površine uzemljenog bakra je 32 Mil, možemo približno izračunati prolaz kroz gornju formulu. Parazitni kapacitet je otprilike: C=1.41x4.4x{{31 }}.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF. Promjena vremena porasta uzrokovana ovim dijelom kapacitivnosti je: T10-90=2.2C (Z0/2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Iz ovih vrijednosti se može vidjeti da, iako učinak usporavanja kašnjenja porasta uzrokovanog parazitskom kapacitivnošću jednog prolaza nije vrlo očigledan, dizajneri bi ipak trebali pažljivo razmotriti ako se vias koriste više puta u ožičenju za prebacivanje između slojeva. .

3. Parazitna induktivnost otvora Slično, postoje parazitni kapaciteti u vias i parazitne induktivnosti. U dizajnu digitalnih kola velike brzine, šteta uzrokovana parazitskom induktivnošću vijasa je često veća od utjecaja parazitne kapacitivnosti. Njegova parazitska serijska induktivnost će oslabiti doprinos zaobilaznog kondenzatora i oslabiti efekat filtriranja cijelog elektroenergetskog sistema. Možemo koristiti sljedeću formulu da jednostavno izračunamo približnu parazitsku induktivnost posrednog spoja: L=5.08h [ln (4h/d) + 1] gdje se L odnosi na induktivnost prolaz, h je dužina prolaza, a d je centar Prečnik izbušene rupe. Iz formule se može vidjeti da promjer prolazne rupe ima mali uticaj na induktivnost, ali dužina prolazne rupe utiče na induktivnost. I dalje koristeći gornji primjer, induktivnost spojnice se može izračunati kao: L=5.08x0.050 [ln (4x0.050/0.010) + 1 ]=1.015nH. Ako je vrijeme porasta signala 1ns, tada je njegova ekvivalentna impedansa: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Takva impedancija se ne može zanemariti kada kroz nju teče struja visoke frekvencije. Posebnu pažnju treba obratiti na činjenicu da premosni kondenzator treba da prođe kroz dva vijasa pri povezivanju sloja snage i sloja uzemljenja, pa će se parazitna induktivnost vijasa eksponencijalno povećati.

4. Projektovanje preko otvora u PCB-u velike brzine Kroz gornju analizu parazitskih karakteristika otvora za otvore za otvore, možemo vidjeti da u dizajnu PCB-a velike brzine, naizgled jednostavne rupice za prolaze često donose velike negativne efekte na dizajn kola. efekat. Kako biste smanjili štetne efekte uzrokovane parazitskim efektima vias, pokušajte u dizajnu učiniti sljedeće:

1. Sa aspekta cijene i kvalitete signala, odaberite razumnu veličinu kroz rupu. Na primjer, za dizajn PCB-a memorijskog modula sloja 6-10-, bolje je koristiti 10/20Mil (bušenje/podmetač) spojeve. Za neke ploče velike gustine male veličine, možete pokušati koristiti i 8/18 Mil vias. rupa. U trenutnim tehničkim uslovima, teško je koristiti vijače manje veličine. Za strujne ili uzemljene spojeve, razmislite o korištenju većih veličina za smanjenje impedancije.

2. Iz dvije formule o kojima smo gore govorili, može se zaključiti da je korištenje tanje PCB ploče korisno za smanjenje dva parazitska parametra vijasa.

3. Pokušajte ne mijenjati slojeve signalnih tragova na PCB ploči, to jest, pokušajte ne koristiti nepotrebne vias.

4. Igle za napajanje i uzemljenje treba izbušiti u blizini. Što su provodnici između vijasa i pinova kraći, to bolje, jer će uzrokovati povećanje induktivnosti. U isto vrijeme, provodnici za napajanje i uzemljenje trebaju biti što deblji kako bi se smanjila impedancija.

5. Postavite neke uzemljene spojeve u blizini prelaza koji mijenjaju sloj signala kako biste osigurali blisku petlju za signal. Možete čak postaviti veliki broj redundantnih uzemljenja na PCB ploču. Naravno, takođe morate biti fleksibilni u svom dizajnu. Preko modela o kojem smo ranije govorili je slučaj u kojem svaki sloj ima podlogu. Ponekad možemo smanjiti ili čak ukloniti jastučiće na nekim slojevima. Naročito kada je gustina prolaznih rupa vrlo visoka, to može uzrokovati slomljeni žljeb koji izoluje krug u bakrenom sloju. Da bismo riješili ovaj problem, osim pomicanja lokacije vijasa, možemo razmotriti i postavljanje vijasa u bakarni sloj. Veličina jastučića je smanjena.