Kada poboljšana razina ožičenja PCB-a, čineći vaš dizajn PCB-a učinkovitijim

Izgled PCB-a vrlo je važan u cijelom dizajnu PCB-a. Kako postići brzo i učinkovito ožičenje i učiniti da vaše PCB ožičenje izgleda vrhunsko vrijedi proučavati i naučiti. Izdvojili smo 7 aspekata na koje treba obratiti pozornost kod izgleda PCB-a. Provjerimo i popunimo praznine!

1. Zajednička osnovna obrada digitalnih i analognih sklopova

Danas mnogi PCB-ovi više nisu jednofunkcionalni krugovi (digitalni ili analogni krugovi), već se sastoje od mješavine digitalnih i analognih krugova. Stoga je potrebno uzeti u obzir međusobne smetnje između njih prilikom ožičenja, posebno smetnje buke na uzemljenju. Frekvencija digitalnih sklopova je visoka, a osjetljivost analognih sklopova je velika. Za signalne vodove, visokofrekventni signalni vodovi trebali bi biti što je moguće dalje od osjetljivih analognih uređaja. Za uzemljene vodove, cijeli PCB ima samo jedan čvor prema vanjskom svijetu, tako da se problem digitalnog i analognog zajedničkog uzemljenja mora riješiti unutar PCB-a. Međutim, digitalno i analogno uzemljenje zapravo su odvojene unutar ploče. Oni nisu povezani jedan s drugim, već su samo na sučelju gdje se PCB povezuje s vanjskim svijetom (kao što su utikači, itd.). Digitalno uzemljenje malo je kratko spojeno s analognim uzemljenjem, imajte na umu da postoji samo jedna spojna točka. Također postoje različita uzemljenja na PCB-u, što je određeno dizajnom sustava.

2. Signalni vodovi položeni su na električni (uzemljeni) sloj

Kod ožičenja višeslojnih tiskanih ploča, na sloju signalne linije ne ostaje mnogo nedovršenih linija. Dodavanje više slojeva uzrokovat će otpad i povećati radno opterećenje proizvodnje, a troškovi će također porasti u skladu s tim. Da biste riješili ovu kontradikciju, možete razmotriti ožičenje na električnom (uzemljenom) sloju. Prvo treba razmotriti sloj snage, a zatim sloj tla. Budući da je očuvana cjelovitost formacije.

3. Obrada spojnih krakova u vodičima velike površine

U uzemljenju velike površine (elektrika) na njega se spajaju krakovi uobičajenih komponenti. Rukovanje spojnim nogama treba sveobuhvatno razmotriti. Što se tiče električnih performansi, bolje je da jastučići nogu komponente budu u potpunosti povezani s bakrenom površinom, ali za Postoje neke skrivene opasnosti u sklopu zavarivanja komponenti, kao što su: ① Zavarivanje zahtijeva grijač velike snage . ②Lako je izazvati virtualne lemljene spojeve. Stoga, uzimajući u obzir električne performanse i zahtjeve procesa, izrađena je ploča za lemljenje u obliku križa, koja se naziva toplinski štit, obično poznata kao toplinska ploča (termalna). Na taj način se može eliminirati mogućnost virtualnih lemljenih spojeva zbog prekomjernog rasipanja topline poprečnog presjeka tijekom zavarivanja. Seks je uvelike smanjen. Tretman nogu sloja snage (zemlje) višeslojnih ploča je isti.

4. Uloga mrežnog sustava u ožičenju

U mnogim CAD sustavima ožičenje se određuje na temelju mrežnog sustava. Ako je mreža pregusta, iako je broj kanala povećan, koraci su premali i količina podataka u polju slike je prevelika. To će neizbježno imati veće zahtjeve za prostor za pohranu uređaja, a također će utjecati na brzinu računanja računalnih elektroničkih proizvoda. veliki utjecaj. Neki su putovi nevažeći, poput onih koji su zauzeti jastučićima nogu komponenti ili su zauzeti rupama za montiranje i rupama za montiranje. Previše rijetka mreža i premalo kanala imat će veliki utjecaj na brzinu usmjeravanja. Stoga mora postojati razuman mrežni sustav koji podržava ožičenje. Udaljenost između krakova standardne komponente je {{0}}.1 inča (2,54 mm), tako da je osnova mrežnog sustava 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 žicama za napajanje i uzemljenje

Čak i ako je ožičenje u cijeloj PCB ploči dobro izvedeno, smetnje uzrokovane nedovoljnim razmatranjem žica za napajanje i uzemljenje će pogoršati performanse proizvoda, a ponekad čak utjecati na stopu uspješnosti proizvoda. Stoga se ožičenje žica za napajanje i uzemljenje mora shvatiti ozbiljno kako bi se smanjile smetnje koje stvaraju žice za napajanje i uzemljenje kako bi se osigurala kvaliteta proizvoda. Svaki inženjer koji se bavi dizajnom elektroničkih proizvoda razumije uzrok buke između žice za uzemljenje i žice za napajanje. Sada samo opisujemo smanjeno potiskivanje šuma: dobro poznato je dodavanje šuma između napajanja i žice za uzemljenje. Kondenzator lotosovog korijena. Proširite žice za napajanje i uzemljenje što je više moguće. Žica za uzemljenje šira je od žice za napajanje. Njihov odnos je: žica za uzemljenje > žica za napajanje > žica za signal. Obično je širina signalne žice: 0.2~0.3mm, a fina širina može biti do 0.05~0.07mm. , kabel za napajanje je 1,2~2,5 mm. Za PCB digitalne sklopove, široke žice za uzemljenje mogu se koristiti za formiranje petlje, odnosno za formiranje mreže za uzemljenje (uzemljenje analognih sklopova ne može se koristiti na ovaj način). Upotrijebite veliku površinu bakrenog sloja za žice za uzemljenje, a neiskorištene na tiskanoj ploči. Sva su mjesta spojena na uzemljenje i koriste se kao žice za uzemljenje. Ili se može izraditi u višeslojnu ploču, pri čemu žice za napajanje i uzemljenje zauzimaju po jedan sloj.

6. Provjera pravila dizajna (DRC)

Nakon što je projektiranje ožičenja završeno, potrebno je pažljivo provjeriti je li projektiranje u skladu s pravilima koje je postavio projektant. Također je potrebno potvrditi zadovoljavaju li postavljena pravila potrebe procesa proizvodnje tiskanih ploča. Opći pregledi uključuju sljedeće aspekte: linija do linije, linija do linije. Je li udaljenost između jastučića komponenti, vodova i prolaznih rupa, jastučića komponenti i prolaznih rupa i prolaznih rupa razumna i zadovoljava li proizvodne zahtjeve. Jesu li žice za napajanje i uzemljenje odgovarajuće širine i jesu li žice za napajanje i uzemljenje čvrsto spojene (niska valna impedancija)? Postoji li neko mjesto u tiskanoj ploči gdje se žica za uzemljenje može proširiti? Jesu li poduzete mjere za ključne signalne vodove, kao što su kratke duljine, zaštitni vodovi i jasno razdvojeni ulazni i izlazni vodovi? Imaju li dijelovi analognog i digitalnog kruga neovisne žice za uzemljenje? Hoće li grafika (poput ikona, naljepnica) naknadno dodana na PCB uzrokovati kratke spojeve signala. Izmijenite neke nezadovoljavajuće oblike linija. Jesu li procesne linije dodane PCB-u? Ispunjava li maska ​​za lemljenje zahtjeve proizvodnog procesa, je li veličina maske za lemljenje odgovarajuća i je li oznaka znaka pritisnuta na podlogu uređaja kako bi se izbjegao utjecaj na kvalitetu električnog sklopa. Je li rub vanjskog okvira sloja uzemljenja napajanja u višeslojnoj ploči smanjen? Ako je bakrena folija uzemljenog sloja napajanja izložena izvan ploče, lako je izazvati kratki spoj.

7. Dizajn prolaza

Via (via) je jedna od važnih komponenti višeslojnog PCB-a. Trošak bušenja obično iznosi 30% do 40% troškova proizvodnje PCB ploča. Jednostavno rečeno, svaka rupa na tiskanoj ploči može se nazvati prolazom. S funkcionalnog stajališta, vias se mogu podijeliti u dvije kategorije: jedan se koristi za električne veze između slojeva; drugi se koristi za pričvršćivanje ili pozicioniranje uređaja. Iz perspektive procesa, otvori se općenito dijele u tri kategorije, naime slijepi otvori, ukopani otvori i prolazni otvori.

Slijepe rupe nalaze se na gornjoj i donjoj površini tiskanih pločica. Imaju određenu dubinu i koriste se za povezivanje površinskih krugova i unutarnjih krugova ispod. Dubina rupa obično ne prelazi određeni omjer (otvor blende). Ukopani otvori odnose se na rupe za spajanje koje se nalaze na unutarnjem sloju tiskane ploče i ne protežu se do površine tiskane ploče. Gornje dvije vrste rupa nalaze se u unutarnjem sloju tiskane ploče. Izrađuju se postupkom oblikovanja kroz rupu prije laminacije. Tijekom procesa formiranja otvora, nekoliko unutarnjih slojeva može se preklapati. Treća vrsta naziva se prolazna rupa, koja prolazi kroz cijelu tiskanu ploču i može se koristiti za implementaciju internih međusobnih veza ili kao rupe za montažu pozicioniranja komponenti. Budući da je prolazne rupe lakše implementirati u tehnologiju i imaju niže troškove, koriste se u većini tiskanih pločica umjesto druga dva kroz rupe. Sljedeći prolazni otvori smatraju se prolaznim otvorima osim ako nije drugačije navedeno.

1. Sa stajališta dizajna, prolazna rupa se uglavnom sastoji od dva dijela, jedan je probušena rupa u sredini, a drugi je područje s jastučićem oko probušene rupe. Veličina ova dva dijela određuje veličinu otvora. Očito, pri projektiranju PCB-a velike brzine i velike gustoće, dizajneri se uvijek nadaju da bi vias trebali biti što manji, tako da se na ploči može ostaviti više prostora za ožičenje. Osim toga, što su vias manji, to je manji njihov vlastiti parazitski kapacitet. Što je manji, to je prikladniji za strujne krugove velike brzine. Međutim, smanjenje veličine otvora također dovodi do povećanja troškova, a veličina prolaznog otvora ne može se smanjivati ​​na neodređeno vrijeme. Ograničeno je bušenjem (drill) i galvaniziranjem (plating) i drugim procesnim tehnologijama: što je rupa manja, to ju je teže bušiti. Što dulje traje rupa, to je lakše odstupiti od središta; a kada dubina rupe premašuje 6 puta promjer izbušene rupe, nema jamstva da će stijenka rupe biti ravnomjerno obložena bakrom. Na primjer, trenutna debljina (dubina otvora) normalne 6-slojne PCB ploče je oko 50 Mil, tako da promjer bušenja koji proizvođač PCB-a može osigurati može doseći samo 8 Mil.

2. Parazitni kapacitet propusnog otvora Sam propusni otvor ima parazitni kapacitet prema zemlji. Ako je poznato da je promjer izolacijske rupe otvora na osnovnom sloju D2, promjer jastuka otvora je D1, a debljina PCB ploče je T, dielektrična konstanta supstrata ploče je ε, tada je veličina parazitnog kapaciteta prolaznog otvora približno: C=1.41εTD1/(D2-D1) Glavni utjecaj parazitnog kapaciteta prolaznog otvora na krug je produljiti vrijeme porasta signala i smanjiti brzinu kruga. Na primjer, za PCB ploču debljine 50 Mil, ako je rupica unutarnjeg promjera 10 Mil i promjer podloge 2{{20} } Koristi se Mil, a udaljenost između podloge i uzemljenog bakrenog područja je 32 Mila, 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 se vrijednosti može vidjeti da iako učinak usporavanja kašnjenja porasta uzrokovanog parazitskim kapacitetom jednog priključka nije vrlo očit, dizajneri bi ga ipak trebali pažljivo razmotriti ako se vias koriste više puta u ožičenju za prebacivanje između slojeva .

3. Parazitni induktivitet via Slično, postoje parazitni kapaciteti via i parazitni induktivitet. U dizajnu digitalnih sklopova velike brzine, šteta uzrokovana parazitskom induktivnošću viasa često je veća od utjecaja parazitske kapacitivnosti. Njegov parazitski serijski induktivitet će oslabiti doprinos premosnog kondenzatora i oslabiti učinak filtriranja cijelog elektroenergetskog sustava. Možemo upotrijebiti sljedeću formulu za jednostavno izračunavanje približne parazitske induktivnosti via: L=5.08h [ln (4h/d) + 1] gdje se L odnosi na induktivitet otvor, h je duljina otvora, a d središte Promjer izbušene rupe. Iz formule se može vidjeti da promjer prolaznog otvora ima mali utjecaj na induktivitet, ali duljina prolaznog otvora utječe na induktivitet. I dalje koristeći gornji primjer, induktivnost vija može se izračunati kao: L=5.08x0.050 [ln (4x0.050/0.010) + 1 ]=1.015nH. Ako je vrijeme porasta signala 1ns, onda je njegova ekvivalentna impedancija: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Takva impedancija se ne može zanemariti kada kroz nju teče visokofrekventna struja. Posebnu pozornost treba obratiti na činjenicu da kondenzator premosnice treba proći kroz dva via pri povezivanju sloja snage i sloja uzemljenja, tako da će parazitni induktivitet viasa eksponencijalno rasti.

4. Dizajn rupica u PCB-u velike brzine. Kroz gornju analizu parazitskih karakteristika rupica na PCB-u, možemo vidjeti da u dizajnu PCB-a velike brzine, naizgled jednostavni rupice često donose velike negativne učinke na dizajn strujnog kruga. posljedica. Kako biste smanjili štetne učinke uzrokovane parazitskim učincima vias, pokušajte učiniti sljedeće u dizajnu:

1. S aspekta cijene i kvalitete signala, odaberite razumnu veličinu otvora. Na primjer, za dizajn PCB-a 6-10-slojnog memorijskog modula, bolje je koristiti otvore od 10/20 Mil (bušenje/podloga). Za neke ploče male veličine velike gustoće također možete pokušati koristiti 8/18 Mil vias. rupa. U trenutnim tehničkim uvjetima teško je koristiti otvore manjih dimenzija. Za priključke za napajanje ili uzemljenje razmislite o korištenju većih veličina kako biste smanjili impedanciju.

2. Iz dvije gore razmotrene formule može se zaključiti da je korištenje tanje PCB ploče korisno za smanjenje dvaju parazitskih parametara vias.

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

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

5. Postavite nekoliko uzemljenih otvora blizu otvora za promjenu sloja signala kako biste osigurali zatvorenu petlju za signal. Možete čak postaviti veliki broj redundantnih priključaka za uzemljenje na PCB ploču. Naravno, također morate biti fleksibilni u svom dizajnu. Via model o kojem smo ranije raspravljali je slučaj gdje svaki sloj ima podlogu. Ponekad možemo smanjiti ili čak ukloniti jastučiće na nekim slojevima. Osobito kada je gustoća prolaznih otvora vrlo visoka, to može uzrokovati slomljeni žlijeb za izolaciju kruga u sloju bakra. Da bismo riješili ovaj problem, osim pomicanja mjesta otvora, također možemo razmotriti postavljanje otvora u sloj bakra. Veličina jastučića je smanjena.