Diseño de PCB y técnicas de enrutamiento y diseño de almohadilla de cobre.
1. Diseño del diseño Aunque Protel tiene la función de diseño automático, no puede satisfacer completamente las necesidades de trabajo de los circuitos de alta frecuencia. A menudo es necesario confiar en la experiencia del diseñador para optimizar la posición de algunos componentes mediante el diseño manual de acuerdo con la situación específica. , combinado con el diseño automático para completar el diseño general de la PCB. Si el diseño es razonable o no afecta directamente la vida útil, la estabilidad, la compatibilidad electromagnética (EMC) del producto, etc., debe ser del diseño general de la placa de circuitos, la viabilidad del cableado y la capacidad de fabricación de la PCB, estructura, disipación de calor, EMI (consideraciones integrales electromagnéticas como interferencia), confiabilidad e integridad de la señal. Generalmente, los componentes en la posición fija relacionados con el tamaño mecánico se colocan primero, luego se colocan los componentes especiales y más grandes, y finalmente se colocan los componentes pequeños. Al mismo tiempo, es necesario tener en cuenta los requisitos de cableado, la ubicación de los componentes de alta frecuencia debe ser lo más compacta posible, y el cableado de las líneas de señal puede ser lo más corto posible, reduciendo así la interferencia cruzada de la señal. líneas.
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1.1 Posicionamiento del módulo adicional de posicionamiento relacionado con el tamaño mecánico La toma de corriente, el interruptor, la interfaz entre la PCB, la luz indicadora, etc. son inserciones de posicionamiento relacionadas con el tamaño mecánico. Generalmente, la interfaz entre la fuente de alimentación y la PCB se coloca en el borde de la PCB y tiene una distancia de 3 mm a 5 mm desde el borde de la PCB; el indicador LED debe colocarse exactamente como sea necesario; el interruptor y algunos componentes de ajuste fino, como inductores ajustables, resistencias ajustables, etc. deben colocarse cerca del borde de la PCB para facilitar el ajuste y la conexión; Los componentes que deben reemplazarse con frecuencia deben colocarse en un número relativamente pequeño de ubicaciones para un reemplazo fácil.
1.2 Los componentes especiales se colocan en tubos de alta potencia, transformadores, rectificadores y otros dispositivos de calefacción. Cuando se genera calor en condiciones de alta frecuencia, se genera más calor. Por lo tanto, la ventilación y la disipación de calor deben considerarse completamente durante el diseño, y dichos componentes deben colocarse en la PCB. Un lugar donde el aire es fácil de circular. Los rectificadores de alta potencia y los tubos de ajuste deben estar equipados con disipadores de calor y alejados del transformador. Los condensadores electrolíticos y otros componentes que temen el calor también deben mantenerse alejados del dispositivo de calefacción, de lo contrario, el electrolito se horneará, lo que aumentará su resistencia, el rendimiento se deteriorará y afectará la estabilidad del circuito. Los componentes que son propensos a fallar, como los tubos de ajuste, los capacitores electrolíticos, los relés, etc., también deben considerarse para facilitar el mantenimiento cuando se colocan. Para los puntos de prueba que a menudo deben medirse, se debe tener cuidado para asegurar que las varillas de prueba sean fácilmente accesibles al organizar los componentes. Dado que el campo magnético de fuga de 50 Hz se genera dentro de la fuente de alimentación, interfiere con el amplificador de baja frecuencia cuando está conectado a algunas partes del amplificador de baja frecuencia. Por lo tanto, deben estar aislados o blindados.
Las etapas del amplificador están dispuestas preferiblemente en línea recta de acuerdo con el diagrama esquemático. La ventaja de esta disposición es que la corriente de tierra de cada etapa se cierra en la etapa actual y no afecta el funcionamiento de otros circuitos. Las etapas de entrada y salida deben estar lo más separadas posible para reducir la interferencia de acoplamiento parásito entre ellas. Teniendo en cuenta la relación de transmisión de la señal entre los circuitos funcionales de cada unidad, el circuito de baja frecuencia y el circuito de alta frecuencia deben estar separados, y el circuito analógico y el circuito digital están separados. El circuito integrado debe colocarse en el centro de la PCB para que las clavijas se conecten fácilmente a otros dispositivos. Los dispositivos como inductores y transformadores tienen acoplamiento magnético y deben colocarse ortogonalmente entre sí para reducir el acoplamiento magnético. Además, todos tienen un fuerte campo magnético, y debe haber un gran espacio a su alrededor o un blindaje magnético para reducir la influencia en otros circuitos.
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Condensadores de desacoplamiento de alta frecuencia apropiados deben colocarse en las partes clave de la PCB. Por ejemplo, un condensador electrolítico de 10μF a 100μF debe estar conectado al extremo de entrada de la fuente de alimentación de PCB. Debe conectarse una cerámica de aproximadamente 0.01 pF cerca del pin de alimentación del circuito integrado. Condensador de viruta. Algunos circuitos también están equipados con choques apropiados de alta o baja frecuencia para reducir los efectos entre los circuitos de alta y baja frecuencia. Esto debe considerarse en el diseño esquemático y en el dibujo, de lo contrario afectará el rendimiento del circuito. El espaciado de los componentes debe ser apropiado, y el espaciamiento se debe considerar si existe la posibilidad de una ruptura o ignición entre ellos. Para amplificadores con circuitos push-pull y circuitos puente, se debe prestar atención a la simetría de los parámetros eléctricos de los componentes y a la simetría de la estructura, de modo que los parámetros de distribución de los componentes simétricos sean lo más uniformes posible. Después de la disposición manual de los componentes principales, se debe utilizar el método de bloqueo de componentes para que estos componentes no se muevan durante la distribución automática. Es decir, ejecute el comando Editar cambio o seleccione Bloqueado en las Propiedades del componente para no bloquearlo más.
1.3 Colocación de componentes comunes Para componentes ordinarios, como resistencias y condensadores, debe considerarse desde los aspectos de la disposición ordenada de los componentes, la ocupación del espacio, la pasabilidad del cableado y la conveniencia de la soldadura. la manera.
2. El diseño y cableado del cableado es el requisito general para el diseño de PCB de alta frecuencia sobre la base de un diseño razonable. El cableado incluye tanto el enrutamiento automático como el enrutamiento manual. En general, independientemente del número de líneas de señal críticas, estas líneas de señal se conectan manualmente primero. Una vez que se completa el cableado, estas líneas de señal se inspeccionan cuidadosamente, se arreglan después de la inspección y luego se envían automáticamente a otros cableados. Es decir, la combinación de cableado manual y automático se utiliza para completar el cableado de la PCB.
Se debe prestar especial atención a los siguientes aspectos durante el proceso de cableado de PCB de alta frecuencia.
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2.1 La dirección del cableado El cableado del circuito está preferiblemente en línea completa de acuerdo con la dirección del flujo de la señal. Se puede completar con una línea de pliegue de 45 ° o una curva circular al girar. Esto puede reducir la emisión externa y el acoplamiento mutuo de señales de alta frecuencia. El cableado de las líneas de señal de alta frecuencia debe ser lo más corto posible. De acuerdo con la frecuencia de operación del circuito, la longitud del cableado de la línea de señal se selecciona razonablemente, lo que puede reducir los parámetros de distribución y la pérdida de señal. Cuando se hace un panel doble, el cableado es preferiblemente perpendicular, oblicuo o curvo en los dos niveles adyacentes. Evite los paralelos entre sí, lo que puede reducir la interferencia mutua y el acoplamiento parásito. La línea de señal de alta frecuencia y la línea de señal de baja frecuencia deben separarse tanto como sea posible y, si es necesario, deben tomarse medidas de protección para evitar interferencias mutuas. Para recibir una entrada de señal que sea más débil, es fácil ser interferido por señales externas. Puede usar el cable de tierra para protegerlo y encerrarlo o proteger el conector de alta frecuencia. El enrutamiento paralelo debe evitarse en el mismo nivel, de lo contrario se introducirán parámetros de distribución que afectarán al circuito. Si es inevitable, se puede introducir una lámina de cobre conectada a tierra entre las dos líneas paralelas para formar una línea de aislamiento. En los circuitos digitales, para las líneas de señal diferencial, deben enrutarse en pares, en la medida de lo posible, de modo que sean paralelos, próximos entre sí, y la longitud no sea muy diferente.
2.2 Forma del cableado Durante el cableado de la PCB, el ancho mínimo de la traza está determinado por la resistencia de adhesión entre el conductor y el sustrato aislante y la resistencia de la corriente que fluye a través del conductor. Cuando el grosor de la lámina de cobre es de 0.05 mm y el ancho es de 1 mm a 1.5 mm, se puede pasar una corriente de 2 A. La temperatura no será superior a 3 ° C. A excepción de algunos rastros especiales, el ancho de otros cables en el mismo nivel debe ser lo más uniforme posible. La separación del cableado en el circuito de alta frecuencia afectará el tamaño de la capacitancia y la inductancia distribuidas, lo que afectará la pérdida de la señal, la estabilidad del circuito y la interferencia de la señal. En los circuitos de conmutación de alta velocidad, el espaciado de los cables afectará el tiempo de transmisión de la señal y la calidad de la forma de onda. Por lo tanto, la separación mínima del cableado debe ser mayor o igual a 0.5 mm. Siempre que se prefiera la disposición de PCB, se prefiere una línea más ancha. El conductor impreso debe estar separado del borde de la PCB una cierta distancia (no menor que el grosor de la placa), lo que no solo facilita la instalación y el mecanizado, sino que también mejora el rendimiento del aislamiento. Cuando se encuentra el cableado en una línea que solo se puede conectar mediante un círculo grande, se debe usar la línea de vuelo, es decir, la conexión de línea corta se usa directamente para reducir la interferencia causada por el cableado de larga distancia. Un circuito que contiene un elemento sensor magnético es sensible a un campo magnético circundante, y un circuito de alta frecuencia es susceptible a la radiación de ondas electromagnéticas cuando el cableado está doblado. Si se coloca un elemento sensor magnético en la PCB, la esquina del cableado debe mantenerse a cierta distancia del mismo. No se permite cruzar el cableado en el mismo nivel. Para posibles líneas de intersección, puede resolverse "perforando" y "enrollando", es decir, dejando que un cierto "taladro" del cable salga de la brecha debajo de los pines de otros dispositivos como resistencias, condensadores y triodos, o de una posible cruce Un extremo del plomo "heridas" pasadas. En casos especiales, si el circuito es complejo, para simplificar el diseño, también es posible resolver el problema del cruce con el cableado.
Cuando la frecuencia de operación del circuito de alta frecuencia es alta, también es necesario considerar la adaptación de impedancia y el efecto de antena del cableado. Dado que el cliente cambió el acuerdo anterior al final, se requirió que se cambiara el diseño a la correcta de acuerdo con la definición de la interfaz y la posición de ubicación que definieron. De hecho, el área de toda la PCB es de solo 9 cm x 6 cm. Es difícil cambiar el diseño general de la placa según los requisitos del cliente, por lo que la parte central de la placa no se cambia al final, pero el dispositivo periférico se modifica correctamente, principalmente para completar la modificación de la posición y Pin definición de los dos conectores. Sin embargo, el nuevo diseño obviamente causó algunos problemas en la línea. La línea originalmente suave se volvió un poco desordenada, la longitud de la línea aumentó y se tuvieron que usar muchas vías. La dificultad de la línea se ha mejorado mucho.
2.3 Requisitos del cableado del cable de alimentación y del cable a tierra De acuerdo con las diferentes corrientes de trabajo, intente aumentar el ancho del cable de alimentación. La PCB de alta frecuencia debe usar un cable de tierra de área grande y colocarse en el borde de la PCB tanto como sea posible para reducir la interferencia de señales externas en el circuito. Al mismo tiempo, el cable de conexión a tierra de la PCB puede estar en buen contacto con la carcasa, de modo que la tensión de conexión a tierra de la PCB está más cerca de la tensión de tierra. El método de conexión a tierra debe seleccionarse de acuerdo con la situación específica. Es diferente del circuito de baja frecuencia. El cable de conexión a tierra del circuito de alta frecuencia debe estar conectado a tierra o multipunto a tierra. El cable de conexión a tierra es corto y grueso para minimizar la impedancia de tierra. 3 veces el estándar de corriente de trabajo. El cable de tierra del altavoz debe estar conectado al punto de conexión a tierra de la etapa de salida del amplificador PCB. No lo ponga a tierra a voluntad. En el proceso de cableado, algunos cableados razonables también deben bloquearse a tiempo para evitar el cableado repetido. Es decir, ejecute el comando EditselectNet para seleccionar Bloqueado en las propiedades pre-enrutadas para no bloquearlo más.
3, el diseño de la almohadilla y el cobre.
3.1 Almohadillas y aberturas Cuando la separación mínima del cableado sea tal que no se infrinja la separación eléctrica del diseño, el diseño de la almohadilla debe ser grande para garantizar un ancho de bucle adecuado. En general, el orificio interno de la almohadilla es ligeramente más grande que el diámetro del cable del componente, y el diseño es demasiado grande para formar una junta de soldadura en la soldadura. El diámetro exterior de la almohadilla D generalmente no es menor que (d + 1.2) mm, donde d es la abertura interna de la almohadilla. Para algunos PCB densos, el valor mínimo de la almohadilla puede ser (d + 1.0) mm. La forma de la almohadilla generalmente se establece en una forma circular, pero la almohadilla del circuito integrado para el paquete DIP tiene preferiblemente la forma de una pista de carreras, que puede aumentar el área de la almohadilla en un espacio limitado y facilitar la Soldadura del circuito integrado. La conexión entre el cableado y la almohadilla debe tener una transición suave. Es decir, cuando el ancho del cableado que entra en la almohadilla circular es más pequeño que el diámetro de la almohadilla circular, se debe adoptar un diseño de lágrima. Debe observarse que el tamaño de la abertura d en la almohadilla es diferente y se debe considerar de acuerdo con el diámetro del componente real, como los orificios de los componentes, los orificios de montaje y las ranuras. El paso del orificio de la almohadilla también debe considerarse de acuerdo con el método de instalación de los componentes reales. Por ejemplo, resistencias, diodos, condensadores tubulares y otros componentes tienen modos de montaje "vertical" y "horizontal". El tono de los dos métodos es diferente. Además, el paso de la almohadilla está diseñado para tener en cuenta los requisitos mínimos de separación entre los componentes, especialmente la separación entre los componentes especiales debe asegurarse mediante la inclinación entre las almohadillas.
En PCB de alta frecuencia, el número de vías también debe minimizarse, lo que reduce la capacitancia distribuida y aumenta la resistencia mecánica de la PCB. En resumen, en el diseño de PCB de alta frecuencia, el diseño de la almohadilla y su forma, apertura y paso deben considerarse teniendo en cuenta su particularidad y los requisitos del proceso de producción. La adopción de un diseño estandarizado no solo puede reducir los costos del producto, sino también mejorar la eficiencia de la producción al tiempo que garantiza la calidad del producto.
3.2 El propósito principal del cobre revestido de cobre es mejorar la capacidad antiinterferente del circuito. Al mismo tiempo, tiene grandes beneficios para la disipación de calor de PCB y la resistencia de PCB. La conexión a tierra de cobre también puede desempeñar un papel de blindaje. Sin embargo, no es posible usar una tira de gran superficie de lámina de cobre porque generará una gran cantidad de calor cuando se use la PCB durante un período prolongado. En este momento, la lámina de cobre en forma de tira puede expandirse y caerse. Por lo tanto, es preferible utilizar una rejilla cuando se aplica cobre. La lámina de cobre está conectada a la red de conexión a tierra del circuito, para que la red tenga un mejor efecto de protección. El tamaño de la cuadrícula está determinado por la frecuencia de interferencia a blindar. Después de completar el diseño del cableado, las almohadillas y las vías, se debe realizar una comprobación de regla de diseño (DRC). La diferencia entre el mapa diseñado y las reglas definidas se detalla en los resultados de la inspección, y se puede encontrar la red que no cumple con los requisitos. Sin embargo, el DRC debe estar parametrizado antes de realizar el cableado para ejecutar el DRC, es decir, ejecutar el comando Comprobación de reglas de diseño de herramientas.
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