Vid förbättrad PCB-ledningsnivå, vilket gör din PCB-design mer effektiv

PCB-layout är mycket viktig i hela PCB-designen. Det är värt att studera och lära dig hur du uppnår snabb och effektiv kabeldragning och får dina PCB-kablar att se avancerade ut. Vi har sorterat ut 7 aspekter som måste uppmärksammas i PCB-layout. Låt oss kontrollera och fylla i luckorna!

1. Gemensam markbearbetning av digitala kretsar och analoga kretsar

Nuförtiden är många PCB inte längre enstaka funktionella kretsar (digitala eller analoga kretsar), utan är sammansatta av en blandning av digitala kretsar och analoga kretsar. Därför är det nödvändigt att överväga den ömsesidiga interferensen mellan dem vid ledningar, särskilt bullerinterferensen på jordledningen. Frekvensen hos digitala kretsar är hög, och känsligheten hos analoga kretsar är stark. För signallinjer bör högfrekventa signallinjer vara så långt borta från känsliga analoga kretsenheter som möjligt. För jordledningar har hela kretskortet endast en nod till omvärlden, så problemet med digital och analog gemensam jord måste lösas inuti kretskortet. Den digitala jordningen och den analoga jordningen är dock faktiskt separerade inuti kortet. De är inte anslutna till varandra, utan finns bara i gränssnittet där PCB ansluter till omvärlden (som pluggar, etc.). Den digitala jordningen är lite kortsluten till den analoga jordningen, observera att det bara finns en anslutningspunkt. Det finns också olika jordar på kretskortet, vilket bestäms av systemdesignen.

2. Signalledningarna läggs på det elektriska (jord) lagret

Vid koppling av flerskiktskort finns det inte många oavslutade linjer kvar på signallinjeskiktet. Att lägga till fler lager kommer att orsaka slöseri och öka produktionsbelastningen, och kostnaden kommer också att öka i enlighet med detta. För att lösa denna motsägelse kan du överväga ledningar på det elektriska (jord) lagret. Kraftskiktet bör övervägas först, följt av markskiktet. Eftersom formationens integritet bevaras.

3. Behandling av anslutningsben i storarea ledare

Vid jordning med stort område (el) är benen på vanliga komponenter anslutna till den. Hanteringen av anslutningsbenen måste övervägas ingående. När det gäller elektrisk prestanda är det bättre att kuddarna på komponentbenen är helt anslutna till kopparytan, men för det finns några dolda faror i svetsmonteringen av komponenter, såsom: ① Svetsning kräver en högeffektsvärmare . ②Det är lätt att orsaka virtuella lödfogar. Därför, med hänsyn till de elektriska prestanda- och processkraven, tillverkas en korsformad löddyna, som kallas värmesköld, allmänt känd som termisk dyna (Thermal). På så sätt kan möjligheten för virtuella lödfogar på grund av överdriven värmeavledning i tvärsnitt under svetsning elimineras. Sex minskar kraftigt. Behandlingen av kraftskiktsbenen på flerskiktsskivor är densamma.

4. Nätverkssystemets roll i kabeldragning

I många CAD-system bestäms kabeldragningen utifrån nätverkssystemet. Om rutnätet är för tätt, även om antalet kanaler ökas, är stegen för små och mängden data i bildfältet för stor. Detta kommer oundvikligen att ställa högre krav på enhetens lagringsutrymme, och det kommer också att påverka beräkningshastigheten för datorelektronikprodukter. stor påverkan. Vissa banor är ogiltiga, till exempel de som upptas av komponentbenens kuddar eller upptas av monteringshål och monteringshål. För gles mesh och för få kanaler kommer att ha stor inverkan på routinghastigheten. Därför måste det finnas ett rimligt nätsystem för att stödja ledningar. Avståndet mellan benen på en standardkomponent är {{0}},1 tum (2,54 mm), så grunden för rutsystemet är vanligtvis inställd på 0,1 tum (2,54 mm) eller en heltalsmultipel mindre än {{10}}.1 tum, såsom: 0.05 tum, 0,025 tum, 0,02 tum etc.

5. Hantering av strömförsörjning och jordledningar

Även om kabeldragningen i hela PCB-kortet är väl utförd, kommer störningar orsakade av otillräcklig hänsyn till strömförsörjning och jordledningar att försämra produktens prestanda och ibland till och med påverka produktens framgångsfrekvens. Därför måste ledningar av strömförsörjning och jordledningar tas på allvar för att minimera brusstörningarna som genereras av strömförsörjning och jordledningar för att säkerställa produktens kvalitet. Varje ingenjör som är engagerad i design av elektroniska produkter förstår orsaken till brus mellan jordkabeln och strömkabeln. Nu beskriver vi bara den reducerade brusreduceringen: det välkända är att lägga till ett brus mellan strömförsörjningen och jordledningen. Lotus rot kondensator. Bredda ström- och jordledningarna så mycket som möjligt. Jordledningen är bredare än strömkabeln. Deras förhållande är: jordkabel > strömkabel > signalkabel. Vanligtvis är signaltrådens bredd: 0.2~0.3mm, och den fina bredden kan vara upp till 0.05~0.07mm. , nätsladden är 1,2~2,5 mm. För digitala kretskort kan breda jordledningar användas för att bilda en slinga, det vill säga för att bilda ett jordnätverk (jorden för analoga kretsar kan inte användas på detta sätt). Använd en stor yta av kopparskikt för jordledningar, och de oanvända på den tryckta kortet. Alla platser är anslutna till jord och används som jordledningar. Eller det kan göras till ett flerskiktskort, med strömförsörjning och jordledningar som upptar ett lager vardera.

6. Design Regel Kontrollera (DRC)

Efter att ledningsdesignen är klar är det nödvändigt att noggrant kontrollera om ledningsdesignen överensstämmer med de regler som konstruktören har satt. Det är också nödvändigt att bekräfta om de fastställda reglerna uppfyller behoven i produktionsprocessen för tryckt kartong. Allmänna inspektioner inkluderar följande aspekter: linje till linje, linje till linje. Huruvida avståndet mellan komponentdynor, linjer och genomgående hål, komponentdynor och genomgående hål, och genomgående hål är rimligt, och om det uppfyller produktionskraven. Har ström- och jordledningarna lämplig bredd, och är ström- och jordledningarna tätt kopplade (lågvågsimpedans)? Finns det någon plats i kretskortet där jordledningen kan breddas? Har åtgärder vidtagits för nyckelsignalledningar, såsom korta längder, skyddsledningar och tydligt åtskilda ingångs- och utgångsledningar? Har den analoga kretsen och de digitala kretsdelarna oberoende jordledningar? Huruvida grafik (som ikoner, etiketter) som läggs till PCB senare kommer att orsaka signalkortslutningar. Ändra några otillfredsställande linjeformer. Finns det processlinjer som läggs till kretskortet? Huruvida lödmasken uppfyller kraven för produktionsprocessen, om storleken på lödmasken är lämplig och om teckenmärket trycks på enhetsdynan för att undvika att påverka kvaliteten på den elektriska enheten. Är kanten på den yttre ramen på strömförsörjningens jordskikt i ett flerskiktskort reducerad? Om kopparfolien på strömförsörjningsjordskiktet exponeras utanför kortet är det lätt att orsaka kortslutning.

7. Design av via

Via (via) är en av de viktiga komponenterna i multi-layer PCB. Kostnaden för borrning står vanligtvis för 30 % till 40 % av tillverkningskostnaden för PCB-kort. Enkelt uttryckt kan varje hål på PCB kallas en via. Ur funktionssynpunkt kan vias delas in i två kategorier: en används för elektriska anslutningar mellan lager; den andra används för fixerings- eller positioneringsanordningar. Ur ett processperspektiv delas vias generellt in i tre kategorier, nämligen blinda vias, begravda vias och through vias.

Blindhål finns på kretskortens övre och undre yta. De har ett visst djup och används för att koppla samman ytkretsarna och de inre kretsarna nedan. Hålens djup överstiger vanligtvis inte ett visst förhållande (öppning). Nedgrävda vior hänvisar till anslutningshål placerade på det inre lagret av ett kretskort och sträcker sig inte till kretskortets yta. Ovanstående två typer av hål finns i det inre lagret av kretskortet. De avslutas med den genomgående hålformningsprocessen före laminering. Under hålbildningsprocessen kan flera inre skikt överlappas. Den tredje typen kallas ett genomgående hål, som passerar genom hela kretskortet och kan användas för att implementera interna sammankopplingar eller som monteringspositioneringshål för komponenter. Eftersom genomgående hål är lättare att implementera i teknik och har lägre kostnader, används de i de flesta kretskort istället för de andra två viahålen. Följande genomgående hål betraktas som genomgående hål om inte annat anges.

1. Ur designsynpunkt består ett viahål huvudsakligen av två delar, den ena är borrhålet i mitten och den andra är kuddområdet runt borrhålet. Storleken på dessa två delar avgör storleken på via. Uppenbarligen, när man designar höghastighets- och högdensitetskretskort, hoppas designers alltid att viaorna ska vara så små som möjligt, så att mer ledningsutrymme kan lämnas på kortet. Dessutom, ju mindre vias, desto mindre är deras egen parasitiska kapacitans. Ju mindre den är, desto mer lämplig är den för höghastighetskretsar. Minskningen av hålstorleken medför emellertid också en kostnadsökning, och storleken på genomgångshålet kan inte minskas på obestämd tid. Det begränsas av borrning (borrning) och elektroplätering (plätering) och andra processtekniker: ju mindre hålet är, desto svårare är det att borra. Ju längre hålet tar, desto lättare är det att avvika från mitten; och när hålets djup överstiger 6 gånger diametern på det borrade hålet, finns det ingen garanti för att hålväggen blir jämnt pläterad med koppar. Till exempel är den aktuella tjockleken (genom håldjupet) på ett normalt 6-skikts PCB-kort cirka 50 Mil, så borrdiametern som PCB-tillverkaren kan tillhandahålla kan bara nå 8 Mil.

2. Parasitisk kapacitans för viahålet Själva viahålet har en parasitisk kapacitans mot marken. Om det är känt att diametern på isoleringshålet för viahålet på markskiktet är D2, är diametern på viahålsdynan D1 och tjockleken på PCB-kortet är T, är den dielektriska konstanten för kortsubstratet ε, då är storleken på den parasitiska kapacitansen för viahålet ungefär: C=1.41εTD1/(D2-D1) Den huvudsakliga inverkan av viahålets parasitkapacitans på kretsen är att förläng signalens stigtid och minska kretsens hastighet. Till exempel, för ett kretskort med en tjocklek på 50 Mil, om ett genomgångshål med en innerdiameter på 10 Mil och en paddiameter på 2{{20} } Mil används, och avståndet mellan dynan och den jordade kopparytan är 32 Mil, vi kan ungefär beräkna via-hålet genom formeln ovan. Den parasitiska kapacitansen är ungefär: C=1.41x4.4x{{31 }}.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF. Förändringen i stigtid som orsakas av denna del av kapacitansen är: T10-90=2.2C (Z0/2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Det kan ses från dessa värden att även om effekten av att bromsa upp stigningsfördröjningen orsakad av den parasitiska kapacitansen hos en enda via inte är särskilt uppenbar, bör designers ändå överväga det noggrant om vias används flera gånger i ledningarna för att växla mellan lager .

3. Parasitisk induktans av vias På liknande sätt finns det parasitiska kapacitanser i vias och parasitiska induktanser. Vid utformningen av digitala höghastighetskretsar är skadan som orsakas av parasitisk induktans av vias ofta större än effekten av parasitisk kapacitans. Dess parasitiska serieinduktans kommer att försvaga bidraget från bypass-kondensatorn och försvaga filtreringseffekten för hela kraftsystemet. Vi kan använda följande formel för att helt enkelt beräkna den ungefärliga parasitiska induktansen för en via: L=5.08h [ln (4h/d) + 1] där L avser induktansen för via, h är längden på via, och d är centrum Diametern på det borrade hålet. Det kan ses av formeln att diametern på viahålet har en liten inverkan på induktansen, men längden på viahålet påverkar induktansen. Fortfarande med exemplet ovan kan induktansen för via beräknas som: L=5.08x0.050 [ln (4x0.050/0.010) + 1 ]=1.015nH. Om stigtiden för signalen är 1ns, är dess ekvivalenta impedans: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Sådan impedans kan inte ignoreras när högfrekvent ström flyter genom den. Särskild uppmärksamhet bör ägnas åt det faktum att bypass-kondensatorn måste passera genom två vias när kraftlagret och jordlagret ansluts, så parasitinduktansen för vias kommer att öka exponentiellt.

4. Via-hålsdesign i höghastighets-PCB Genom ovanstående analys av parasitegenskaperna hos via-hål kan vi se att i höghastighets-PCB-design, till synes enkla via-hål ofta medför stora negativa effekter på kretsdesignen. effekt. För att minska de negativa effekterna som orsakas av parasitiska effekter av vias, försök att göra följande i designen:

1. Från aspekter av kostnad och signalkvalitet, välj en rimlig storlek via hål. Till exempel, för 6-10-lagerminnesmodul PCB-design är det bättre att använda 10/20Mil (borrning/pad) vias. För vissa högdensitetsbrädor i liten storlek kan du också prova att använda 8/18Mil vias. hål. Under nuvarande tekniska förhållanden är det svårt att använda mindre viaor. För ström- eller jordvias, överväg att använda större storlekar för att minska impedansen.

2. Från de två formlerna som diskuterats ovan kan man dra slutsatsen att användning av ett tunnare PCB-kort är fördelaktigt för att reducera de två parasitära parametrarna för vias.

3. Försök att inte byta lager av signalspår på PCB-kortet, det vill säga försök att inte använda onödiga vias.

4. Kraft- och jordstiften ska borras i närheten. Ju kortare ledningarna mellan viorna och stiften är, desto bättre, eftersom de kommer att orsaka en ökning av induktansen. Samtidigt bör ström- och jordledningarna vara så tjocka som möjligt för att minska impedansen.

5. Placera några jordade vior nära de signallagerförändrande viorna för att ge en nära slinga för signalen. Du kan till och med placera ett stort antal redundanta jordvias på PCB-kortet. Självklart måste du också vara flexibel i din design. Via-modellen som diskuterades tidigare är ett fall där varje lager har en dyna. Ibland kan vi minska eller till och med ta bort kuddarna på vissa lager. Speciellt när tätheten hos viahålen är mycket hög, kan det orsaka ett trasigt spår för att isolera kretsen i kopparskiktet. För att lösa detta problem kan vi, förutom att flytta platsen för viorna, även överväga att placera viorna i kopparskiktet. Kuddstorleken minskas.