PCB-Layout und Routing-Techniken und Pad-Kupfer-Design
1. Layoutentwurf Obwohl Protel die Funktion des automatischen Layouts hat, kann es die Arbeitsanforderungen von Hochfrequenzschaltungen nicht vollständig erfüllen. Es ist oft notwendig, sich auf die Erfahrung des Designers zu verlassen, um die Position einiger Komponenten durch manuelles Layout entsprechend der jeweiligen Situation zu optimieren. kombiniert mit automatischem Layout, um das Gesamtdesign der Leiterplatte zu vervollständigen. Ob das Layout angemessen ist oder nicht direkt Einfluss auf die Lebensdauer, Stabilität, EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) des Produkts usw. hat, hängt vom Gesamtlayout der Leiterplatte, der Durchführbarkeit der Verdrahtung und der Herstellbarkeit der mechanischen Leiterplatte ab Struktur, Wärmeableitung, EMI (elektromagnetische Verträglichkeit) Umfassende Überlegungen wie Störungen, Zuverlässigkeit und Signalintegrität. Im Allgemeinen werden die Komponenten in der festen Position in Bezug auf die mechanische Größe zuerst platziert, dann die speziellen und größeren Komponenten und schließlich die kleinen Komponenten. Gleichzeitig müssen die Verdrahtungserfordernisse berücksichtigt werden, die Anordnung der Hochfrequenzkomponenten sollte so kompakt wie möglich sein, und die Verdrahtung der Signalleitungen kann so kurz wie möglich sein, wodurch die Kreuzinterferenz des Signals reduziert wird Zeilen.
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1.1 Positionierung des Positioniersteckers in Bezug auf die mechanische Größe Die Steckdose, der Schalter, die Schnittstelle zwischen der Leiterplatte, die Anzeigeleuchte usw. sind alle auf die mechanische Größe bezogenen Positionierungseinsätze. Normalerweise befindet sich die Schnittstelle zwischen der Stromversorgung und der Leiterplatte am Rand der Leiterplatte und hat einen Abstand von 3 mm bis 5 mm vom Rand der Leiterplatte. Die Anzeige-LED sollte genau nach Bedarf platziert werden. Der Schalter und einige Feinsteuerungskomponenten wie einstellbare Induktivitäten, einstellbare Widerstände usw. sollten sich in der Nähe der Leiterplattenkante befinden, um die Einstellung und den Anschluss zu erleichtern. Komponenten, die häufig ausgetauscht werden müssen, müssen zum einfachen Austausch an einer relativ kleinen Anzahl von Orten platziert werden.
1.2 Spezielle Komponenten befinden sich in Hochleistungsrohren, Transformatoren, Gleichrichtern und anderen Heizgeräten. Bei der Erzeugung von Wärme unter Hochfrequenzbedingungen wird mehr Wärme erzeugt. Daher sollten Belüftung und Wärmeableitung während des Layouts vollständig berücksichtigt werden, und solche Komponenten sollten auf der Leiterplatte platziert werden. Ein Ort, an dem Luft leicht zirkulieren kann. Hochleistungsgleichrichter und Einstellrohre sollten mit Kühlkörpern und vom Transformator entfernt sein. Elektrolytische Kondensatoren und andere Komponenten, die sich vor der Hitze fürchten, sollten ebenfalls von der Heizvorrichtung ferngehalten werden, da sonst der Elektrolyt gebrannt wird, wodurch sein Widerstand ansteigt, die Leistung abnimmt und die Stabilität des Kreislaufs beeinträchtigt wird. Komponenten, die anfällig für Fehler sind, wie Einstellrohre, Elektrolytkondensatoren, Relais usw., sollten ebenfalls in Betracht gezogen werden. Bei Prüfpunkten, die häufig gemessen werden müssen, ist darauf zu achten, dass die Prüfstäbe beim Anordnen von Komponenten leicht zugänglich sind. Da das 50-Hz-Streumagnetfeld in der Stromversorgungseinheit erzeugt wird, stört es den Niederfrequenzverstärker, wenn er mit einigen Teilen des Niederfrequenzverstärkers verbunden ist. Daher müssen sie isoliert oder abgeschirmt sein.
Die Verstärkerstufen sind gemäß der schematischen Darstellung vorzugsweise geradlinig angeordnet. Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass der Erdstrom jeder Stufe in der Stromstufe geschlossen ist und den Betrieb anderer Schaltungen nicht beeinflusst. Die Eingangs- und Ausgangsstufen sollten so weit wie möglich voneinander entfernt sein, um parasitäre Kopplungsstörungen zwischen ihnen zu reduzieren. In Anbetracht der Signalübertragungsbeziehung zwischen den Funktionsschaltungen jeder Einheit sollten die Niederfrequenzschaltung und die Hochfrequenzschaltung getrennt sein, und die Analogschaltung und die Digitalschaltung sind getrennt. Der integrierte Schaltkreis sollte in der Mitte der Platine platziert werden, damit die Pins leicht mit anderen Geräten verbunden werden können. Geräte wie Induktoren und Transformatoren verfügen über eine magnetische Kopplung und sollten orthogonal zueinander platziert werden, um die magnetische Kopplung zu reduzieren. Darüber hinaus verfügen sie alle über ein starkes Magnetfeld, und um sie herum sollte ein großer Abstand oder eine magnetische Abschirmung vorhanden sein, um den Einfluss auf andere Schaltungen zu verringern.
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Entsprechende Hochfrequenz-Entkopplungskondensatoren sollten in den wichtigsten Teilen der Leiterplatte angeordnet werden. Zum Beispiel sollte ein Elektrolytkondensator von 10 μF bis 100 μF an das Eingangsende des PCB-Netzteils angeschlossen werden. Eine Keramik von etwa 0,01 pF sollte in der Nähe des Spannungsversorgungsstifts des integrierten Schaltkreises angeschlossen werden. Chipkondensator Einige Schaltungen sind auch mit geeigneten Hochfrequenz- oder Niederfrequenzdrosseln ausgestattet, um die Auswirkungen zwischen Hoch- und Niederfrequenzschaltungen zu reduzieren. Dies sollte bei der schematischen Auslegung und Zeichnung berücksichtigt werden, da sonst die Leistung der Schaltung beeinträchtigt wird. Der Abstand der Komponenten sollte angemessen sein, und der Abstand sollte berücksichtigt werden, ob zwischen ihnen ein Zusammenbruch oder eine Entzündung möglich ist. Bei Verstärkern mit Gegentaktschaltungen und Brückenschaltungen ist auf die Symmetrie der elektrischen Parameter der Komponenten und die Symmetrie der Struktur zu achten, damit die Verteilungsparameter der symmetrischen Komponenten möglichst einheitlich sind. Nach dem manuellen Layout der Hauptkomponenten sollte die Komponentensperrmethode verwendet werden, damit sich diese Komponenten während des automatischen Layouts nicht bewegen. Führen Sie den Befehl zum Ändern der Änderungen aus, oder wählen Sie Gesperrt in den Eigenschaften der Komponente aus, um sie nicht mehr zu sperren.
1.3 Platzierung gemeinsamer Komponenten Bei gewöhnlichen Komponenten, wie Widerständen und Kondensatoren, ist dies unter den Gesichtspunkten der übersichtlichen Anordnung der Komponenten, der Raumbelegung, der Durchgängigkeit der Verdrahtung und des Komforts des Lötens zu berücksichtigen. der Weg.
2. Die Auslegung und Verdrahtung der Verdrahtung ist die Gesamtanforderung für das Design von Hochfrequenz-Leiterplatten auf der Grundlage eines angemessenen Layouts. Die Verkabelung umfasst sowohl automatisches Routing als auch manuelles Routing. Im Allgemeinen werden diese Signalleitungen unabhängig von der Anzahl der kritischen Signalleitungen zuerst manuell verdrahtet. Nachdem die Verdrahtung abgeschlossen ist, werden diese Signalleitungen sorgfältig geprüft, nach der Überprüfung repariert und dann automatisch zu anderen Verdrahtungen geleitet. Das heißt, die Kombination aus manueller und automatischer Verdrahtung wird verwendet, um die Verdrahtung der Leiterplatte abzuschließen.
Bei der Verdrahtung von Hochfrequenz-Leiterplatten sollten folgende Aspekte besonders beachtet werden.
2.1 Die Richtung der Verdrahtung Die Verdrahtung der Schaltung erfolgt vorzugsweise in voller Linie entsprechend der Flussrichtung des Signals. Sie kann beim Drehen mit einer 45 ° Faltlinie oder einer Rundkurve ergänzt werden. Dies kann die externe Emission und gegenseitige Kopplung von Hochfrequenzsignalen reduzieren. Die Verdrahtung der Hochfrequenzsignalleitungen sollte so kurz wie möglich sein. Entsprechend der Betriebsfrequenz der Schaltung wird die Länge der Signalleitungsverdrahtung angemessen gewählt, was die Verteilungsparameter und den Signalverlust verringern kann. Bei der Herstellung einer Doppelplatte ist die Verdrahtung auf den benachbarten zwei Ebenen vorzugsweise senkrecht, schräg oder gekrümmt. Vermeiden Sie Parallelen, die die gegenseitige Beeinflussung und parasitäre Kopplung reduzieren können. Die Hochfrequenzsignalleitung und die Niederfrequenzsignalleitung sollten so weit wie möglich getrennt werden. Falls erforderlich, sollten Abschirmungsmaßnahmen ergriffen werden, um gegenseitige Störungen zu vermeiden. Für den Empfang eines schwächeren Signaleingangs kann es leicht durch externe Signale gestört werden. Sie können das Erdungskabel verwenden, um es abzuschirmen und es einzuschließen oder den Hochfrequenzstecker abzuschirmen. Paralleles Routing sollte auf der gleichen Ebene vermieden werden, da sonst Verteilungsparameter eingeführt werden, die die Schaltung beeinflussen. Wenn dies unvermeidbar ist, kann eine geerdete Kupferfolie zwischen den zwei parallelen Leitungen eingeführt werden, um eine Isolationsleitung zu bilden. In digitalen Schaltungen sollten sie für differentielle Signalleitungen möglichst paarweise geroutet werden, so dass sie parallel zueinander und nahe beieinander liegen und die Länge nicht sehr unterschiedlich ist.
2.2 Verdrahtungsform Bei der Verdrahtung der Leiterplatte wird die Mindestbreite der Leiterbahn durch die Haftfestigkeit zwischen Leiter und Isoliersubstrat und die durch den Leiter fließende Stromstärke bestimmt. Wenn die Dicke der Kupferfolie 0,05 mm beträgt und die Breite 1 mm bis 1,5 mm beträgt, kann ein Strom von 2 A durchgelassen werden. Die Temperatur wird nicht höher als 3 ° C sein. Mit Ausnahme einiger spezieller Spuren sollte die Breite der anderen Verdrahtung auf derselben Ebene so gleichmäßig wie möglich sein. Der Abstand der Verdrahtung in der Hochfrequenzschaltung beeinflusst die Größe der verteilten Kapazität und der Induktivität, wodurch der Signalverlust, die Stabilität der Schaltung und die Signalinterferenz beeinflusst werden. In Hochgeschwindigkeitsschaltkreisen beeinflusst der Abstand der Drähte die Signalübertragungszeit und die Qualität der Wellenform. Daher sollte der Mindestabstand der Verdrahtung größer oder gleich 0,5 mm sein. Solange das PCB-Layout bevorzugt ist, wird eine breitere Linie bevorzugt. Der Leiter sollte einen bestimmten Abstand (nicht weniger als die Dicke der Leiterplatte) von der Leiterplattenkante haben, was nicht nur die Installation und Bearbeitung erleichtert, sondern auch die Isolationsleistung verbessert. Wenn Verdrahtung in einer Leitung angetroffen wird, die nur durch einen großen Kreis verbunden werden kann, sollte die fliegende Leitung verwendet werden, dh, die Kurzleitungsverbindung wird direkt verwendet, um die Interferenzen zu reduzieren, die durch die Fernverdrahtung verursacht werden. Eine Schaltung, die ein magnetisches Sensorelement enthält, ist empfindlich gegenüber einem umgebenden Magnetfeld, und eine Hochfrequenzschaltung ist anfällig für elektromagnetische Wellen, wenn die Verdrahtung gebogen wird. Wenn ein magnetisches Sensorelement in der Leiterplatte platziert wird, sollte die Verdrahtungsecke in einem bestimmten Abstand davon gehalten werden. Die Verkabelung auf derselben Ebene darf nicht kreuzen. Für mögliche Schnittlinien kann es gelöst werden, indem "gebohrt" und "gewickelt" wird, d. H. Dass eine bestimmte Mine aus dem Spalt unter den Pins anderer Vorrichtungen wie Widerstände, Kondensatoren und Trioden "gebohrt" wird oder aus einer möglichen Crossover. Ein Ende der Führung "Wunden" vorbei. In speziellen Fällen, wenn die Schaltung komplex ist, ist es zur Vereinfachung der Konstruktion auch möglich, das Überkreuzungsproblem mit der Drahtüberbrückung zu lösen.
Wenn die Betriebsfrequenz der Hochfrequenzschaltung hoch ist, müssen auch die Impedanzanpassung und der Antenneneffekt der Verdrahtung berücksichtigt werden. Da der Kunde am Ende die vorherige Vereinbarung geändert hat, musste das Layout entsprechend der von ihm definierten Schnittstellendefinition und Platzierungsposition entsprechend angepasst werden. Tatsächlich beträgt die Fläche der gesamten Leiterplatte nur 9 cm x 6 cm. Es ist schwierig, das Gesamtlayout der Platine entsprechend den Anforderungen des Kunden zu ändern, so dass der Kernteil der Platine am Ende nicht geändert wird, sondern das Peripheriegerät ordnungsgemäß modifiziert wird, hauptsächlich um die Modifikation der Position und des Moduls abzuschließen Pin-Definition der beiden Anschlüsse. Das neue Layout verursachte jedoch offensichtlich einige Probleme auf der Linie. Die ursprünglich glatte Linie wurde etwas unordentlich, die Länge der Linie nahm zu und viele Vias mussten verwendet werden. Die Schwierigkeit der Linie wurde stark verbessert.
2.3 Anforderungen an Stromkabel und Erdungskabel Verdoppeln Sie je nach Arbeitsstrom die Breite des Stromkabels. Die Hochfrequenz-Leiterplatte sollte ein großflächiges Erdungskabel verwenden und so weit wie möglich am Rand der Leiterplatte platziert werden, um die Interferenz von externen Signalen in der Schaltung zu reduzieren. Gleichzeitig kann der Erdungsdraht der Leiterplatte in gutem Kontakt mit dem Gehäuse sein, so dass die Erdungsspannung der Leiterplatte näher an der Erdspannung liegt. Die Erdungsmethode sollte entsprechend der spezifischen Situation ausgewählt werden. Es unterscheidet sich von der Niederfrequenzschaltung. Der Erdungsdraht des Hochfrequenzkreises sollte geerdet oder mehrpunktig geerdet sein. Der Erdungsdraht ist kurz und dick, um die Erdimpedanz zu minimieren. 3-facher Arbeitsstromstandard. Das Erdungskabel des Lautsprechers sollte an den Erdungspunkt der Ausgangsstufe des PCB-Verstärkers angeschlossen werden. Erden Sie es nicht nach Belieben. Während des Verdrahtungsprozesses sollten einige vernünftige Verdrahtungen rechtzeitig gesperrt werden, um wiederholte Verdrahtungen zu vermeiden. Führen Sie also den Befehl EditselectNet aus, um in den vorgerouteten Eigenschaften Locked auszuwählen, um es nicht mehr zu sperren.
3, das Design der Unterlage und des Kupfers
3.1 Pads und Blenden Wenn der Mindestabstand der Verdrahtung so ist, dass der elektrische Abstand des Designs nicht verletzt wird, sollte das Design des Pads groß sein, um eine ausreichende Schleifenbreite zu gewährleisten. Im Allgemeinen ist das innere Loch der Kontaktstelle etwas größer als der Leiterdurchmesser der Komponente, und das Design ist zu groß, um beim Löten eine Lötverbindung zu bilden. Der Kissenaußendurchmesser D ist im allgemeinen nicht kleiner als (d + 1,2) mm, wobei d die innere Öffnung des Kissens ist. Bei einigen dichten Leiterplatten kann der Mindestwert des Pads (d + 1,0) mm betragen. Die Form des Kissens ist normalerweise auf eine kreisförmige Form eingestellt, aber das Pad des integrierten Schaltkreises für das DIP-Gehäuse hat vorzugsweise die Form einer Rennbahn, was die Fläche des Kissens in einem begrenzten Raum vergrößern und erleichtern kann Löten der integrierten Schaltung. Die Verbindung zwischen der Verdrahtung und dem Pad sollte reibungslos übergehen. Das heißt, wenn die Breite der Verdrahtung, die in das kreisförmige Kissen eintritt, kleiner ist als der Durchmesser des kreisförmigen Kissens, sollte eine Tropfenform verwendet werden. Es sollte beachtet werden, dass die Größe der Öffnung d in der Kontaktstelle unterschiedlich ist und entsprechend dem Durchmesser der eigentlichen Komponentenleitung, wie etwa Bauteilbohrungen, Montagelöchern und Schlitzen, berücksichtigt werden sollte. Der Lochabstand des Pads sollte ebenfalls gemäß der Installationsmethode der tatsächlichen Komponenten berücksichtigt werden. Widerstände, Dioden, Rohrkondensatoren und andere Komponenten weisen beispielsweise "vertikale" und "horizontale" Montagemodi auf. Die Tonhöhe der beiden Methoden ist unterschiedlich. Darüber hinaus ist der Belagabstand so gestaltet, dass er die Mindestabstände zwischen den Bauteilen berücksichtigt, insbesondere der Abstand zwischen speziellen Bauteilen muss durch den Abstand zwischen den Belägen sichergestellt werden.
Bei Hochfrequenz-Leiterplatten sollte auch die Anzahl der Durchkontakte minimiert werden, was die verteilte Kapazität verringert und die mechanische Festigkeit der Leiterplatte erhöht. Kurz gesagt, bei der Konstruktion von Hochfrequenz-PCB sollten das Design des Pads sowie dessen Form, Öffnung und Abstand unter Berücksichtigung seiner Besonderheiten und der Anforderungen des Produktionsprozesses berücksichtigt werden. Ein standardisiertes Design kann nicht nur die Produktkosten senken, sondern auch die Produktionseffizienz verbessern und gleichzeitig die Produktqualität gewährleisten.
3.2 Der Hauptzweck von Kupfer mit Kupferplattierung ist die Verbesserung der Entstörungsfähigkeit der Schaltung. Gleichzeitig hat es große Vorteile für die Wärmeableitung von Leiterplatten und die Festigkeit der Leiterplatte. Die Kupfererdung kann auch eine Abschirmrolle spielen. Es ist jedoch nicht möglich, einen großflächigen Streifen Kupferfolie zu verwenden, da er bei längerer Verwendung der Leiterplatte viel Wärme erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt neigt die streifenförmige Kupferfolie dazu, sich auszudehnen und abzufallen. Daher ist es vorzuziehen, beim Aufbringen von Kupfer ein Gitter zu verwenden. Die Kupferfolie ist mit dem Erdungsnetz des Stromkreises verbunden, so dass das Netz eine bessere Abschirmwirkung hat. Die Größe des Gitters wird durch die abzuschirmende Störfrequenz bestimmt. Nach Abschluss des Designs der Verdrahtung, der Pads und der Vias sollte der DRC (Design Rule Check) durchgeführt werden. Der Unterschied zwischen der entworfenen Karte und den definierten Regeln wird in den Prüfergebnissen detailliert beschrieben, und das Netzwerk, das die Anforderungen nicht erfüllt, kann gefunden werden. Der DRC sollte jedoch vor der Verdrahtung für die Ausführung des DRC parametrisiert werden, d. H. Den Befehl ToolsDesign Rule Check ausführen.
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