Når Forbedret PCB-ledningsniveau, gør dit PCB-design mere effektivt

PCB layout er meget vigtigt i hele printet design. Det er værd at studere og lære, hvordan du opnår hurtig og effektiv ledningsføring og får dine PCB-ledninger til at se avanceret ud. Vi har frasorteret 7 aspekter, der skal være opmærksomme på i PCB-layout. Lad os tjekke og udfylde hullerne!

1. Fælles jordbehandling af digitale kredsløb og analoge kredsløb

I dag er mange PCB'er ikke længere enkeltfunktionelle kredsløb (digitale eller analoge kredsløb), men er sammensat af en blanding af digitale kredsløb og analoge kredsløb. Derfor er det nødvendigt at overveje den gensidige interferens mellem dem ved ledningsføring, især støjinterferensen på jordlinjen. Frekvensen af ​​digitale kredsløb er høj, og følsomheden af ​​analoge kredsløb er stærk. For signallinjer skal højfrekvente signallinjer være så langt væk fra følsomme analoge kredsløbsenheder som muligt. For jordledninger har hele printkortet kun én node til omverdenen, så problemet med digital og analog fælles jord skal løses inde i printkortet. Imidlertid er den digitale jord og analog jord faktisk adskilt inde i kortet. De er ikke forbundet med hinanden, men er kun ved grænsefladen, hvor printet forbinder til omverdenen (såsom stik osv.). Den digitale jord er lidt kortsluttet til den analoge jord, vær opmærksom på, at der kun er ét tilslutningspunkt. Der er også forskellig jord på printkortet, hvilket bestemmes af systemdesignet.

2. Signalledningerne lægges på det elektriske (jord) lag

Ved ledning af flerlags printplader er der ikke mange ufærdige linjer tilbage på signallinjelaget. Tilføjelse af flere lag vil forårsage spild og øge arbejdsbyrden i produktionen, og omkostningerne vil også stige tilsvarende. For at løse denne modsigelse kan du overveje ledninger på det elektriske (jord) lag. Kraftlaget bør overvejes først, efterfulgt af jordlaget. Fordi formationens integritet er bevaret.

3. Behandling af forbindelsesben i store ledere

Ved jording med stort område (elektricitet) er benene på almindeligt anvendte komponenter forbundet til det. Håndteringen af ​​forbindelsesbenene skal overvejes grundigt. Med hensyn til elektrisk ydeevne er det bedre, at puderne på komponentbenene er fuldt forbundet med kobberoverfladen, men for Der er nogle skjulte farer ved svejsesamlingen af ​​komponenter, såsom: ① Svejsning kræver en højeffektvarmer . ②Det er let at forårsage virtuelle loddeforbindelser. Under hensyntagen til den elektriske ydeevne og proceskravene fremstilles derfor en krydsformet loddepude, som kaldes varmeskjold, almindeligvis kendt som termisk pude (Thermal). På denne måde kan muligheden for virtuelle loddesamlinger på grund af for stor varmeafledning i tværsnit under svejsning elimineres. Sex er stærkt reduceret. Behandlingen af ​​power (jord) lagbenene på flerlagsplader er den samme.

4. Netværkssystemets rolle i ledningsføring

I mange CAD-systemer bestemmes ledningsføring baseret på netværkssystemet. Hvis gitteret er for tæt, selvom antallet af kanaler øges, er trinene for små, og mængden af ​​data i billedfeltet er for stor. Dette vil uundgåeligt stille højere krav til enhedens lagerplads, og det vil også påvirke computerens elektroniske produkters computerhastighed. stor effekt. Nogle stier er ugyldige, såsom dem, der er optaget af puderne på komponentben eller optaget af monteringshuller og monteringshuller. For sparsom mesh og for få kanaler vil have stor indflydelse på routinghastigheden. Derfor skal der være et rimeligt netsystem til at understøtte ledninger. Afstanden mellem benene på en standardkomponent er {{0}},1 tommer (2,54 mm), så grundlaget for gittersystemet er generelt indstillet til 0,1 tommer (2,54 mm) eller et heltal mindre end {{10}},1 tommer, såsom: 0.05 tommer, 0,025 tommer, 0,02 tommer osv.

5. Håndtering af strømforsyning og jordledninger

Selvom ledningerne i hele printkortet er gennemført godt, vil interferens forårsaget af utilstrækkelig hensyntagen til strømforsyning og jordledninger forringe produktets ydeevne og nogle gange endda påvirke produktets succesrate. Derfor skal ledningerne til strømforsyning og jordledninger tages alvorligt for at minimere støjinterferensen, der genereres af strømforsyning og jordledninger, for at sikre produktets kvalitet. Enhver ingeniør, der er engageret i design af elektroniske produkter, forstår årsagen til støj mellem jordledningen og strømledningen. Nu beskriver vi kun den reducerede støjdæmpning: det velkendte er at tilføje en støj mellem strømforsyningen og jordledningen. Lotus root kondensator. Udvid strøm- og jordledningerne så meget som muligt. Jordledningen er bredere end strømledningen. Deres forhold er: jordledning > strømledning > signalledning. Normalt er signalledningens bredde: 0.2~0.3 mm, og den fine bredde kan være op til 0.05~0.07 mm. , netledningen er 1,2~2,5 mm. For digitale kredsløbs-PCB'er kan brede jordledninger bruges til at danne en sløjfe, det vil sige at danne et jordnetværk (jorden af ​​analoge kredsløb kan ikke bruges på denne måde). Brug et stort areal af kobberlag til jordledninger, og de ubrugte på printpladen Alle steder er forbundet til jorden og bruges som jordledninger. Eller det kan laves om til et flerlagskort, hvor strømforsyning og jordledninger optager et lag hver.

6. Design Rule Check (DRC)

Efter at ledningsdesignet er afsluttet, er det nødvendigt at omhyggeligt kontrollere, om ledningsdesignet overholder de regler, der er fastsat af designeren. Det er også nødvendigt at bekræfte, om de fastsatte regler opfylder behovene i printpladeproduktionsprocessen. Generelle inspektioner omfatter følgende aspekter: linje til linje, linje til linje. Om afstanden mellem komponentpuder, linjer og gennemgående huller, komponentpuder og gennemgående huller og gennemgående huller er rimelig, og om den opfylder produktionskravene. Har strøm- og jordledningerne passende bredde, og er strøm- og jordledningerne tæt forbundet (lavbølgeimpedans)? Er der et sted i printkortet, hvor jordledningen kan udvides? Er der truffet foranstaltninger for nøglesignallinjer, såsom korte længder, beskyttelseslinjer og indgangslinjer og udgangslinjer klart adskilte? Har det analoge kredsløb og det digitale kredsløb uafhængige jordledninger? Hvorvidt grafik (såsom ikoner, etiketter) tilføjet til printkortet senere vil forårsage signalkortslutninger. Rediger nogle utilfredsstillende linjeformer. Er der tilføjet proceslinjer til printkortet? Om loddemasken opfylder kravene til produktionsprocessen, om størrelsen af ​​loddemasken er passende, og om tegnmærket er trykket på enhedspuden for at undgå at påvirke kvaliteten af ​​den elektriske samling. Er kanten af ​​den ydre ramme af strømforsyningens jordlag i et flerlagskort reduceret? Hvis kobberfolien af ​​strømforsyningens jordlag er blotlagt uden for brættet, er det let at forårsage en kortslutning.

7. Design af via

Via (via) er en af ​​de vigtige komponenter i flerlags PCB. Omkostningerne ved boring tegner sig normalt for 30% til 40% af PCB-pladens fremstillingsomkostninger. Kort sagt kan hvert hul på printkortet kaldes en via. Fra et funktionelt synspunkt kan vias opdeles i to kategorier: den ene bruges til elektriske forbindelser mellem lag; den anden bruges til fastgørelses- eller positioneringsanordninger. Fra et procesperspektiv er vias generelt opdelt i tre kategorier, nemlig blinde vias, begravede vias og gennemgangsvias.

Blindhuller er placeret på den øverste og nederste overflade af printkort. De har en vis dybde og bruges til at forbinde overfladekredsløbene og de indre kredsløb nedenfor. Hullernes dybde overstiger normalt ikke et vist forhold (blænde). Nedgravede vias henviser til forbindelseshuller placeret på det indvendige lag af et printkort og strækker sig ikke til overfladen af ​​printkortet. Ovenstående to typer huller er placeret i det indre lag af printkortet. De afsluttes ved hjælp af den gennemgående hulformningsprocessen før laminering. Under gennemgangshuldannelsesprocessen kan flere indre lag overlappes. Den tredje type kaldes et gennemgående hul, som går gennem hele printkortet og kan bruges til at implementere interne forbindelser eller som monteringspositioneringshuller til komponenter. Fordi gennemgående huller er nemmere at implementere i teknologi og har lavere omkostninger, bruges de i de fleste printkort i stedet for de to andre gennemgangshuller. Følgende gennemgangshuller betragtes som gennemgående huller, medmindre andet er angivet.

1. Fra et designsynspunkt består et gennemgangshul hovedsageligt af to dele, den ene er borehullet i midten, og den anden er pudeområdet omkring borehullet. Størrelsen af ​​disse to dele bestemmer størrelsen af ​​gennemgangen. Når designere designer højhastigheds-PCB'er med høj tæthed, håber de naturligvis altid, at viaerne skal være så små som muligt, så der kan efterlades mere ledningsplads på kortet. Desuden, jo mindre vias, jo mindre er deres egen parasitære kapacitans. Jo mindre den er, jo mere egnet er den til højhastighedskredsløb. Reduktionen i hulstørrelse medfører imidlertid også en stigning i omkostningerne, og størrelsen af ​​gennemgangshullet kan ikke reduceres i det uendelige. Det er begrænset af boring (boring) og galvanisering (plettering) og andre procesteknologier: Jo mindre hullet er, jo sværere er det at bore. Jo længere hullet tager, jo lettere er det at afvige fra midten; og når dybden af ​​hullet overstiger 6 gange diameteren af ​​det borede hul, er der ingen garanti for, at hulvæggen bliver jævnt belagt med kobber. For eksempel er den aktuelle tykkelse (gennem huldybden) af et normalt 6-lags printkort omkring 50 mil, så den borediameter, som PCB-producenten kan levere, kan kun nå 8 mil.

2. Parasitisk kapacitans af gennemgangshullet Selve gennemgangshullet har en parasitisk kapacitans til jorden. Hvis det er kendt, at diameteren af ​​isolationshullet i via-hullet på jordlaget er D2, diameteren af ​​via-hul-puden er D1, og tykkelsen af ​​PCB-kortet er T, den dielektriske konstant for kortsubstratet er ε, så er størrelsen af ​​den parasitære kapacitans af via-hullet ca. forlænge stigningstiden for signalet og reducere kredsløbets hastighed. For eksempel for et printkort med en tykkelse på 50 Mil, hvis et gennemgangshul med en indvendig diameter på 10 Mil og en pudediameter på 2{{20} } Mil bruges, og afstanden mellem puden og det jordede kobberareal er 32 Mil, vi kan tilnærmelsesvis beregne gennemgangshullet gennem ovenstående formel. Den parasitære kapacitans er groft sagt: C=1.41x4.4x{{31 }}.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF. Ændringen i stigetid forårsaget af denne del af kapacitansen er: T10-90=2.2C (Z0/2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Det kan ses ud fra disse værdier, at selvom effekten af ​​at bremse stigningsforsinkelsen forårsaget af den parasitære kapacitans af en enkelt via ikke er særlig tydelig, bør designere stadig overveje det nøje, hvis vias bruges flere gange i ledningerne til at skifte mellem lag .

3. Parasitisk induktans af vias Tilsvarende er der parasitære kapacitanser i vias og parasitiske induktanser. I design af højhastigheds digitale kredsløb er skaden forårsaget af parasitisk induktans af vias ofte større end virkningen af ​​parasitisk kapacitans. Dens parasitære serieinduktans vil svække bidraget fra bypass-kondensatoren og svække filtreringseffekten af ​​hele strømsystemet. Vi kan bruge følgende formel til ganske enkelt at beregne den omtrentlige parasitære induktans af en via: L=5.08h [ln (4t/d) + 1] hvor L refererer til induktansen af via, h er længden af ​​via, og d er centrum Diameteren af ​​det borede hul. Det kan ses af formlen, at diameteren af ​​gennemgangshullet har en lille indvirkning på induktansen, men længden af ​​gennemgangshullet påvirker induktansen. Stadig ved at bruge ovenstående eksempel kan induktansen af ​​via'en beregnes som: L=5.08x0.050 [ln (4x0.050/0.010) + 1 ]=1.015nH. Hvis stigetiden for signalet er 1ns, så er dets ækvivalente impedans: XL=πL/T10-90=3.19Ω. En sådan impedans kan ikke ignoreres, når højfrekvent strøm løber gennem den. Der skal lægges særlig vægt på det faktum, at bypass-kondensatoren skal passere gennem to vias, når strømlaget og jordlaget forbindes, så den parasitære induktans af viaerne vil stige eksponentielt.

4. Via-hulsdesign i højhastigheds-PCB Gennem ovenstående analyse af de parasitiske egenskaber ved via-huller, kan vi se, at i højhastigheds-PCB-design medfører tilsyneladende simple via-huller ofte store negative effekter på kredsløbsdesignet. effekt. For at reducere de negative virkninger forårsaget af de parasitiske virkninger af vias, prøv at gøre følgende i designet:

1. Fra aspekter af omkostninger og signalkvalitet, vælg en rimelig størrelse via hul. For eksempel, til 6-10-laghukommelsesmodul PCB-design, er det bedre at bruge 10/20Mil (boring/pad) vias. For nogle kort med høj tæthed og små størrelser kan du også prøve at bruge 8/18Mil vias. hul. Under de nuværende tekniske forhold er det vanskeligt at bruge mindre vias. For strøm- eller jordforbindelser skal du overveje at bruge større størrelser for at reducere impedansen.

2. Ud fra de to ovenfor diskuterede formler kan det konkluderes, at brugen af ​​et tyndere PCB-kort er fordelagtigt til at reducere de to parasitære parametre for vias.

3. Prøv ikke at ændre lag af signalspor på printkortet, det vil sige, prøv ikke at bruge unødvendige vias.

4. Strøm- og jordstifterne skal bores i nærheden. Jo kortere ledninger mellem vias og ben, jo bedre, fordi de vil forårsage en stigning i induktansen. Samtidig skal strøm- og jordledningerne være så tykke som muligt for at reducere impedansen.

5. Placer nogle jordede vias nær de signallagsskiftende vias for at give en tæt sløjfe for signalet. Du kan endda placere et stort antal redundante jordforbindelser på printkortet. Du skal selvfølgelig også være fleksibel i dit design. Via-modellen diskuteret tidligere er et tilfælde, hvor hvert lag har en pude. Nogle gange kan vi reducere eller endda fjerne puderne på nogle lag. Især når tætheden af ​​gennemgangshuller er meget høj, kan det forårsage en knækket rille til at isolere kredsløbet i kobberlaget. For at løse dette problem kan vi udover at flytte placeringen af ​​viaerne også overveje at placere viaerne i kobberlaget. Pudens størrelse er reduceret.