Tecniche di layout e routing PCB e progettazione di pad in rame
1. Design del layout Sebbene Protel abbia la funzione di layout automatico, non può soddisfare pienamente le esigenze di lavoro dei circuiti ad alta frequenza. Spesso è necessario fare affidamento sull'esperienza del progettista per ottimizzare la posizione di alcuni componenti mediante un layout manuale in base alla situazione specifica. , combinato con layout automatico per completare il design complessivo del PCB. Se il layout è ragionevole o non influenza direttamente la vita, la stabilità, la compatibilità elettromagnetica (compatibilità elettromagnetica) del prodotto, ecc., Deve essere dal layout generale del circuito stampato, la fattibilità del cablaggio e la producibilità del PCB, meccanico struttura, dissipazione del calore, EMI (considerazioni elettromagnetiche complete come interferenze), affidabilità e integrità del segnale. Generalmente, i componenti nella posizione fissa relativi alle dimensioni meccaniche vengono posizionati per primi, quindi vengono posizionati i componenti speciali e più grandi e infine vengono posizionati i componenti piccoli. Allo stesso tempo, è necessario tenere in considerazione i requisiti di cablaggio, il posizionamento di componenti ad alta frequenza dovrebbe essere il più compatto possibile e il cablaggio delle linee di segnale può essere il più corto possibile, riducendo quindi le interferenze incrociate del segnale Linee.
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1.1 Posizionamento del plug-in di posizionamento relativo alle dimensioni meccaniche La presa di corrente, l'interruttore, l'interfaccia tra il PCB, l'indicatore luminoso, ecc. Sono tutti inserti di posizionamento relativi alle dimensioni meccaniche. Di solito, l'interfaccia tra l'alimentatore e il PCB è posizionata sul bordo del PCB e ha una distanza compresa tra 3 mm e 5 mm dal bordo del PCB; l'indicatore LED dovrebbe essere posizionato esattamente come necessario; l'interruttore e alcuni componenti di regolazione fine, come induttori regolabili, resistori regolabili, ecc. devono essere posizionati vicino al bordo del PCB per una facile regolazione e connessione; i componenti che devono essere sostituiti frequentemente devono essere collocati in un numero relativamente piccolo di posizioni per una facile sostituzione.
1.2 Componenti speciali sono collocati in tubi ad alta potenza, trasformatori, raddrizzatori e altri dispositivi di riscaldamento. Quando si genera calore in condizioni di alta frequenza, viene generato più calore. Pertanto, la ventilazione e la dissipazione del calore dovrebbero essere pienamente considerate durante il layout e tali componenti dovrebbero essere posizionati sul PCB. Un luogo dove l'aria è facile da circolare. Raddrizzatori e tubi di regolazione ad alta potenza devono essere dotati di dissipatori di calore e lontano dal trasformatore. I condensatori elettrolitici e altri componenti che temono il calore dovrebbero essere tenuti lontani dal dispositivo di riscaldamento, altrimenti l'elettrolita sarà cotto, causando un aumento della resistenza, un deterioramento delle prestazioni e un impatto sulla stabilità del circuito. I componenti soggetti a cedimenti, come tubi di regolazione, condensatori elettrolitici, relè, ecc., Dovrebbero essere considerati anche per facilitare la manutenzione quando posizionati. Per i punti di prova che spesso devono essere misurati, è necessario prestare attenzione per garantire che le aste di prova siano facilmente accessibili quando si dispongono i componenti. Poiché il campo magnetico di dispersione a 50 Hz viene generato all'interno dell'unità di alimentazione, interferisce con l'amplificatore a bassa frequenza quando è collegato ad alcune parti dell'amplificatore a bassa frequenza. Pertanto, devono essere isolati o schermati.
Gli stadi dell'amplificatore sono preferibilmente disposti in linea retta secondo lo schema schematico. Il vantaggio di questa disposizione è che la corrente di terra di ogni stadio è chiusa allo stadio attuale e non influenza il funzionamento di altri circuiti. Gli stadi di ingresso e di uscita dovrebbero essere il più distanti possibile per ridurre l'interferenza di accoppiamento parassita tra di loro. Considerando la relazione di trasmissione del segnale tra i circuiti funzionali di ciascuna unità, il circuito a bassa frequenza e il circuito ad alta frequenza devono essere separati, e il circuito analogico e il circuito digitale sono separati. Il circuito integrato deve essere posizionato al centro del PCB in modo che i pin siano facilmente collegati ad altri dispositivi. Dispositivi come induttori e trasformatori hanno un accoppiamento magnetico e devono essere posizionati ortogonalmente tra loro per ridurre l'accoppiamento magnetico. Inoltre, hanno tutti un forte campo magnetico e ci dovrebbe essere un ampio spazio intorno a loro o una schermatura magnetica per ridurre l'influenza su altri circuiti.
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Opportuni condensatori di disaccoppiamento ad alta frequenza devono essere collocati nelle parti principali del PCB. Ad esempio, un condensatore elettrolitico da 10μF a 100μF deve essere collegato all'estremità di ingresso dell'alimentatore PCB. Una ceramica di circa 0,01 pF dovrebbe essere collegata vicino al pin dell'alimentazione del circuito integrato. Condensatore chip Alcuni circuiti sono inoltre dotati di appropriati induttanze ad alta frequenza o bassa frequenza per ridurre gli effetti tra i circuiti ad alta e bassa frequenza. Questo dovrebbe essere considerato nel disegno schematico e nel disegno, altrimenti influenzerà le prestazioni del circuito. La spaziatura dei componenti dovrebbe essere appropriata, e la spaziatura deve essere considerata se vi è la possibilità di rottura o accensione tra di loro. Per gli amplificatori con circuiti push-pull e circuiti a ponte, occorre prestare attenzione alla simmetria dei parametri elettrici dei componenti e alla simmetria della struttura, in modo che i parametri di distribuzione dei componenti simmetrici siano il più possibile uniformi. Dopo il layout manuale dei componenti principali, è necessario utilizzare il metodo di blocco dei componenti in modo che questi componenti non si spostino durante il layout automatico. Cioè, eseguire il comando Modifica modifica o selezionare Bloccato nelle Proprietà del componente per bloccarlo.
1.3 Posizionamento di componenti comuni Per componenti ordinari, come resistori e condensatori, è necessario tenere conto degli aspetti della disposizione ordinata dei componenti, dell'occupazione dello spazio, della praticità del cablaggio e della praticità della saldatura. la via.
2. La progettazione e il cablaggio del cablaggio è il requisito generale per la progettazione di PCB ad alta frequenza sulla base di un layout ragionevole. Il cablaggio include sia il routing automatico che il routing manuale. Generalmente, indipendentemente dal numero di linee di segnale critiche, queste linee di segnale vengono prima cablate manualmente. Una volta completato il cablaggio, queste linee di segnale vengono attentamente ispezionate, riparate dopo l'ispezione e poi automaticamente indirizzate verso altri cablaggi. Cioè, la combinazione di cablaggio manuale e automatico viene utilizzata per completare il cablaggio del PCB.
Particolare attenzione dovrebbe essere prestata ai seguenti aspetti durante il processo di cablaggio del PCB ad alta frequenza.
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2.1 Direzione del cablaggio Il cablaggio del circuito è preferibilmente in linea completa in base alla direzione del flusso del segnale. Può essere completato con una linea di piegatura a 45 ° o una curva circolare durante la svolta. Ciò può ridurre l'emissione esterna e l'accoppiamento reciproco dei segnali ad alta frequenza. Il cablaggio delle linee di segnale ad alta frequenza dovrebbe essere il più corto possibile. In base alla frequenza operativa del circuito, la lunghezza del cablaggio della linea di segnale è ragionevolmente selezionata, il che può ridurre i parametri di distribuzione e ridurre la perdita di segnale. Quando si realizza un doppio pannello, il cablaggio è preferibilmente perpendicolare, obliquo o curvo nei due livelli adiacenti. Evitare il parallelo tra loro, che può ridurre l'interferenza reciproca e l'accoppiamento parassitario. La linea del segnale ad alta frequenza e la linea del segnale a bassa frequenza devono essere separate il più possibile e, se necessario, devono essere prese misure di schermatura per evitare interferenze reciproche. Per ricevere l'ingresso del segnale che è più debole, è facile essere disturbato da segnali esterni. È possibile utilizzare il cavo di messa a terra per schermarlo e racchiuderlo o schermare il connettore ad alta frequenza. Il routing parallelo dovrebbe essere evitato sullo stesso livello, altrimenti verranno introdotti i parametri di distribuzione, che influenzeranno il circuito. Se è inevitabile, è possibile introdurre una lamina di rame collegata a terra tra le due linee parallele per formare una linea di isolamento. Nei circuiti digitali, per le linee di segnale differenziali, devono essere instradati a coppie, il più lontano possibile, in modo che siano paralleli, vicini l'uno all'altro e la lunghezza non sia molto diversa.
2.2 Forma del cablaggio Durante il cablaggio del PCB, la larghezza minima della traccia è determinata dalla forza di adesione tra il conduttore e il substrato isolante e la forza corrente che fluisce attraverso il conduttore. Quando lo spessore della lamina di rame è 0,05 mm e la larghezza è compresa tra 1 mm e 1,5 mm, è possibile passare una corrente di 2 A. La temperatura non sarà superiore a 3 ° C. Ad eccezione di alcune tracce speciali, la larghezza degli altri cavi sullo stesso livello dovrebbe essere il più uniforme possibile. La spaziatura del cablaggio nel circuito ad alta frequenza influirà sulle dimensioni della capacità e dell'induttanza distribuita, influendo quindi sulla perdita del segnale, sulla stabilità del circuito e sull'interferenza del segnale. Nei circuiti di commutazione ad alta velocità, la spaziatura dei fili influenzerà il tempo di trasmissione del segnale e la qualità della forma d'onda. Pertanto, la spaziatura minima del cablaggio deve essere maggiore o uguale a 0,5 mm. Finché si preferisce il layout PCB, è preferibile una linea più ampia. Il conduttore stampato deve essere distanziato dal bordo del PCB di una certa distanza (non inferiore allo spessore della scheda), il che non solo facilita l'installazione e la lavorazione, ma migliora anche le prestazioni di isolamento. Quando si incontra il cablaggio in una linea che può essere collegata solo da un cerchio grande, è necessario utilizzare la linea di volo, ovvero la connessione a linea corta viene utilizzata direttamente per ridurre l'interferenza causata dal cablaggio a lunga distanza. Un circuito contenente un elemento sensibile magnetico è sensibile ad un campo magnetico circostante e un circuito ad alta frequenza è suscettibile di irradiare onde elettromagnetiche quando il cablaggio è piegato. Se un elemento sensibile magnetico è inserito nel PCB, l'angolo del cablaggio deve essere mantenuto ad una certa distanza da esso. Il cablaggio sullo stesso livello non può attraversare. Per le possibili linee di intersezione, può essere risolto con "perforazione" e "avvolgimento", ovvero lasciando che un determinato conduttore "perfori" dallo spazio sotto i pin di altri dispositivi quali resistori, condensatori e triodi o da un possibile crossover. Una fine del piombo "ferite" passato. In casi particolari, se il circuito è complesso, per semplificare la progettazione, è anche possibile risolvere il problema del crossover con il bridging del cavo.
Quando la frequenza operativa del circuito ad alta frequenza è elevata, è anche necessario considerare la corrispondenza di impedenza e l'effetto antenna del cablaggio. Dal momento che il cliente ha cambiato il precedente accordo alla fine, è stato necessario modificare il layout a quello giusto in base alla definizione dell'interfaccia e alla posizione di posizionamento che hanno definito. In effetti, l'area dell'intero PCB è di soli 9 cm x 6 cm. È difficile modificare il layout generale della scheda in base alle esigenze del cliente, quindi la parte centrale della scheda non viene modificata alla fine, ma il dispositivo periferico viene opportunamente modificato, principalmente per completare la modifica della posizione e definizione pin dei due connettori. Tuttavia, il nuovo layout ha ovviamente causato qualche problema sulla linea. La linea originariamente liscia divenne un po 'caotica, la lunghezza della linea aumentò e dovettero essere usate molte vie. La difficoltà della linea è stata migliorata molto.
2.3 Requisiti del cablaggio del cavo di alimentazione e del cavo di terra In base alla diversa corrente di lavoro, provare ad aumentare la larghezza del cavo di alimentazione. La scheda ad alta frequenza dovrebbe utilizzare un cavo di messa a terra di ampia superficie e posizionarsi sul bordo del PCB il più possibile per ridurre l'interferenza dei segnali esterni sul circuito. Allo stesso tempo, il filo di terra del PCB può essere in contatto con l'involucro, in modo che la tensione di messa a terra del PCB sia più vicina alla tensione di terra. Il metodo di messa a terra deve essere selezionato in base alla situazione specifica. È diverso dal circuito a bassa frequenza. Il filo di messa a terra del circuito ad alta frequenza deve essere messo a terra o collegato a più punti. Il cavo di messa a terra è corto e spesso per ridurre al minimo l'impedenza di terra. 3 volte lo standard della corrente di lavoro. Il filo di terra dell'altoparlante deve essere collegato al punto di messa a terra dello stadio di uscita dell'amplificatore PCB. Non macinare a volontà. Nel processo di cablaggio, alcuni cablaggi ragionevoli dovrebbero anche essere bloccati in tempo per evitare il ripetuto cablaggio. Cioè, eseguire il comando EditselectNet per selezionare Bloccato nelle proprietà preindirizzate per bloccarlo non più.
3, il design del pad e rame
3.1 Pad e diaframmi Quando la spaziatura minima del cablaggio è tale da non violare la spaziatura elettrica del design, il design del pad deve essere ampio per garantire un'ampiezza del loop adeguata. Generalmente, il foro interno del pad è leggermente più grande del diametro del piombo del componente, e il design è troppo grande per formare un giunto di saldatura nella saldatura. Il diametro esterno del cuscinetto D non è generalmente inferiore a (d + 1,2) mm, dove d è l'apertura interna del cuscinetto. Per alcuni PCB densi, il valore minimo del pad può essere (d + 1,0) mm. La forma del pad è solitamente impostata su una forma circolare, ma il pad del circuito integrato per il package DIP è preferibilmente nella forma di una pista, che può aumentare l'area del pad in uno spazio limitato e facilitare la saldatura del circuito integrato. La connessione tra il cablaggio e il pad deve essere eseguita senza problemi. Cioè, quando la larghezza del cablaggio che entra nel pad circolare è inferiore al diametro del pad circolare, dovrebbe essere adottato un design a goccia. Si noti che la dimensione dell'apertura d nel pad è diversa e deve essere considerata in base al diametro del cavo del componente effettivo, come i fori dei componenti, i fori di montaggio e le fessure. Anche il passo del pad deve essere considerato in base al metodo di installazione dei componenti effettivi. Ad esempio, resistori, diodi, condensatori tubolari e altri componenti hanno modalità di montaggio "verticale" e "orizzontale". Il tono dei due metodi è diverso. Inoltre, il passo del pad è progettato per tenere conto dei minimi requisiti di spazio tra i componenti, in particolare lo spazio tra i componenti speciali deve essere garantito dal passo tra i pad.
Nei PCB ad alta frequenza, anche il numero di vias dovrebbe essere ridotto al minimo, il che riduce la capacità distribuita e aumenta la resistenza meccanica del PCB. In breve, nella progettazione di PCB ad alta frequenza, il design del pad e la sua forma, apertura e passo dovrebbero essere considerati in considerazione della sua particolarità e dei requisiti del processo di produzione. L'adozione di un design standardizzato può non solo ridurre i costi del prodotto, ma anche migliorare l'efficienza produttiva garantendo al tempo stesso la qualità del prodotto.
3.2 Lo scopo principale del rame rivestito in rame è quello di migliorare la capacità anti-interferenza del circuito. Allo stesso tempo, ha grandi vantaggi per la dissipazione del calore del PCB e la resistenza del PCB. La messa a terra in rame può anche svolgere un ruolo di schermatura. Tuttavia, non è possibile utilizzare una striscia di rame ad ampia superficie perché genererebbe una grande quantità di calore quando il PCB è usato per un lungo periodo. A questo punto, la lamina di rame a forma di striscia potrebbe espandersi e cadere. Pertanto, è preferibile utilizzare una griglia quando si applica il rame. La lamina di rame è collegata alla rete di messa a terra del circuito, in modo che la griglia abbia un migliore effetto schermante. La dimensione della griglia è determinata dalla frequenza di interferenza da schermare. Dopo aver completato la progettazione del cablaggio, dei pad e dei vias, è necessario eseguire DRC (Design Rule Check). La differenza tra la mappa progettata e le regole definite è dettagliata nei risultati dell'ispezione e la rete che non soddisfa i requisiti può essere trovata. Tuttavia, il DRC dovrebbe essere parametrizzato prima del cablaggio per eseguire il DRC, cioè eseguire il comando Controllo regola di ToolsDesign.
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