PCB kablolama seviyesi iyileştirildiğinde PCB tasarımınızı daha verimli hale getirir

PCB tasarımının tamamında PCB düzeni çok önemlidir. Hızlı ve verimli kablolamayı nasıl başaracağınız ve PCB kablolamanızın üst düzey görünmesini nasıl sağlayacağınız, çalışmaya ve öğrenmeye değer. PCB yerleşiminde dikkat edilmesi gereken 7 hususu sıraladık. Kontrol edip boşlukları dolduralım!

1. Dijital devrelerin ve analog devrelerin ortak zemin işlemleri

Günümüzde pek çok PCB artık tek fonksiyonlu devreler (dijital veya analog devreler) değil, dijital devreler ve analog devrelerin bir karışımından oluşuyor. Bu nedenle, kablolama sırasında aralarındaki karşılıklı etkileşimi, özellikle de toprak hattındaki gürültü girişimini dikkate almak gerekir. Dijital devrelerin frekansı yüksektir ve analog devrelerin hassasiyeti güçlüdür. Sinyal hatları için yüksek frekanslı sinyal hatları hassas analog devre cihazlarından mümkün olduğunca uzakta olmalıdır. Topraklama hatları için tüm PCB'nin dış dünyaya giden tek bir düğümü vardır, bu nedenle dijital ve analog ortak topraklama sorunu PCB içinde çözülmelidir. Ancak, dijital toprak ve analog toprak aslında kartın içinde ayrılmıştır. Birbirlerine bağlı değiller, sadece PCB'nin dış dünyaya bağlandığı arayüzde (fiş vb.) bulunurlar. Dijital toprak analog toprağa biraz kısa devre yapıyor, lütfen yalnızca bir bağlantı noktası olduğunu unutmayın. PCB üzerinde sistem tasarımına göre belirlenen farklı zeminler de bulunmaktadır.

2. Sinyal hatları elektrik (toprak) katmanına döşenir

Çok katmanlı baskılı devre kartlarını kablolarken, sinyal hattı katmanında çok fazla bitmemiş çizgi kalmaz. Daha fazla katman eklemek israfa neden olacak ve üretimin iş yükünü artıracak ve buna bağlı olarak maliyet de artacaktır. Bu çelişkiyi çözmek için elektrik (toprak) katmanındaki kablolamayı düşünebilirsiniz. İlk önce güç katmanı, ardından zemin katmanı düşünülmelidir. Çünkü formasyonun bütünlüğü korunmuştur.

3. Geniş alanlı iletkenlerde bağlantı bacaklarının işlenmesi

Geniş alan topraklamasında (elektrik), yaygın olarak kullanılan bileşenlerin ayakları ona bağlanır. Bağlantı ayaklarının taşınmasının kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesi gerekir. Elektrik performansı açısından, bileşen bacaklarının pedlerinin bakır yüzeye tam olarak bağlanması daha iyidir, ancak bileşenlerin kaynak montajında ​​bazı gizli tehlikeler vardır, örneğin: ① Kaynak, yüksek güçlü bir ısıtıcı gerektirir . ②Sanal lehim bağlantılarına neden olmak kolaydır. Bu nedenle elektriksel performans ve proses gereksinimleri dikkate alınarak, ısı kalkanı olarak adlandırılan, halk arasında termal ped (Termal) olarak bilinen, çapraz şekilli bir lehim pedi yapılır. Bu şekilde kaynak sırasında aşırı kesit ısı yayılımından dolayı sanal lehim bağlantılarının oluşma olasılığı ortadan kaldırılabilir. Seks büyük ölçüde azalır. Çok katmanlı levhaların güç (zemin) katmanı ayaklarının işlenmesi aynıdır.

4. Ağ sisteminin kablolamadaki rolü

Birçok CAD sisteminde kablolama ağ sistemine göre belirlenir. Grid çok yoğunsa kanal sayısı artmasına rağmen adımlar çok küçük olur ve görüntü alanındaki veri miktarı çok fazla olur. Bu, kaçınılmaz olarak cihazın depolama alanı için daha yüksek gereksinimlere yol açacak ve aynı zamanda bilgisayar elektronik ürünlerinin bilgi işlem hızını da etkileyecektir. büyük etki. Bileşen ayaklarının pedleri tarafından işgal edilenler veya montaj delikleri ve montaj delikleri tarafından işgal edilenler gibi bazı yollar geçersizdir. Çok seyrek ağ ve çok az kanalın yönlendirme hızı üzerinde büyük etkisi olacaktır. Bu nedenle kablolamayı destekleyecek makul bir ızgara sisteminin olması gerekir. Standart bir bileşenin bacakları arasındaki mesafe {{0}},1 inçtir (2,54 mm), dolayısıyla ızgara sisteminin temeli genellikle 0,1 inç (2,54 mm) olarak ayarlanır veya {{10}},1 inçten küçük bir tamsayı katı, örneğin: 0,05 inç, 0,025 inç, 0,02 inç vb.

5. Güç kaynağı ve topraklama kablolarının kullanılması

PCB kartının tamamındaki kablolama iyi tamamlansa bile, güç kaynağı ve topraklama kablolarının yeterince dikkate alınmamasından kaynaklanan parazitler, ürünün performansını düşürecek ve hatta bazen ürünün başarı oranını da etkileyecektir. Bu nedenle, ürünün kalitesini sağlamak amacıyla güç kaynağı ve topraklama kablolarının oluşturduğu gürültü girişimini en aza indirmek için güç kaynağı ve topraklama kablolarının kablolaması ciddiye alınmalıdır. Elektronik ürünlerin tasarımıyla uğraşan her mühendis, topraklama kablosu ile güç kablosu arasındaki gürültünün nedenini anlar. Şimdi sadece azaltılmış gürültü bastırmayı açıklayacağız: İyi bilinen, güç kaynağı ile topraklama kablosu arasına bir gürültü eklemektir. Lotus kök kapasitörü. Güç ve topraklama kablolarını mümkün olduğunca genişletin. Topraklama kablosu güç kablosundan daha geniştir. Aralarındaki ilişki şu şekildedir: topraklama kablosu > güç kablosu > sinyal kablosu. Genellikle sinyal kablosunun genişliği: 0,2~0,3 mm'dir ve ince genişlik 0,05~0,07 mm'ye kadar olabilir. , güç kablosu 1,2~2,5 mm'dir. Dijital devre PCB'leri için, bir döngü oluşturmak, yani bir toprak ağı oluşturmak için geniş topraklama kabloları kullanılabilir (analog devrelerin topraklaması bu şekilde kullanılamaz). Topraklama kabloları için geniş bir alan bakır katman kullanın ve kullanılmayanları baskılı devre kartı üzerinde kullanın. Tüm yerler toprağa bağlanır ve topraklama kablosu olarak kullanılır. Veya güç kaynağı ve topraklama kablolarının her biri bir katmanı kaplayacak şekilde çok katmanlı bir karta dönüştürülebilir.

6. Tasarım Kuralı Kontrolü (DRC)

Kablolama tasarımı tamamlandıktan sonra kablolama tasarımının tasarımcının belirlediği kurallara uygun olup olmadığının dikkatlice kontrol edilmesi gerekir. Ayrıca belirlenen kuralların baskılı karton üretim sürecinin ihtiyaçlarını karşılayıp karşılamadığının da teyit edilmesi gerekiyor. Genel denetimler aşağıdaki hususları içerir: hattan hatta, hattan hatta. Bileşen pedleri, çizgiler ve açık delikler, bileşen pedleri ve açık delikler ve açık delikler arasındaki mesafenin makul olup olmadığı ve üretim gereksinimlerini karşılayıp karşılamadığı. Güç ve topraklama kabloları uygun genişlikte mi ve güç ve topraklama kabloları sıkı bir şekilde bağlanmış mı (düşük dalga empedansı)? PCB'de topraklama kablosunun genişletilebileceği bir yer var mı? Kısa uzunluklar, koruyucu hatlar ve giriş hatları ile çıkış hatları gibi önemli sinyal hatları için önlemler alınmış mı? Analog devre ve dijital devre parçalarının bağımsız topraklama kabloları var mı? PCB'ye sonradan eklenen grafikler (simgeler, etiketler gibi) sinyal kısa devrelerine neden olur. Tatmin edici olmayan bazı çizgi şekillerini değiştirin. PCB'ye proses hatları eklendi mi? Lehim maskesinin üretim sürecinin gereksinimlerini karşılayıp karşılamadığı, lehim maskesinin boyutunun uygun olup olmadığı ve elektrik aksamının kalitesini etkilememek için cihaz pedi üzerine karakter işaretinin basılıp basılmadığı. Çok katmanlı bir kartta güç kaynağı toprak katmanının dış çerçevesinin kenarı küçültülmüş mü? Güç kaynağı toprak katmanının bakır folyosu kartın dışına çıkarsa kısa devreye neden olmak kolaydır.

7. Yolun tasarımı

Via (via), çok katmanlı PCB'nin önemli bileşenlerinden biridir. Sondaj maliyeti genellikle PCB kartı üretim maliyetinin %30 ila %40'ını oluşturur. Basitçe söylemek gerekirse, PCB üzerindeki her deliğe yol adı verilebilir. İşlevsel açıdan bakıldığında, yollar iki kategoriye ayrılabilir: Biri katmanlar arasındaki elektrik bağlantıları için kullanılır; diğeri cihazları sabitlemek veya konumlandırmak için kullanılır. Süreç perspektifinden bakıldığında, yollar genellikle kör yollar, gömülü yollar ve doğrudan yollar olmak üzere üç kategoriye ayrılır.

Baskılı devre kartlarının üst ve alt yüzeylerinde kör delikler bulunur. Belli bir derinlikleri vardır ve yüzey devreleri ile aşağıdaki iç devreleri birbirine bağlamak için kullanılırlar. Deliklerin derinliği genellikle belirli bir oranı (açıklığı) aşmaz. Gömülü yollar, baskılı devre kartının iç katmanında bulunan ve devre kartının yüzeyine kadar uzanmayan bağlantı deliklerini ifade eder. Yukarıdaki iki tip delik devre kartının iç katmanında bulunur. Laminasyondan önce delikli şekillendirme işlemi kullanılarak tamamlanırlar. Geçiş deliği oluşturma işlemi sırasında birkaç iç katman üst üste gelebilir. Üçüncü tip, devre kartının tamamından geçen ve dahili ara bağlantıları gerçekleştirmek için veya bileşenler için montaj konumlandırma delikleri olarak kullanılabilen geçiş deliği olarak adlandırılır. Açık deliklerin teknolojide uygulanması daha kolay olduğundan ve maliyetleri daha düşük olduğundan, çoğu baskılı devre kartında diğer iki geçiş deliği yerine kullanılırlar. Aşağıdaki geçiş delikleri, aksi belirtilmedikçe açık delik olarak kabul edilir.

1. Tasarım açısından bakıldığında, bir geçiş deliği esas olarak iki parçadan oluşur; biri ortadaki matkap deliği, diğeri ise matkap deliğinin etrafındaki ped alanıdır. Bu iki parçanın boyutu, yolun boyutunu belirler. Açıkçası, yüksek hızlı, yüksek yoğunluklu PCB'ler tasarlarken tasarımcılar her zaman yolların mümkün olduğu kadar küçük olmasını umarlar, böylece kartta daha fazla kablolama alanı bırakılabilir. Ek olarak, vialar ne kadar küçük olursa, kendi parazitik kapasitansları da o kadar küçük olur. Ne kadar küçük olursa yüksek hızlı devreler için o kadar uygundur. Ancak delik boyutundaki azalma aynı zamanda maliyette de artışa neden olur ve geçiş deliğinin boyutu süresiz olarak küçültülemez. Delme (matkap) ve elektrokaplama (kaplama) ve diğer proses teknolojileriyle sınırlıdır: delik ne kadar küçükse delmek o kadar zor olur. Delik ne kadar uzun sürerse merkezden sapmak o kadar kolay olur; ve deliğin derinliği açılan deliğin çapının 6 katını aştığında delik duvarının eşit şekilde bakırla kaplanacağının garantisi yoktur. Örneğin, normal bir 6-katmanlı PCB kartının mevcut kalınlığı (delik derinliği) yaklaşık 50 Mil'dir, dolayısıyla PCB üreticisinin sağlayabileceği delme çapı yalnızca 8 Mil'e ulaşabilir.

2. Geçiş deliğinin parazitik kapasitansı Geçiş deliğinin kendisi zemine karşı parazitik bir kapasitansa sahiptir. Zemin katmanındaki geçiş deliğinin izolasyon deliğinin çapının D2, geçiş deliği yastığının çapının D1 ve PCB kartının kalınlığının T olduğu biliniyorsa, kartın alt katmanının dielektrik sabiti şöyle olur: ε ise, geçiş deliğinin parazitik kapasitansının boyutu yaklaşık olarak şöyle olur: C=1.41εTD1/(D2-D1) Geçiş deliğinin parazitik kapasitansının devre üzerindeki ana etkisi şudur: Sinyalin yükselme süresini uzatın ve devrenin hızını azaltın. Örneğin, 50 Mil kalınlığa sahip bir PCB kartı için, iç çapı 10 Mil ve ped çapı 2{{20} olan bir geçiş deliği varsa } Mil kullanılır ve ped ile toprak bakır alanı arasındaki mesafe 32 Mil'dir, yukarıdaki formül aracılığıyla geçiş deliğini yaklaşık olarak hesaplayabiliriz. Parazit kapasitansı kabaca: C=1.41x4.4x{{31 }}.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF. Kapasitansın bu bölümünün neden olduğu yükselme süresindeki değişiklik: T10-90=2.2C (Z0/2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Bu değerlerden görülebileceği gibi, tek bir yolun parazit kapasitansının neden olduğu yükselme gecikmesini yavaşlatmanın etkisi çok açık olmasa da, katmanlar arasında geçiş yapmak için kablolamada yolların birden çok kez kullanılması durumunda tasarımcıların bunu dikkatli bir şekilde düşünmesi gerekir. .

3. Viaların parazitik endüktansı Benzer şekilde, vialarda parazitik kapasitanslar ve parazitik endüktanslar vardır. Yüksek hızlı dijital devrelerin tasarımında, yolların parazitik endüktansının neden olduğu zarar, genellikle parazitik kapasitansın etkisinden daha fazladır. Parazit seri endüktansı, bypass kapasitörünün katkısını zayıflatacak ve tüm güç sisteminin filtreleme etkisini zayıflatacaktır. Bir yolun yaklaşık parazitik endüktansını basitçe hesaplamak için aşağıdaki formülü kullanabiliriz: L=5.08h [ln (4h/d) + 1] burada L, h, yolun uzunluğu ve d, açılan deliğin merkezidir. Formülden, geçiş deliği çapının endüktans üzerinde küçük bir etkiye sahip olduğu ancak geçiş deliği uzunluğunun endüktansı etkilediği görülebilir. Yine yukarıdaki örneği kullanarak, geçişin endüktansı şu şekilde hesaplanabilir: L=5.08x0.050 [ln (4x0,050/0,010) + 1 ]=1.015nH. Sinyalin yükselme süresi 1ns ise eşdeğer empedansı şöyle olur: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Yüksek frekanslı akım içinden geçtiğinde bu empedans göz ardı edilemez. Güç katmanını ve toprak katmanını bağlarken bypass kapasitörünün iki yoldan geçmesi gerektiğine özellikle dikkat edilmelidir, böylece yolların parazitik endüktansı katlanarak artacaktır.

4. Yüksek hızlı PCB'de geçiş deliği tasarımı Geçiş deliklerinin parazitik özelliklerinin yukarıdaki analizi sayesinde, yüksek hızlı PCB tasarımında, görünüşte basit geçiş deliklerinin genellikle devre tasarımına büyük olumsuz etkiler getirdiğini görebiliriz. etki. Viasların parazit etkisinden kaynaklanan olumsuz etkileri azaltmak için tasarımda aşağıdakileri yapmaya çalışın:

1. Maliyet ve sinyal kalitesi açısından makul bir delik boyutu seçin. Örneğin, 6-10-katman bellek modülü PCB tasarımı için 10/20Mil (delme/ped) yollarının kullanılması daha iyidir. Bazı yüksek yoğunluklu, küçük boyutlu kartlar için 8/18Mil via'ları kullanmayı da deneyebilirsiniz. delik. Mevcut teknik şartlarda daha küçük boyutlu viaların kullanılması zordur. Güç veya topraklama geçişleri için empedansı azaltmak amacıyla daha büyük boyutlar kullanmayı düşünün.

2. Yukarıda tartışılan iki formülden, daha ince bir PCB kartı kullanmanın yolların iki parazit parametresini azaltmada faydalı olduğu sonucuna varılabilir.

3. PCB kartı üzerindeki sinyal izlerinin katmanlarını değiştirmemeye, yani gereksiz yol kullanmamaya çalışın.

4. Güç ve topraklama pimleri yakınlarda delinmelidir. Vialar ve pinler arasındaki kablolar ne kadar kısa olursa o kadar iyidir çünkü endüktansta bir artışa neden olurlar. Aynı zamanda empedansı azaltmak için güç ve toprak kabloları mümkün olduğunca kalın olmalıdır.

5. Sinyal için yakın bir döngü sağlamak amacıyla sinyal katmanını değiştiren yolların yakınına bazı topraklanmış yollar yerleştirin. Hatta PCB kartına çok sayıda yedek topraklama yolu bile yerleştirebilirsiniz. Elbette tasarımınızda esnek olmanız da gerekiyor. Daha önce tartışılan via modeli, her katmanın bir pedin olduğu bir durumdur. Bazen bazı katmanlardaki pedleri azaltabiliyor, hatta kaldırabiliyoruz. Özellikle geçiş deliklerinin yoğunluğunun çok yüksek olması, bakır tabakadaki devrenin yalıtılması için oluğun kırılmasına neden olabilir. Bu sorunu çözmek için viaların yerini değiştirmenin yanı sıra viaları bakır katmana yerleştirmeyi de düşünebiliriz. Ped boyutu küçültülür.