Cuando se mejoró el nivel de cableado de PCB, lo que hace que el diseño de su PCB sea más eficiente

El diseño de la PCB es muy importante en todo el diseño de la PCB. Vale la pena estudiar y aprender cómo lograr un cableado rápido y eficiente y hacer que el cableado de su PCB parezca de alta gama. Hemos clasificado 7 aspectos a los que se debe prestar atención en el diseño de PCB. ¡Revisemos y llenemos los vacíos!

1. Procesamiento de tierra común de circuitos digitales y circuitos analógicos.

Hoy en día, muchos PCB ya no son circuitos funcionales únicos (circuitos digitales o analógicos), sino que están compuestos por una mezcla de circuitos digitales y circuitos analógicos. Por lo tanto, es necesario considerar la interferencia mutua entre ellos al realizar el cableado, especialmente la interferencia de ruido en la línea de tierra. La frecuencia de los circuitos digitales es alta y la sensibilidad de los circuitos analógicos es fuerte. Para las líneas de señal, las líneas de señal de alta frecuencia deben estar lo más lejos posible de dispositivos de circuitos analógicos sensibles. Para las líneas de tierra, toda la PCB tiene un solo nodo hacia el mundo exterior, por lo que el problema de la conexión a tierra común digital y analógica debe abordarse dentro de la PCB. Sin embargo, la tierra digital y la tierra analógica en realidad están separadas dentro de la placa. No están conectados entre sí, sino solo en la interfaz donde la PCB se conecta con el mundo exterior (como enchufes, etc.). La tierra digital está un poco en cortocircuito con la tierra analógica; tenga en cuenta que solo hay un punto de conexión. También hay diferentes bases en la PCB, que están determinadas por el diseño del sistema.

2. Las líneas de señal se colocan en la capa eléctrica (tierra).

Al cablear placas impresas multicapa, no quedan muchas líneas sin terminar en la capa de la línea de señal. Agregar más capas generará desperdicio y aumentará la carga de trabajo de producción, y el costo también aumentará en consecuencia. Para resolver esta contradicción, se puede considerar el cableado en la capa eléctrica (tierra). La capa de energía debe considerarse primero, seguida de la capa de tierra. Porque se preserva la integridad de la formación.

3. Tratamiento de patas de conexión en conductores de gran superficie.

En la puesta a tierra de grandes superficies (electricidad), a ella se conectan los pies de los componentes de uso común. Es necesario considerar detenidamente el manejo de las patas de conexión. En términos de rendimiento eléctrico, es mejor que las almohadillas de las patas de los componentes estén completamente conectadas a la superficie de cobre, pero existen algunos peligros ocultos en el ensamblaje de soldadura de componentes, como: ① La soldadura requiere un calentador de alta potencia . ②Es fácil provocar juntas de soldadura virtuales. Por lo tanto, teniendo en cuenta el rendimiento eléctrico y los requisitos del proceso, se fabrica una almohadilla de soldadura en forma de cruz, a la que se le denomina escudo térmico, comúnmente conocida como almohadilla térmica (Thermal). De esta manera, se puede eliminar la posibilidad de uniones de soldadura virtuales debido a una excesiva disipación de calor de la sección transversal durante la soldadura. El sexo se reduce mucho. El tratamiento de las patas de la capa de energía (tierra) de los tableros multicapa es el mismo.

4. El papel del sistema de red en el cableado.

En muchos sistemas CAD, el cableado se determina en función del sistema de red. Si la cuadrícula es demasiado densa, aunque aumenta el número de canales, los pasos son demasiado pequeños y la cantidad de datos en el campo de imagen es demasiado grande. Esto inevitablemente tendrá mayores requisitos para el espacio de almacenamiento del dispositivo y también afectará la velocidad de computación de los productos electrónicos informáticos. gran impacto. Algunas rutas no son válidas, como las ocupadas por las almohadillas de las patas de los componentes o las ocupadas por orificios de montaje y orificios de montaje. Una malla demasiado escasa y muy pocos canales tendrán un gran impacto en la tasa de enrutamiento. Por lo tanto, debe existir un sistema de red razonable para soportar el cableado. La distancia entre las patas de un componente estándar es {{0}}.1 pulgadas (2,54 mm), por lo que la base del sistema de rejilla generalmente se establece en 0.1 pulgadas (2,54 mm). o un múltiplo integral menor que {{10}}.1 pulgadas, como: 0.05 pulgadas, 0,025 pulgadas, 0,02 pulgadas, etc.

5. Manejo de cables de alimentación y tierra.

Incluso si el cableado de toda la placa PCB está bien completado, la interferencia causada por una consideración insuficiente de la fuente de alimentación y los cables de tierra degradará el rendimiento del producto y, en ocasiones, incluso afectará la tasa de éxito del producto. Por lo tanto, el cableado de la fuente de alimentación y los cables de tierra debe tomarse en serio para minimizar la interferencia de ruido generada por la fuente de alimentación y los cables de tierra para garantizar la calidad del producto. Todo ingeniero que se dedica al diseño de productos electrónicos comprende la causa del ruido entre el cable de tierra y el cable de alimentación. Ahora sólo describiremos la reducción de la supresión de ruido: lo más conocido es añadir un ruido entre la fuente de alimentación y el cable de tierra. Condensador de raíz de loto. Amplíe los cables de alimentación y de tierra tanto como sea posible. El cable de tierra es más ancho que el cable de alimentación. Su relación es: cable de tierra > cable de alimentación > cable de señal. Por lo general, el ancho del cable de señal es: 0.2~0.3 mm, y el ancho fino puede ser de hasta 0.05~0,07 mm. , el cable de alimentación es de 1,2~2,5 mm. Para las PCB de circuitos digitales, se pueden usar cables de tierra anchos para formar un bucle, es decir, para formar una red de tierra (la tierra de los circuitos analógicos no se puede usar de esta manera). Utilice una gran superficie de capa de cobre para los cables de tierra y los que no se utilicen en la placa impresa. Todos los lugares están conectados a tierra y se utilizan como cables de tierra. O se puede convertir en una placa multicapa, con los cables de alimentación y de tierra ocupando una capa cada uno.

6. Verificación de reglas de diseño (DRC)

Una vez completado el diseño del cableado, es necesario verificar cuidadosamente si el diseño del cableado cumple con las reglas establecidas por el diseñador. También es necesario confirmar si las reglas establecidas satisfacen las necesidades del proceso de producción de tableros impresos. Las inspecciones generales incluyen los siguientes aspectos: línea a línea, línea a línea. Si la distancia entre las almohadillas de los componentes, las líneas y los orificios pasantes, las almohadillas de los componentes y los orificios pasantes y los orificios pasantes es razonable y si cumple con los requisitos de producción. ¿Los cables de alimentación y de tierra tienen el ancho adecuado y están estrechamente acoplados (baja impedancia de onda)? ¿Hay algún lugar en la PCB donde se pueda ensanchar el cable de tierra? ¿Se han tomado medidas para las líneas de señales clave, como longitudes cortas, líneas de protección y líneas de entrada y salida claramente separadas? ¿Las partes del circuito analógico y del circuito digital tienen cables de tierra independientes? Si los gráficos (como iconos, etiquetas) agregados a la PCB posteriormente causarán cortocircuitos en la señal. Modifique algunas formas de líneas insatisfactorias. ¿Se agregan líneas de proceso a la PCB? Si la máscara de soldadura cumple con los requisitos del proceso de producción, si el tamaño de la máscara de soldadura es apropiado y si la marca de carácter se presiona en la almohadilla del dispositivo para evitar afectar la calidad del ensamblaje eléctrico. ¿Se reduce el borde del marco exterior de la capa de tierra de la fuente de alimentación en una placa multicapa? Si la lámina de cobre de la capa de tierra de la fuente de alimentación queda expuesta fuera de la placa, es fácil provocar un cortocircuito.

7. Diseño de vía

Via (vía) es uno de los componentes importantes de la PCB multicapa. El coste de perforación suele representar entre el 30% y el 40% del coste de fabricación de la placa PCB. En pocas palabras, cada orificio de la PCB se puede denominar vía. Desde un punto de vista funcional, las vías se pueden dividir en dos categorías: una se utiliza para conexiones eléctricas entre capas; el otro se utiliza para fijar o posicionar dispositivos. Desde una perspectiva de proceso, las vías se dividen generalmente en tres categorías: vías ciegas, vías enterradas y vías pasantes.

Los agujeros ciegos se encuentran en las superficies superior e inferior de las placas de circuito impreso. Tienen una cierta profundidad y se utilizan para conectar los circuitos de superficie y los circuitos interiores de abajo. La profundidad de los agujeros no suele superar una determinada relación (apertura). Las vías enterradas se refieren a orificios de conexión ubicados en la capa interna de una placa de circuito impreso y no se extienden hasta la superficie de la placa de circuito. Los dos tipos de orificios anteriores están ubicados en la capa interna de la placa de circuito. Se completan mediante el proceso de formación de orificios pasantes antes de la laminación. Durante el proceso de formación de orificios pasantes, se pueden superponer varias capas internas. El tercer tipo se llama orificio pasante, que atraviesa toda la placa de circuito y puede usarse para implementar interconexiones internas o como orificios de posicionamiento de montaje para componentes. Debido a que los orificios pasantes son más fáciles de implementar en tecnología y tienen costos más bajos, se utilizan en la mayoría de las placas de circuito impreso en lugar de los otros dos orificios pasantes. Los siguientes orificios pasantes se consideran orificios pasantes a menos que se especifique lo contrario.

1. Desde el punto de vista del diseño, un orificio pasante consta principalmente de dos partes, una es el orificio de perforación en el medio y la otra es el área de la almohadilla alrededor del orificio de perforación. El tamaño de estas dos partes determina el tamaño de la vía. Obviamente, al diseñar PCB de alta velocidad y alta densidad, los diseñadores siempre esperan que las vías sean lo más pequeñas posible, para poder dejar más espacio para el cableado en la placa. Además, cuanto más pequeñas sean las vías, menor será su propia capacitancia parásita. Cuanto más pequeño es, más adecuado es para circuitos de alta velocidad. Sin embargo, la reducción del tamaño del orificio también provoca un aumento del coste, y el tamaño del orificio pasante no se puede reducir indefinidamente. Está limitado por la perforación (perforación) y la galvanoplastia (revestimiento) y otras tecnologías de proceso: cuanto más pequeño es el agujero, más difícil es perforar. Cuanto más tiempo demore el agujero, más fácil será desviarse del centro; y cuando la profundidad del orificio excede 6 veces el diámetro del orificio perforado, no hay garantía de que la pared del orificio quede revestida uniformemente con cobre. Por ejemplo, el espesor actual (profundidad del orificio pasante) de una placa PCB de capa 6- normal es de aproximadamente 50 mil, por lo que el diámetro de perforación que el fabricante de PCB puede proporcionar solo puede alcanzar 8 mil.

2. Capacitancia parásita del orificio de paso El orificio de paso en sí tiene una capacitancia parásita a tierra. Si se sabe que el diámetro del orificio de aislamiento del orificio de vía en la capa de tierra es D2, el diámetro de la almohadilla del orificio de vía es D1 y el espesor de la placa PCB es T, la constante dieléctrica del sustrato de la placa es ε, entonces el tamaño de la capacitancia parásita del orificio vía es aproximadamente: C=1.41εTD1/(D2-D1) El impacto principal de la capacitancia parásita del orificio vía en el circuito es prolongar el tiempo de subida de la señal y reducir la velocidad del circuito. Por ejemplo, para una placa PCB con un espesor de 50 Mil, si un orificio pasante con un diámetro interior de 10 Mil y un diámetro de almohadilla de 2{{20} } Mil, y la distancia entre la almohadilla y el área de cobre a tierra es 32 Mil, podemos calcular aproximadamente el orificio pasante mediante la fórmula anterior. La capacitancia parásita es aproximadamente: C=1.41x4.4x{{31 }}.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF. El cambio en el tiempo de subida causado por esta parte de la capacitancia es: T10-90=2.2C (Z0/2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Se puede ver a partir de estos valores que, aunque el efecto de ralentizar el retardo de aumento causado por la capacitancia parásita de una sola vía no es muy obvio, los diseñadores aún deben considerarlo cuidadosamente si las vías se usan varias veces en el cableado para cambiar entre capas. .

3. Inductancia parásita de vías De manera similar, existen capacitancias parásitas en vías e inductancias parásitas. En el diseño de circuitos digitales de alta velocidad, el daño causado por la inductancia parásita de las vías suele ser mayor que el impacto de la capacitancia parásita. Su inductancia parásita en serie debilitará la contribución del condensador de derivación y debilitará el efecto de filtrado de todo el sistema de energía. Podemos usar la siguiente fórmula para calcular simplemente la inductancia parásita aproximada de una vía: L=5.08h [ln (4h/d) + 1] donde L se refiere a la inductancia de la vía, h es la longitud de la vía y d es el centro. El diámetro del orificio perforado. De la fórmula se puede ver que el diámetro del orificio vía tiene un pequeño impacto en la inductancia, pero la longitud del orificio vía afecta la inductancia. Siguiendo con el ejemplo anterior, la inductancia de la vía se puede calcular como: L=5.08x0.050 [ln (4x0.050/0.010) + 1 ]=1.015nH. Si el tiempo de subida de la señal es 1ns, entonces su impedancia equivalente es: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Esta impedancia no puede ignorarse cuando la corriente de alta frecuencia fluye a través de ella. Se debe prestar especial atención al hecho de que el condensador de derivación debe pasar a través de dos vías cuando se conecta la capa de energía y la capa de tierra, por lo que la inductancia parásita de las vías aumentará exponencialmente.

4. Diseño de orificios pasantes en PCB de alta velocidad A través del análisis anterior de las características parásitas de los orificios pasantes, podemos ver que en el diseño de PCB de alta velocidad, los orificios pasantes aparentemente simples a menudo traen grandes efectos negativos al diseño del circuito. efecto. Para reducir los efectos adversos causados ​​por los efectos parásitos de las vías, intente hacer lo siguiente en el diseño:

1. Desde los aspectos de costo y calidad de la señal, elija un tamaño razonable a través del orificio. Por ejemplo, para el diseño de PCB del módulo de memoria de capa 6-10-, es mejor utilizar vías de 10/20 mil (perforación/almohadilla). Para algunas placas de tamaño pequeño y alta densidad, también puede intentar utilizar vías de 8/18 mil. agujero. En las condiciones técnicas actuales, es difícil utilizar vías de menor tamaño. Para vías de alimentación o de tierra, considere usar tamaños más grandes para reducir la impedancia.

2. De las dos fórmulas analizadas anteriormente, se puede concluir que utilizar una placa PCB más delgada es beneficioso para reducir los dos parámetros parásitos de las vías.

3. Trate de no cambiar las capas de trazas de señal en la placa PCB, es decir, trate de no utilizar vías innecesarias.

4. Los pines de alimentación y tierra deben perforarse cerca. Cuanto más cortos sean los cables entre las vías y los pines, mejor, porque provocarán un aumento de la inductancia. Al mismo tiempo, los cables de alimentación y tierra deben ser lo más gruesos posible para reducir la impedancia.

5. Coloque algunas vías conectadas a tierra cerca de las vías de cambio de capa de señal para proporcionar un circuito cerrado para la señal. Incluso puede colocar una gran cantidad de vías de tierra redundantes en la placa PCB. Por supuesto, también debes ser flexible en tu diseño. El modelo vía discutido anteriormente es un caso en el que cada capa tiene una plataforma. En ocasiones, podemos reducir o incluso eliminar las almohadillas en algunas capas. Especialmente cuando la densidad de los orificios de paso es muy alta, puede causar una ranura rota para aislar el circuito en la capa de cobre. Para solucionar este problema, además de mover la ubicación de las vías, también podemos considerar colocar las vías en la capa de cobre. El tamaño de la almohadilla se reduce.