Kun piirilevyn johdotustaso on parempi, piirilevysi suunnittelu on tehokkaampaa

PCB-asettelu on erittäin tärkeä koko piirilevyn suunnittelussa. Nopean ja tehokkaan johdotuksen aikaansaaminen ja piirilevyjohdotuksen saaminen näyttämään huippulaadukkaalta on opiskelun ja oppimisen arvoista. Olemme selvittäneet 7 näkökohtaa, joihin on kiinnitettävä huomiota piirilevyasettelussa. Tarkastetaan ja täytetään aukot!

1. Digitaalisten ja analogisten piirien yhteinen maakäsittely

Nykyään monet piirilevyt eivät ole enää yksittäisiä toiminnallisia piirejä (digitaalisia tai analogisia piirejä), vaan ne koostuvat sekoituksesta digitaalisia ja analogisia piirejä. Siksi johdotuksen yhteydessä on otettava huomioon niiden välinen keskinäinen häiriö, erityisesti maajohdon meluhäiriö. Digitaalisten piirien taajuus on korkea ja analogisten piirien herkkyys on vahva. Signaalilinjojen suurtaajuisten signaalilinjojen tulee olla mahdollisimman kaukana herkistä analogisista piirilaitteista. Maalinjojen osalta koko piirilevyllä on vain yksi solmu ulkomaailmaan, joten digitaalisen ja analogisen yhteisen maan ongelma on käsiteltävä piirilevyn sisällä. Digitaalinen maadoitus ja analoginen maa on kuitenkin erotettu toisistaan ​​kortin sisällä. Niitä ei ole kytketty toisiinsa, vaan ne ovat vain rajapinnassa, jossa piirilevy kytkeytyy ulkomaailmaan (kuten pistokkeet jne.). Digitaalinen maa on hieman oikosulussa analogiseen maahan. Huomaa, että liitäntäpisteitä on vain yksi. Piirilevyssä on myös erilaisia ​​maadoituksia, mikä määräytyy järjestelmän suunnittelun mukaan.

2. Signaalijohdot asetetaan sähköisen (maa)kerroksen päälle

Monikerroksisia painettuja levyjä johdotettaessa signaalilinjakerrokseen ei jää paljon keskeneräisiä rivejä. Kerrosten lisääminen aiheuttaa hukkaa ja lisää tuotannon työmäärää, ja myös kustannukset kasvavat vastaavasti. Tämän ristiriidan ratkaisemiseksi voit harkita johdotusta sähkö- (maa-) kerrokseen. Ensin tulee harkita tehokerrosta ja sen jälkeen maakerrosta. Koska muodostelman eheys säilyy.

3. Suuripintaisten johtimien liitosjalkojen käsittely

Laaja-alaisessa maadoituksessa (sähkö) siihen liitetään yleisesti käytettyjen komponenttien jalat. Liitosjalkojen käsittely on harkittava kokonaisvaltaisesti. Sähköisen suorituskyvyn kannalta on parempi, että komponenttien jalkojen pehmusteet on liitetty kokonaan kuparipintaan, mutta komponenttien hitsauskokoonpanossa on joitain piilotettuja vaaroja, kuten: ① Hitsaus vaatii suuritehoisen lämmittimen . ②On helppo aiheuttaa virtuaalisia juotosliitoksia. Siksi sähköisen suorituskyvyn ja prosessin vaatimukset huomioon ottaen tehdään ristinmuotoinen juotostyyny, jota kutsutaan lämpösuojaksi, joka tunnetaan yleisesti termillä (Thermal). Tällä tavalla voidaan eliminoida virtuaalisten juotosliitosten mahdollisuus, joka johtuu liiallisesta poikkileikkauslämmöstä hitsauksen aikana. Seksi on vähentynyt huomattavasti. Monikerroslevyjen teho- (maa-) kerroksen jalkojen käsittely on sama.

4. Verkkojärjestelmän rooli johdotuksessa

Monissa CAD-järjestelmissä johdotus määräytyy verkkojärjestelmän perusteella. Jos ruudukko on liian tiheä, vaikka kanavien määrää kasvatetaan, askeleet ovat liian pieniä ja datan määrä kuvakentässä liian suuri. Tämä asettaa väistämättä korkeammat vaatimukset laitteen tallennustilalle, ja se vaikuttaa myös tietokoneelektroniikkatuotteiden laskentanopeuteen. suuri vaikutus. Jotkut polut ovat virheellisiä, kuten komponenttien jalkojen pehmusteiden tai asennusreikien ja kiinnitysreikien varatut. Liian harva verkko ja liian vähän kanavia vaikuttavat suuresti reititysnopeuteen. Siksi johdotuksen tukemiseksi on oltava kohtuullinen verkkojärjestelmä. Vakiokomponentin jalkojen välinen etäisyys on {{0}},1 tuumaa (2,54 mm), joten ruudukkojärjestelmän perusta on yleensä 0,1 tuumaa (2,54 mm). tai integraalikerroin, joka on pienempi kuin {{10}},1 tuumaa, kuten: 0,05 tuumaa, 0,025 tuumaa, 0,02 tuumaa jne.

5. Virtalähteen ja maadoitusjohtojen käsittely

Vaikka koko piirilevyn johdotus on tehty hyvin, teholähteen ja maadoitusjohtojen riittämättömästä huomioimisesta johtuvat häiriöt heikentävät tuotteen suorituskykyä ja joskus jopa vaikuttavat tuotteen onnistumisasteeseen. Siksi virtalähteen ja maadoitusjohtojen johdotukseen on suhtauduttava vakavasti, jotta voidaan minimoida virtalähteen ja maadoitusjohtojen aiheuttama meluhäiriö tuotteen laadun varmistamiseksi. Jokainen elektroniikkatuotteiden suunnitteluun osallistuva insinööri ymmärtää maadoitusjohdon ja virtajohdon välisen kohinan syyn. Nyt kuvataan vain vähennettyä kohinanvaimennusta: hyvin tunnettua on lisätä kohinaa virtalähteen ja maadoitusjohdon väliin. Lotus root -kondensaattori. Laajenna virta- ja maajohtoja niin paljon kuin mahdollista. Maadoitusjohto on leveämpi kuin virtajohto. Niiden suhde on: maadoitusjohto > virtajohto > signaalijohto. Yleensä signaalilangan leveys on: 0.2~0.3mm, ja hieno leveys voi olla jopa 0.05~0.07mm. , virtajohto on 1,2–2,5 mm. Digitaalisten piirien piirilevyissä voidaan käyttää leveitä maadoitusjohtoja muodostamaan silmukan eli maadoitusverkon (analogisten piirien maata ei voida käyttää tällä tavalla). Käytä laajaa kuparikerrosta maadoitusjohtoihin ja käyttämättömät piirilevylle Kaikki paikat on kytketty maahan ja niitä käytetään maadoitusjohtimina. Tai siitä voidaan tehdä monikerroksinen levy, jossa virtalähde ja maadoitusjohdot vievät kukin yhden kerroksen.

6. Suunnittelusäännön tarkistus (DRC)

Johdotuksen suunnittelun jälkeen on tarpeen tarkistaa huolellisesti, vastaako johdotus suunnittelijan asettamia sääntöjä. On myös tarpeen varmistaa, vastaavatko asetetut säännöt painetun kartongin tuotantoprosessin tarpeita. Yleiset tarkastukset sisältävät seuraavat näkökohdat: rivi riville, rivi riville. Onko komponenttien tyynyjen, viivojen ja läpimenevien reikien, komponenttityynyjen ja läpimenevien reikien ja läpimenevien reikien välinen etäisyys kohtuullinen ja täyttääkö se tuotantovaatimukset. Ovatko virta- ja maadoitusjohdot sopivan leveät ja ovatko virta- ja maadoitusjohdot tiukasti kytketty (pieniaaltoimpedanssi)? Onko piirilevyssä paikkaa, jossa maadoitusjohtoa voidaan leventää? Onko toimenpiteitä toteutettu tärkeimpien signaalilinjojen, kuten lyhyiden pituuksien, suojalinjojen ja selvästi erotettujen tulo- ja lähtölinjojen suhteen? Onko analogisessa ja digitaalisessa piirissä erilliset maadoitusjohdot? Aiheuttaako PCB:hen myöhemmin lisätty grafiikka (kuten kuvakkeet, tarrat) signaalin oikosulkuja. Muokkaa joitain epätyydyttäviä viivan muotoja. Onko piirilevyyn lisätty prosessilinjoja? Täyttääkö juotosmaski tuotantoprosessin vaatimukset, onko juotosmaskin koko sopiva ja onko merkkiä painettu laitteen alustassa, jotta sähkökokoonpanon laatu ei vaikuta. Onko monikerroksisessa levyssä virtalähteen maakerroksen ulkokehyksen reuna pienentynyt? Jos virtalähteen maakerroksen kuparikalvo paljastuu levyn ulkopuolelle, on helppo aiheuttaa oikosulku.

7. Suunnittelu kautta

Via (via) on yksi monikerroksisen piirilevyn tärkeimmistä komponenteista. Porauskustannukset muodostavat yleensä 30–40 % piirilevyn valmistuskustannuksista. Yksinkertaisesti sanottuna jokaista piirilevyn reikää voidaan kutsua läpivienniksi. Toiminnallisesti läpiviennit voidaan jakaa kahteen luokkaan: toista käytetään kerrosten välisiin sähköliitäntöihin; toista käytetään laitteiden kiinnittämiseen tai sijoittamiseen. Prosessin näkökulmasta läpivientit jaetaan yleensä kolmeen luokkaan, nimittäin sokeisiin läpivienteihin, haudattuihin läpivienteihin ja läpivienteihin.

Sokeat reiät sijaitsevat piirilevyjen ylä- ja alapinnalla. Niillä on tietty syvyys ja niitä käytetään yhdistämään pintapiirit ja alla olevat sisäpiirit. Reikien syvyys ei yleensä ylitä tiettyä suhdetta (aukko). Haudatut läpiviennit viittaavat piirilevyn sisäkerroksen liitäntäreikiin, eivätkä ne ulotu piirilevyn pintaan. Edellä mainitut kaksi reikää sijaitsevat piirilevyn sisäkerroksessa. Ne viimeistellään läpireiänmuodostusprosessilla ennen laminointia. Läpivientireikien muodostusprosessin aikana useita sisäkerroksia voi olla päällekkäin. Kolmatta tyyppiä kutsutaan läpimeneväksi rei'iksi, joka kulkee koko piirilevyn läpi ja jota voidaan käyttää sisäisten yhteenliitäntöjen toteuttamiseen tai komponenttien asennusreikinä. Koska läpimeneviä reikiä on helpompi toteuttaa tekniikassa ja niiden kustannukset ovat alhaisemmat, niitä käytetään useimmissa painetuissa piirilevyissä kahden muun läpivientireiän sijaan. Seuraavia läpivientireikiä pidetään läpivientireikinä, ellei toisin mainita.

1. Suunnittelun näkökulmasta läpivientireikä koostuu pääasiassa kahdesta osasta, joista toinen on porausreikä keskellä ja toinen on porausreiän ympärillä oleva tyynyalue. Näiden kahden osan koko määrittää läpiviennin koon. On selvää, että suunnitellessaan nopeita ja tiheitä piirilevyjä suunnittelijat toivovat aina, että läpivientiaukot olisivat mahdollisimman pieniä, jotta levylle jää enemmän johdotustilaa. Lisäksi mitä pienemmät läpiviennit ovat, sitä pienempi on niiden oma loiskapasitanssi. Mitä pienempi se on, sitä paremmin se sopii nopeille piireille. Reiän koon pienentäminen aiheuttaa kuitenkin myös kustannusten nousun, eikä läpivientireiän kokoa voi pienentää loputtomiin. Sitä rajoittavat poraus (pora) ja galvanointi (pinnoitus) ja muut prosessitekniikat: mitä pienempi reikä, sitä vaikeampi porata. Mitä kauemmin reikä kestää, sitä helpompi on poiketa keskustasta; ja kun reiän syvyys ylittää 6 kertaa poratun reiän halkaisijan, ei ole takeita siitä, että reiän seinämä on tasaisesti pinnoitettu kuparilla. Esimerkiksi normaalin 6-kerroksisen piirilevylevyn nykyinen paksuus (reiän syvyys) on noin 50 mil, joten piirilevyn valmistajan tarjoama poraushalkaisija voi olla vain 8 Mil.

2. Läpivientireiän loiskapasitanssi Itse läpivientireiällä on loiskapasitanssi maahan nähden. Jos tiedetään, että maakerroksen läpivientireiän eristysreiän halkaisija on D2, läpivientireiän tyynyn halkaisija on D1 ja piirilevyn paksuus on T, Levyalustan dielektrisyysvakio on ε, niin läpivientireiän loiskapasitanssin koko on noin: C=1.41εTD1/(D2-D1) Läpivientireiän loiskapasitanssin suurin vaikutus piiriin on pidentää signaalin nousuaikaa ja vähentää piirin nopeutta. Esimerkiksi piirilevylle, jonka paksuus on 50 Mil, jos läpivientireikä, jonka sisähalkaisija on 10 Mil ja tyynyn halkaisija 2{{20} } Mil käytetään ja tyynyn ja maadoitettuun kuparipinta-alan välinen etäisyys on 32 Mil, voimme suunnilleen laskea läpivientireiän yllä olevan kaavan avulla. Parasiittikapasitanssi on suunnilleen: C=1.41x4.4x{{31 }}.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF. Kapasitanssin tämän osan aiheuttama nousuajan muutos on: T10-90=2.2C (Z0/2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Näistä arvoista voidaan nähdä, että vaikka yksittäisen läpiviennin parasiittisen kapasitanssin aiheuttaman nousuviiveen hidastuminen ei ole kovin ilmeinen, suunnittelijoiden tulee silti harkita huolellisesti, jos läpivientejä käytetään useita kertoja johdotuksessa kerrosten välillä vaihtamiseen. .

3. Läpivientien parasiittiset induktanssit Samoin läpivientiaukoissa on loiskapasitanssit ja loisinduktanssit. Nopeiden digitaalisten piirien suunnittelussa läpivientien parasiittisen induktanssin aiheuttama haitta on usein suurempi kuin loiskapasitanssin vaikutus. Sen loissarjainduktanssi heikentää ohituskondensaattorin panosta ja heikentää koko tehojärjestelmän suodatusvaikutusta. Voimme käyttää seuraavaa kaavaa yksinkertaisesti laskeaksemme likimääräisen läpiviennin lois-induktanssin: L=5.08h [ln (4h/d) + 1] jossa L viittaa induktanssiin läpivienti, h on läpiviennin pituus ja d on keskikohta Poratun reiän halkaisija. Kaavasta voidaan nähdä, että läpivientireiän halkaisijalla on pieni vaikutus induktanssiin, mutta läpivientireiän pituus vaikuttaa induktanssiin. Edelleen käyttämällä yllä olevaa esimerkkiä, läpiviennin induktanssi voidaan laskea seuraavasti: L=5.08x0,050 [ln (4x0,050/0,010) + 1 ]=1.015nH. Jos signaalin nousuaika on 1ns, niin sen ekvivalenttiimpedanssi on: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Tällaista impedanssia ei voida jättää huomiotta, kun sen läpi kulkee suurtaajuinen virta. Erityistä huomiota tulee kiinnittää siihen, että ohituskondensaattorin täytyy kulkea kahden läpiviennin läpi kytkettäessä tehokerrosta ja maakerrosta, jolloin läpivientien parasiittisen induktanssi kasvaa eksponentiaalisesti.

4. Läpivientireikien suunnittelu nopeissa piirilevyissä Edellä olevan läpivientireikien loisominaisuuksien analyysin avulla voimme nähdä, että nopeiden piirilevyjen suunnittelussa näennäisesti yksinkertaiset läpivientireiät tuovat usein suuria negatiivisia vaikutuksia piirisuunnitteluun. vaikutus. Vähentääksesi vian loisvaikutusten aiheuttamia haitallisia vaikutuksia, yritä tehdä suunnittelussa seuraavaa:

1. Valitse kustannusten ja signaalin laadun kannalta kohtuullinen läpivientireikä. Esimerkiksi 6-10-kerrosmuistimoduulin piirilevyn suunnittelussa on parempi käyttää 10/20 Milin (poraus/tyyny) läpivientiä. Joillekin suuritiheyksisille, pienikokoisille levyille voit myös yrittää käyttää 8/18 Milin viasia. reikä. Nykyisissä teknisissä olosuhteissa pienempien läpivientien käyttö on vaikeaa. Teho- tai maaläpivientiä varten harkitse suurempien kokojen käyttöä impedanssin vähentämiseksi.

2. Edellä käsitellyistä kahdesta kaavasta voidaan päätellä, että ohuemman PCB-levyn käyttäminen on hyödyllistä vähentää läpivientien kahta loisparametria.

3. Yritä olla muuttamatta signaalijälkien kerroksia piirilevyllä, eli älä käytä tarpeettomia läpivientejä.

4. Virta- ja maadoitusnastat tulee porata lähelle. Mitä lyhyemmät johtimet läpivientien ja nastojen välillä, sitä parempi, koska ne lisäävät induktanssia. Samanaikaisesti teho- ja maajohtojen tulee olla mahdollisimman paksuja impedanssin vähentämiseksi.

5. Aseta maadoitettuja läpivientejä lähelle signaalikerroksen vaihtavia läpivientejä luodaksesi signaalille läheisen silmukan. Voit jopa sijoittaa suuren määrän redundantteja maadoitusläpivientejä piirilevylle. Tietysti sinun on myös oltava joustava suunnittelussa. Aiemmin käsitelty via-malli on tapaus, jossa jokaisessa kerroksessa on tyyny. Joskus voimme vähentää tai jopa poistaa tyynyjä joistakin kerroksista. Varsinkin kun läpivientireikien tiheys on erittäin korkea, se voi aiheuttaa rikkinäisen uran eristämään piirin kuparikerroksessa. Tämän ongelman ratkaisemiseksi voidaan läpivientien sijainnin siirtämisen lisäksi harkita läpivientien sijoittamista kuparikerrokseen. Pehmusteen kokoa pienennetään.