Durch die verbesserte PCB-Verkabelung wird Ihr PCB-Design effizienter

Das PCB-Layout ist im gesamten PCB-Design sehr wichtig. Es lohnt sich zu studieren und zu lernen, wie Sie eine schnelle und effiziente Verkabelung erreichen und Ihre Leiterplattenverkabelung hochwertig aussehen lassen. Wir haben 7 Aspekte herausgesucht, auf die beim PCB-Layout geachtet werden muss. Lassen Sie uns die Lücken prüfen und schließen!

1. Gemeinsame Verarbeitung digitaler und analoger Schaltungen

Heutzutage sind viele Leiterplatten nicht mehr einzelne funktionale Schaltkreise (digitale oder analoge Schaltkreise), sondern bestehen aus einer Mischung von digitalen Schaltkreisen und analogen Schaltkreisen. Daher ist es notwendig, bei der Verkabelung die gegenseitige Beeinflussung zwischen ihnen zu berücksichtigen, insbesondere die Störbeeinflussung auf der Erdungsleitung. Die Frequenz digitaler Schaltungen ist hoch und die Empfindlichkeit analoger Schaltungen hoch. Bei Signalleitungen sollten Hochfrequenzsignalleitungen möglichst weit von empfindlichen analogen Schaltungsgeräten entfernt sein. Bei Erdungsleitungen hat die gesamte Leiterplatte nur einen Knoten zur Außenwelt, daher muss das Problem der gemeinsamen digitalen und analogen Erdung innerhalb der Leiterplatte gelöst werden. Allerdings sind die digitale Masse und die analoge Masse tatsächlich innerhalb der Platine getrennt. Sie sind nicht miteinander verbunden, sondern befinden sich lediglich an der Schnittstelle, an der die Leiterplatte mit der Außenwelt verbunden ist (z. B. Stecker usw.). Die digitale Masse hat einen kleinen Kurzschluss zur analogen Masse. Bitte beachten Sie, dass es nur einen Verbindungspunkt gibt. Es gibt auch unterschiedliche Erdungen auf der Leiterplatte, die durch das Systemdesign bestimmt werden.

2. Die Signalleitungen werden auf der elektrischen (Masse-)Ebene verlegt

Bei der Verdrahtung von mehrschichtigen Leiterplatten verbleiben nicht viele unfertige Leitungen auf der Signalleitungsschicht. Das Hinzufügen weiterer Schichten verursacht Verschwendung und erhöht die Arbeitsbelastung in der Produktion, und die Kosten steigen entsprechend. Um diesen Widerspruch aufzulösen, können Sie eine Verkabelung auf der elektrischen (Masse-)Ebene in Betracht ziehen. Zuerst sollte die Stromschicht betrachtet werden, gefolgt von der Erdungsschicht. Weil die Integrität der Formation erhalten bleibt.

3. Behandlung von Verbindungsschenkeln bei großflächigen Leitern

Bei der großflächigen Erdung (Strom) werden die Schenkel häufig verwendeter Komponenten daran angeschlossen. Die Handhabung der Verbindungsbeine muss umfassend berücksichtigt werden. Im Hinblick auf die elektrische Leistung ist es besser, wenn die Pads der Komponentenbeine vollständig mit der Kupferoberfläche verbunden sind, aber es gibt einige versteckte Gefahren bei der Schweißmontage von Komponenten, wie zum Beispiel: ① Für das Schweißen ist eine Hochleistungsheizung erforderlich . ②Es kann leicht zu virtuellen Lötstellen kommen. Unter Berücksichtigung der elektrischen Leistung und der Prozessanforderungen wird daher ein kreuzförmiges Lötpad hergestellt, das als Hitzeschild bezeichnet wird und allgemein als Wärmeleitpad (Thermal) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Möglichkeit virtueller Lötstellen aufgrund einer übermäßigen Wärmeableitung im Querschnitt beim Schweißen ausgeschlossen werden. Sex wird stark reduziert. Die Behandlung der Beine der Leistungsschicht (Masseschicht) von Mehrschichtplatinen ist die gleiche.

4. Die Rolle des Netzwerksystems bei der Verkabelung

In vielen CAD-Systemen wird die Verkabelung anhand des Netzwerksystems ermittelt. Ist das Raster zu dicht, wird zwar die Anzahl der Kanäle erhöht, die Schritte sind jedoch zu klein und die Datenmenge im Bildfeld ist zu groß. Dies führt zwangsläufig zu höheren Anforderungen an den Speicherplatz des Geräts und wirkt sich auch auf die Rechengeschwindigkeit von Computerelektronikprodukten aus. großer Einfluss. Einige Pfade sind ungültig, z. B. die, die von den Pads der Komponentenbeine oder von Montagelöchern und Montagelöchern belegt werden. Ein zu spärliches Netz und zu wenige Kanäle wirken sich stark auf die Routing-Rate aus. Daher muss ein angemessenes Rastersystem zur Unterstützung der Verkabelung vorhanden sein. Der Abstand zwischen den Beinen einer Standardkomponente beträgt {{0}},1 Zoll (2,54 mm), daher ist die Basis des Rastersystems im Allgemeinen auf 0,1 Zoll (2,54 mm) eingestellt. oder ein ganzzahliges Vielfaches von weniger als {{10}},1 Zoll, wie zum Beispiel: 0,05 Zoll, 0,025 Zoll, 0,02 Zoll usw.

5. Umgang mit Stromversorgungs- und Erdungskabeln

Selbst wenn die Verkabelung auf der gesamten Platine ordnungsgemäß durchgeführt wurde, beeinträchtigen Störungen, die durch unzureichende Berücksichtigung der Stromversorgungs- und Erdungskabel verursacht werden, die Leistung des Produkts und beeinträchtigen manchmal sogar die Erfolgsquote des Produkts. Daher muss die Verkabelung von Stromversorgungs- und Erdungskabeln ernst genommen werden, um die durch Stromversorgungs- und Erdungskabel erzeugten Störgeräusche zu minimieren und so die Qualität des Produkts sicherzustellen. Jeder Ingenieur, der sich mit der Entwicklung elektronischer Produkte beschäftigt, kennt die Ursache von Störungen zwischen dem Erdungskabel und dem Stromkabel. Jetzt beschreiben wir nur die reduzierte Rauschunterdrückung: Die bekannte Methode besteht darin, ein Rauschen zwischen der Stromversorgung und dem Erdungskabel hinzuzufügen. Lotuswurzelkondensator. Verbreitern Sie die Strom- und Erdungskabel so weit wie möglich. Das Erdungskabel ist breiter als das Stromkabel. Ihre Beziehung ist: Erdungskabel > Stromkabel > Signalkabel. Normalerweise beträgt die Signaldrahtbreite: 0,2 bis 0,3 mm, und die feine Breite kann bis zu 0,05 bis 0,07 mm betragen. Das Netzkabel hat einen Durchmesser von 1,2 bis 2,5 mm. Bei Leiterplatten mit digitalen Schaltkreisen können breite Erdungsdrähte zur Bildung einer Schleife, also eines Erdungsnetzwerks, verwendet werden (die Erdung analoger Schaltkreise kann auf diese Weise nicht genutzt werden). Verwenden Sie eine große Fläche der Kupferschicht für Erdungskabel und die ungenutzten Stellen auf der Leiterplatte. Alle Stellen sind mit der Erde verbunden und werden als Erdungskabel verwendet. Oder es kann zu einer mehrschichtigen Platine verarbeitet werden, wobei Stromversorgungs- und Erdungskabel jeweils eine Schicht belegen.

6. Design Regel Check (DRC)

Nach Abschluss des Verkabelungsentwurfs muss sorgfältig geprüft werden, ob der Verkabelungsentwurf den vom Designer festgelegten Regeln entspricht. Es muss auch bestätigt werden, ob die festgelegten Regeln den Anforderungen des Leiterplattenproduktionsprozesses entsprechen. Allgemeine Inspektionen umfassen die folgenden Aspekte: Linie zu Linie, Linie zu Linie. Ob der Abstand zwischen Komponentenpads, Leitungen und Durchgangslöchern, Komponentenpads und Durchgangslöchern und Durchgangslöchern angemessen ist und ob er den Produktionsanforderungen entspricht. Haben die Strom- und Erdungskabel die richtige Breite und sind die Strom- und Erdungskabel eng miteinander verbunden (niedrige Wellenimpedanz)? Gibt es eine Stelle auf der Leiterplatte, an der das Erdungskabel verbreitert werden kann? Wurden Maßnahmen für wichtige Signalleitungen getroffen, z. B. kurze Längen, Schutzleitungen und eine klare Trennung von Eingangs- und Ausgangsleitungen? Verfügen die analogen und digitalen Schaltungsteile über unabhängige Erdungskabel? Ob später auf der Leiterplatte hinzugefügte Grafiken (z. B. Symbole, Beschriftungen) zu Signalkurzschlüssen führen. Ändern Sie einige unbefriedigende Linienformen. Sind der Leiterplatte Prozesslinien hinzugefügt? Ob die Lötmaske den Anforderungen des Produktionsprozesses entspricht, ob die Größe der Lötmaske angemessen ist und ob die Zeichenmarkierung auf das Gerätepad gedrückt wird, um eine Beeinträchtigung der Qualität der elektrischen Baugruppe zu vermeiden. Ist die Kante des Außenrahmens der Erdungsschicht des Netzteils bei einer Multilayer-Platine reduziert? Wenn die Kupferfolie der Erdungsschicht des Netzteils außerhalb der Platine freiliegt, kann es leicht zu einem Kurzschluss kommen.

7. Design von Vias

Via (Via) ist eine der wichtigen Komponenten von mehrschichtigen Leiterplatten. Die Bohrkosten machen in der Regel 30 bis 40 % der Herstellungskosten für Leiterplatten aus. Einfach ausgedrückt kann jedes Loch auf der Leiterplatte als Via bezeichnet werden. Aus funktionaler Sicht lassen sich Vias in zwei Kategorien einteilen: Die eine wird für elektrische Verbindungen zwischen Schichten verwendet; der andere dient zur Befestigung oder Positionierung von Geräten. Aus Prozesssicht werden Vias im Allgemeinen in drei Kategorien unterteilt: Blind Vias, Buried Vias und Through Vias.

Sacklöcher befinden sich auf der Ober- und Unterseite von Leiterplatten. Sie haben eine gewisse Tiefe und dienen der Verbindung der Oberflächenkreisläufe mit den darunter liegenden Innenkreisläufen. Die Tiefe der Löcher überschreitet in der Regel ein bestimmtes Verhältnis (Öffnung) nicht. Unter Buried Vias versteht man Verbindungslöcher, die sich auf der Innenschicht einer Leiterplatte befinden und nicht bis zur Oberfläche der Leiterplatte reichen. Die beiden oben genannten Arten von Löchern befinden sich in der Innenschicht der Leiterplatte. Sie werden vor dem Laminieren im Through-Hole-Forming-Verfahren fertiggestellt. Während des Via-Hole-Bildungsprozesses können sich mehrere Innenschichten überlappen. Der dritte Typ wird Durchgangsloch genannt, das die gesamte Leiterplatte durchdringt und zur Implementierung interner Verbindungen oder als Montagepositionierungslöcher für Komponenten verwendet werden kann. Da Durchgangslöcher technisch einfacher umzusetzen sind und geringere Kosten verursachen, werden sie in den meisten Leiterplatten anstelle der beiden anderen Durchgangslöcher verwendet. Die folgenden Durchgangslöcher gelten als Durchgangslöcher, sofern nicht anders angegeben.

1. Aus gestalterischer Sicht besteht ein Durchgangsloch hauptsächlich aus zwei Teilen, einem ist das Bohrloch in der Mitte und der andere ist der Pad-Bereich um das Bohrloch herum. Die Größe dieser beiden Teile bestimmt die Größe des Vias. Beim Entwurf von Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten mit hoher Dichte hoffen die Designer natürlich immer darauf, dass die Durchkontaktierungen so klein wie möglich sind, damit mehr Verdrahtungsraum auf der Platine verbleibt. Darüber hinaus ist die eigene parasitäre Kapazität umso geringer, je kleiner die Durchkontaktierungen sind. Je kleiner es ist, desto besser eignet es sich für Hochgeschwindigkeitsstrecken. Die Verringerung der Lochgröße führt jedoch auch zu einer Kostensteigerung, und die Größe des Durchgangslochs kann nicht unbegrenzt verringert werden. Sie wird durch Bohren (Bohren) und Galvanisieren (Plattieren) sowie andere Prozesstechnologien begrenzt: Je kleiner das Loch, desto schwieriger ist das Bohren. Je länger das Loch dauert, desto leichter kann es von der Mitte abweichen; Und wenn die Tiefe des Lochs das Sechsfache des Durchmessers des Bohrlochs überschreitet, gibt es keine Garantie dafür, dass die Lochwand gleichmäßig mit Kupfer beschichtet wird. Beispielsweise beträgt die aktuelle Dicke (Durchgangslochtiefe) einer normalen 6--Schicht-Leiterplatte etwa 50 Mil, sodass der Bohrdurchmesser, den der Leiterplattenhersteller bereitstellen kann, nur 8 Mil erreichen kann.

2. Parasitäre Kapazität des Via-Lochs Das Via-Loch selbst weist eine parasitäre Kapazität zur Erde auf. Wenn bekannt ist, dass der Durchmesser des Isolationslochs des Durchgangslochs auf der Erdungsschicht D2 beträgt, der Durchmesser des Durchgangslochpads D1 beträgt und die Dicke der Leiterplatte T beträgt, beträgt die Dielektrizitätskonstante des Leiterplattensubstrats ε, dann beträgt die Größe der parasitären Kapazität des Durchgangslochs ungefähr: C=1.41εTD1/(D2-D1) Die Hauptauswirkung der parasitären Kapazität des Durchgangslochs auf die Schaltung besteht darin, Verlängern Sie die Anstiegszeit des Signals und verringern Sie die Geschwindigkeit der Schaltung. Zum Beispiel für eine Leiterplatte mit einer Dicke von 50 Mil, wenn ein Durchgangsloch mit einem Innendurchmesser von 10 Mil und einem Pad-Durchmesser von 2{{20} } Mil verwendet wird und der Abstand zwischen dem Pad und dem Erdungskupferbereich 32 Mil beträgt, können wir das Durchgangsloch anhand der obigen Formel ungefähr berechnen. Die parasitäre Kapazität beträgt ungefähr: C=1.41x4,4x{{31 }}.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF. Die durch diesen Teil der Kapazität verursachte Änderung der Anstiegszeit beträgt: T10-90=2.2C (Z0/2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Aus diesen Werten lässt sich erkennen, dass die Auswirkung einer Verlangsamung der Anstiegsverzögerung, die durch die parasitäre Kapazität einer einzelnen Durchkontaktierung verursacht wird, zwar nicht sehr offensichtlich ist, Entwickler jedoch sorgfältig darüber nachdenken sollten, ob Durchkontaktierungen in der Verdrahtung mehrfach zum Umschalten zwischen Schichten verwendet werden .

3. Parasitäre Induktivität von Vias Ebenso gibt es parasitäre Kapazitäten in Vias und parasitäre Induktivitäten. Beim Entwurf digitaler Hochgeschwindigkeitsschaltungen ist der durch parasitäre Induktivitäten von Durchkontaktierungen verursachte Schaden oft größer als die Auswirkungen parasitärer Kapazitäten. Seine parasitäre Serieninduktivität schwächt den Beitrag des Bypass-Kondensators und schwächt die Filterwirkung des gesamten Stromversorgungssystems. Wir können die folgende Formel verwenden, um einfach die ungefähre parasitäre Induktivität einer Durchkontaktierung zu berechnen: L=5.08h [ln (4h/d) + 1] wobei sich L auf die Induktivität von bezieht die Durchkontaktierung, h ist die Länge der Durchkontaktierung und d ist der mittlere Durchmesser des gebohrten Lochs. Aus der Formel ist ersichtlich, dass der Durchmesser des Durchgangslochs einen geringen Einfluss auf die Induktivität hat, die Länge des Durchgangslochs jedoch einen Einfluss auf die Induktivität hat. Unter Verwendung des obigen Beispiels kann die Induktivität der Durchkontaktierung wie folgt berechnet werden: L=5.08x0.050 [ln (4x0,050/0,010) + 1 ]=1.015nH. Wenn die Anstiegszeit des Signals 1 ns beträgt, beträgt seine äquivalente Impedanz: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Eine solche Impedanz kann nicht ignoriert werden, wenn hochfrequenter Strom durch sie fließt. Besonderes Augenmerk sollte auf die Tatsache gelegt werden, dass der Bypass-Kondensator beim Verbinden der Leistungsschicht und der Erdungsschicht zwei Durchkontaktierungen durchlaufen muss, sodass die parasitäre Induktivität der Durchkontaktierungen exponentiell ansteigt.

4. Durchkontaktierungsdesign bei Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten Durch die obige Analyse der parasitären Eigenschaften von Durchkontaktierungslöchern können wir sehen, dass beim Hochgeschwindigkeits-Leiterplattendesign scheinbar einfache Durchkontaktierungslöcher oft große negative Auswirkungen auf das Schaltungsdesign haben. Wirkung. Um die nachteiligen Auswirkungen der parasitären Wirkung von Vias zu reduzieren, versuchen Sie beim Design Folgendes zu tun:

1. Wählen Sie im Hinblick auf Kosten und Signalqualität eine angemessene Größe für das Durchgangsloch. Beispielsweise ist es für das 6-10-Layer-Speichermodul-PCB-Design besser, 10/20-Mil-Durchkontaktierungen (Bohrungen/Pads) zu verwenden. Bei einigen Platinen mit hoher Dichte und kleiner Größe können Sie auch versuchen, 8/18-Mil-Durchkontaktierungen zu verwenden. Loch. Unter den aktuellen technischen Bedingungen ist es schwierig, kleinere Vias zu verwenden. Erwägen Sie bei Strom- oder Erdungsdurchkontaktierungen die Verwendung größerer Größen, um die Impedanz zu verringern.

2. Aus den beiden oben diskutierten Formeln lässt sich schließen, dass die Verwendung einer dünneren Leiterplatte zur Reduzierung der beiden parasitären Parameter der Durchkontaktierungen beiträgt.

3. Versuchen Sie, die Lagen der Signalspuren auf der Leiterplatte nicht zu verändern, d. h. keine unnötigen Durchkontaktierungen zu verwenden.

4. Die Strom- und Erdungsstifte sollten in der Nähe gebohrt werden. Je kürzer die Leitungen zwischen den Vias und Pins sind, desto besser, da sie zu einer Erhöhung der Induktivität führen. Gleichzeitig sollten die Strom- und Erdungsleitungen möglichst dick sein, um die Impedanz zu verringern.

5. Platzieren Sie einige geerdete Durchkontaktierungen in der Nähe der Signalschicht-verändernden Durchkontaktierungen, um eine geschlossene Schleife für das Signal bereitzustellen. Sie können sogar eine große Anzahl redundanter Massedurchkontaktierungen auf der Leiterplatte platzieren. Natürlich müssen Sie auch bei der Gestaltung flexibel sein. Das zuvor besprochene Via-Modell ist ein Fall, bei dem jede Schicht über ein Pad verfügt. Manchmal können wir die Pads auf einigen Schichten reduzieren oder sogar entfernen. Besonders wenn die Dichte der Durchgangslöcher sehr hoch ist, kann es zu einer unterbrochenen Rille kommen, die den Schaltkreis in der Kupferschicht isoliert. Um dieses Problem zu lösen, können wir neben der Verschiebung der Lage der Durchkontaktierungen auch in Erwägung ziehen, die Durchkontaktierungen in der Kupferschicht zu platzieren. Die Padgröße wird reduziert.