Elektronisches Design - Was sind die Anforderungen an das Bauteillayout auf der Leiterplatte?

1 PCB-Design requires a planned design
Although Protel has the function of automatic planning, es kann die Arbeitsanforderungen von Hochfrequenz-Leiterplatten. Es hängt oft von der Erfahrung des Designers und der Detailsituation ab. Planung der Fertigstellung des Gesamtkonzepts der Leiterplatte. Ob die Planung sinnvoll ist oder nicht, wirkt sich direkt auf die Lebensdauer des Produkts aus, Stabilität, EMC (electromagnetic compatibility), etc., Es ist notwendig, von der Gesamtplanung der Leiterplatte zu beginnen, die Bedienbarkeit der Verkabelung und die Herstellbarkeit der Leiterplatte, mechanische Struktur, Wärmeableitung, EMI (electromagnetic compatibility), etc. Comprehensive consideration in terms of interference), Zuverlässigkeit, und Signalintegrität.
Allgemein, Platzieren Sie zuerst die Bauteile an einer festen Position bezogen auf die mechanische Größe, dann die speziellen und größeren Komponenten platzieren, und schließlich die kleinen Komponenten platzieren. Zur gleichen Zeit, Es ist notwendig, die Anforderungen der Verkabelung zu koordinieren, Die Platzierung hochfrequenter Bauteile sollte möglichst kompakt sein, und die Verkabelung der Signalleitungen sollte so kurz wie möglich sein, um die Störung von Signalleitungen zu reduzieren.
1.1 Die placement of the positioning plug-in related to the mechanical size
Power sockets, Schalter, Schnittstellen zwischen Leiterplatten, Kontrollleuchten, etc. sind alle Positionierungs-Plug-ins bezogen auf mechanische Abmessungen. Allgemein, Die Schnittstelle zwischen Netzteil und Leiterplatte befindet sich am Rand der Leiterplatte, und es sollte einen Abstand von 3 mm bis 5 mm vom Rand der Leiterplatte geben; Angabe, dass die Leuchtdioden entsprechend den Bedürfnissen genau platziert werden sollten; Schalter und einige Feinabstimmungskomponenten, wie einstellbare Induktivität, einstellbarer Widerstand, etc. sollte nahe am Rand der Leiterplatte platziert werden, um Anpassung und Verbindung zu erleichtern; Komponenten, die häufig gewechselt werden müssen, müssen für einen einfachen Austausch an einem relativ kleinen Ort platziert werden.
1.2 Placement of special components
High-power tubes, Transformatoren, Gleichrichterrohre und andere Heizgeräte erzeugen bei Arbeiten unter Hochfrequenzbedingungen mehr Wärme, Daher sollten Sie bei der Planung über Lüftung und Wärmeableitung nachdenken, und platzieren Sie diese Komponenten auf der Leiterplatte, wo Luft leicht zirkulieren kann. . Das Hochleistungsgleichrichterrohr und das Einstellrohr sollten mit einem Heizkörper ausgestattet und vom Transformator ferngehalten werden. Wärmeempfindliche Bauteile wie Elektrolytkondensatoren sollten ebenfalls von Heizgeräten ferngehalten werden, sonst wird der Elektrolyt getrocknet, was zu erhöhtem Widerstand und schlechter Leistung führt, die die Stabilität der Schaltung beeinträchtigen.
Komponenten, die anfällig für Ausfälle sind, wie Einstellrohre, Elektrolytkondensatoren, Relais, etc., sollte für einfache Wartung beim Platzieren berücksichtigt werden. Für Prüfpunkte, die oft gemessen werden müssen, Es ist darauf zu achten, dass die Prüfstäbe beim Anordnen von Bauteilen leicht zugänglich sind.
Da ein 50-Hz-Leckmagnetfeld innerhalb des Netzteils erzeugt wird, wenn es mit einigen Teilen des Niederfrequenzverstärkers verbunden ist, Es wird den Niederfrequenzverstärker stören. Daher, Es ist notwendig, sie zu trennen oder die Abschirmbehandlung zu beenden. Es ist am besten, alle Ebenen des Verstärkers in einer geraden Linie gemäß dem schematischen Diagramm anzuordnen. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass der Massestrom jeder Ebene auf dieser Ebene geschlossen und aktiv ist und die Arbeit anderer Schaltungen nicht beeinträchtigt. Die Eingangs- und Ausgangsstufe sollten so weit wie möglich entfernt sein, um die parasitären Kupplungsstörungen zwischen ihnen zu reduzieren.
Berücksichtigung des Signalübertragungsverhältnisses zwischen den Funktionsschaltungen jeder Einheit, die Niederfrequenzschaltung und die Hochfrequenzschaltung sollte getrennt werden, und die analoge Schaltung und die digitale Schaltung sollten getrennt werden. Die integrierte Schaltung sollte in der Mitte der Leiterplatte platziert werden, so dass jeder Pin mit der Verdrahtung anderer Geräte verbunden werden kann.
Geräte wie Induktoren und Transformatoren haben eine magnetische Kopplung und sollten orthogonal zueinander platziert werden, um die magnetische Kopplung zu reduzieren. Darüber hinaus, sie alle haben ein starkes Magnetfeld, und es sollte ein angemessen großer Raum oder eine magnetische Abschirmung um sie herum sein, um die Auswirkungen auf andere Schaltkreise zu verringern.
An den Schlüsselteilen der Leiterplatte sollten geeignete Hochfrequenz-Entkopplungskondensatoren konfiguriert werden. Zum Beispiel, Ein Elektrolytkondensator von 10 μF-100 μF sollte an das Eingangsende der PCB-Stromversorgung angeschlossen werden, und eine Keramik von ca. 0.01 pF sollte an den Stromversorgungsstift des integrierten Schaltkreises angeschlossen werden. Chipkondensatoren. Einige Schaltungen müssen mit geeigneten Hoch- oder Niederfrequenzdrosseln ausgestattet sein, um den Einfluss zwischen den oberen und unteren Frequenzkreisen zu verringern. Dieser Punkt sollte beim Entwurf und Zeichnen des Schaltplans berücksichtigt werden, Andernfalls beeinflusst es auch die Leistung der Schaltung.
Der Abstand zwischen den Komponenten sollte angemessen sein, und der Abstand sollte berücksichtigt werden, ob eine Möglichkeit des Ausfalls oder der Zündung zwischen ihnen besteht.
Für Verstärker mit Push-Pull-Schaltungen und Brückenschaltungen, Aufmerksamkeit sollte auf die Symmetrie der elektrischen Parameter der Komponenten und die Symmetrie der Struktur gelegt werden, so dass die Dispersionsparameter der symmetrischen Komponenten möglichst unterschiedlich sind.
Nach Abschluss der manuellen Planung der Hauptkomponenten, Die Methode der Bauteilverriegelung sollte so gewählt werden, dass sich diese Bauteile während der automatischen Planung nicht bewegen. Das ist, Führen Sie den Befehl Änderung bearbeiten aus oder wählen Sie Gesperrt in den Eigenschaften der Komponente aus, um sie zu sperren und nicht mehr zu verschieben.
1.3 Placement of common components
Regarding common components, wie Widerstände, Kondensatoren, etc., Sie sollten über die Anordnung der Komponenten nachdenken, die Größe des besetzten Raumes, die Funktionsfähigkeit der Verkabelung, und die Bequemlichkeit des Schweißens. Automatische Planung kann verwendet werden.

2 Wiring design
Wiring is the overall request for high-frequency PCB-Design auf der Grundlage einer vernünftigen Planung abzuschließen. Verkabelung umfasst automatische Verkabelung und manuelle Verkabelung. Allgemein, unabhängig von der Anzahl der Schlüsselsignalleitungen, Stoppen Sie zuerst die manuelle Verdrahtung dieser Signalleitungen. Nachdem die Verkabelung abgeschlossen ist, Stoppen Sie die sorgfältige Inspektion dieser Signalleitungen. Nach der Inspektion, fix them, und stoppen Sie dann die automatische Verdrahtung der anderen Verdrahtung. Das ist, Die manuelle und automatische Verdrahtung sind getrennt, um die Verdrahtung der Leiterplatte abzuschließen.
Besondere Aufmerksamkeit sollte den folgenden Aspekten im Prozess der Hochfrequenz-Leiterplattenverdrahtung gewidmet werden.
2.1 The trend of wiring
The wiring of the circuit is best to use a full straight line in accordance with the flow of the signal, und es kann mit einer 45° gebrochenen Linie oder Bogenkurve beim Wechsel der Maschine abgeschlossen werden, die externe Emission und gegenseitige Kopplung von Hochfrequenzsignalen reduzieren kann. Die Verdrahtung von hochfrequenten Signalleitungen sollte so kurz wie möglich sein. Entsprechend der Betriebsfrequenz der Schaltung, Die Länge der Signalleitung sollte angemessen gewählt werden, die Spreizparameter reduzieren und den Verlust des Signals reduzieren können. Bei der Herstellung einer doppelseitigen Platte, Die Verkabelung auf zwei benachbarten Ebenen ist am besten senkrecht zu sein, schräg oder gekrümmt, um sich zu schneiden. Verhindern, dass sie parallel sind, um gegenseitige Interferenzen und parasitäre Kopplung zu reduzieren.
Hochfrequente Signalleitungen und niederfrequente Signalleitungen sollten so weit wie möglich getrennt werden, Gegebenenfalls sollten Schutzmaßnahmen ergriffen werden, um gegenseitige Eingriffe zu vermeiden. Bezüglich der Verwendung von relativ schwachen Signaleingangsklemmen, es ist anfällig für Störungen durch externe Signale. Erdungskabel kann als Abschirmung verwendet werden, um es zu umgeben oder um Hochfrequenzstecker abzuschirmen. Parallelverdrahtung sollte auf gleicher Ebene verhindert werden, Andernfalls wird es gestreute Parameter einführen und die Schaltung beeinflussen. Wenn es nicht verhindert werden kann, Eine geerdete Kupferfolie kann zwischen die beiden parallelen Drähte eingeführt werden, um einen isolierten Draht zu bilden.
In digitalen Schaltungen, Die Differenzsignalleitungen sollten paarweise geführt werden, versuchen, sie parallel und dicht zu machen, und die Länge ist nicht viel anders.
2.2 Wiring method
In the PCB wiring process, Die Mindestbreite der Leiterbahn wird durch die Haftfestigkeit zwischen dem Draht und dem isolierenden Substrat und die Stromstärke bestimmt, die durch den Draht fließt. Wenn die Dicke der Kupferfolie 0 ist.05mm und die Breite ist 1mm bis 1.5mm, es kann 2A Strom passieren. Die Temperatur wird nicht höher als 3° Celsius sein. Bis auf einige spezielle Spuren, Die Breite anderer Spuren auf derselben Ebene sollte so unterschiedlich wie möglich sein. Der Abstand der Verkabelung in Hochfrequenzschaltungs beeinflusst die Größe der gestreuten Kapazität und Induktivität, dadurch Beeinträchtigung des Signalverlustes, Schaltungsstabilität, und Signalstörungen. In Hochgeschwindigkeitsschaltkreisen, Der Abstand der Drähte beeinflusst die Übertragungszeit des Signals und die Qualität der Wellenform. Daher, Der minimale Abstand der Verkabelung sollte größer oder gleich 0 sein.5 mm, solange es erlaubt ist, Es ist besser, eine relativ breite Linie für PCB-Verdrahtung zu verwenden.
There should be a certain distance between the printed wire and the edge of the PCB (not less than the thickness of the board), was nicht nur die Installation erleichtert und die mechanische Bearbeitung stoppt, verbessert aber auch die Isolationsleistung.
Beim Verdrahten einer Schaltung, die nur durch Wickeln eines großen Kreises angeschlossen werden kann, fliegende Drähte sollten verwendet werden, das ist, Kurze Drähte sollten direkt verwendet werden, um die Störungen zu reduzieren, die durch Fernverdrahtung verursacht werden.
Schaltungen, die magneto-empfindliche Komponenten enthalten, reagieren empfindlicher auf umgebende Magnetfelder, und wann Hochfrequenzschaltungs Arbeit, Die Ecken der Verkabelung sind wahrscheinlich elektromagnetische Wellen auszustrahlen. Wenn magneto-empfindliche Komponenten in der Leiterplatte platziert werden, Stellen Sie sicher, dass die Verdrahtungsecken von ihnen getrennt sind.
Die Verkabelung auf der gleichen Ebene darf nicht unterbrochen werden. Bezüglich der Linien, die durchsetzt werden können, Sie können die Methode "Bohren" und "Wickeln" verwenden, das ist, Lassen Sie eine Blei "bohren" durch den Spalt unter den Stiften anderer Geräte wie Widerstände, Kondensatoren, und Trioden, oder von einer Linie, die durchsetzt sein kann. Ein Ende der Führung "windet sich um". Unter besonderen Umständen, wenn die Schaltung sehr kompliziert ist, um das Design zu vereinfachen, Es ist auch erlaubt, Drahtbrücken zu verwenden, um das Durchdringungsproblem zu lösen.
Wenn die Arbeitsfrequenz der Hochfrequenzschaltung ist hoch, Es ist auch notwendig, über die Impedanzanpassung der Verkabelung und des Antenneneffekts nachzudenken.
2.3 Wiring requirements for power cord and ground wire
According to the size of different working currents, Versuchen Sie, die Breite der Stromleitung zu vergrößern. The Hochfrequenz-PCB sollte Versuchen Sie, einen großflächigen Erdungskabel zu verwenden und ihn am Rand der Leiterplatte zu planen, um die Interferenz externer Signale auf der Schaltung zu reduzieren; zur gleichen Zeit, Der Massedraht der Leiterplatte kann gut mit der Schale kontaktiert werden, so dass die Erdspannung der Leiterplatte näher an der Erdspannung ist. Die zentrale Verbindung sollte entsprechend den detaillierten Bedingungen ausgewählt werden. Es unterscheidet sich von der Niederfrequenzschaltung. Der Erdungskabel des Hochfrequenzschaltung sollte in der Nähe geerdet oder mehrpunktig geerdet sein. Der Erdungsdraht sollte kurz und dick sein, um die Erdungsimpedanz zu minimieren. Erreichen Sie die Spezifikation des 3-fachen Arbeitsstroms. Der Erdungskabel des Lautsprechers sollte mit dem Erdungspunkt der Ausgangsstufe des PCB-Endverstärkers verbunden werden. Nicht willkürlich erden.
Im Verdrahtungsprozess, Einige vernünftige Verkabelung sollte rechtzeitig verriegelt werden, um wiederholte Verkabelung zu vermeiden. Das ist, Führen Sie den Befehl EditselectNet aus und wählen Sie Gesperrt in den Eigenschaften der Vorverdrahtung aus, um sie zu sperren und nicht mehr zu verschieben.
3 PCB pad and copper design
3.1 Land and aperture
Under the condition of ensuring that the minimum wiring spacing does not violate the designed electrical spacing, Das Design des Pads sollte größer sein, um eine ausreichende Ringbreite zu gewährleisten. Das Innenloch des gewöhnlichen Pads ist etwas größer als der Bleidurchmesser der Komponente, und das Design ist zu groß, und es ist einfach, ein virtuelles Lot während des Lötens zu bilden. The outer diameter D of the pad is generally not less than (d+1.2)mm, wobei d der Innendurchmesser des Pads ist. Für einige Leiterplatten mit relativ hoher Dichte, the minimum value of the pad can be (d+1.0) mm. Die Form des Pads ist normalerweise kreisförmig eingestellt, aber das Pad des integrierten Schaltkreises des DIP-Pakets ist vorzugsweise eine Rennstreckenform, so dass die Fläche des Pads auf begrenztem Raum vergrößert werden kann, was für das Schweißen der integrierten Schaltung vorteilhaft ist. Die Verbindung zwischen der Verdrahtung und dem Pad sollte reibungslos übergangen werden, das ist, wenn die Breite der Verkabelung in das runde Pad kleiner als der Durchmesser des runden Pad ist, das Tropfendesign sollte angenommen werden.
Es sollte beachtet werden, dass die Größe der Blende d im Pad unterschiedlich ist, und es sollte basierend auf der Größe des Bleidurchmessers der tatsächlichen Komponente betrachtet werden, wie Bauteillöcher, Gerätelöcher, und Schlitzlöcher. Der Lochabstand der Pads sollte auch anhand der Gerätemethode der praktischen Komponenten berücksichtigt werden. Zum Beispiel, Widerstände, Dioden, Rohrkondensatoren und andere Komponenten haben "vertikale" und "horizontale" Installationsmethoden. Die Bohrabstände dieser beiden Methoden sind unterschiedlich. Darüber hinaus, Bei der Auslegung des Padlochabstandes müssen auch die Mindestspaltanforderungen zwischen den Bauteilen berücksichtigt werden, Insbesondere die Spaltanforderungen zwischen speziellen Bauteilen werden durch den Lochabstand zwischen den Pads gewährleistet.
In Hochfrequenz-Leiterplatten, die Anzahl der Durchkontaktierungen sollte ebenfalls minimiert werden, die gestreute Kapazität reduzieren und die mechanische Festigkeit der Leiterplatte erhöhen kann. Kurz gesagt, bei der Gestaltung von Hochfrequenz-Leiterplatten, das Design des Pads und seine Form, Blende und Tonhöhe müssen nicht nur ihre Besonderheit berücksichtigen, aber auch die Anforderungen des Verbraucherprozesses erfüllen. Der Einsatz von standardisiertem Design kann nicht nur Produktkosten senken, aber auch die Effizienz des Verbrauchs verbessern und gleichzeitig die Qualität der Produktion sicherstellen.
3.2 Copper coating
The main purpose of copper coating is to improve the anti-interference ability of the circuit. Zur gleichen Zeit, Es hat große Vorteile in Bezug auf PCB-Wärmeableitung und PCB-Stärke. Kupferbeschichtung und Erdung können auch eine abschirmende Rolle spielen. Allerdings, großflächige Streifen Kupferfolie kann nicht verwendet werden. Weil eine große Menge an Wärme erzeugt wird, wenn die Leiterplatte zu lange verwendet wird, Das Band Kupferfolie ist zu dieser Zeit anfällig für Schrumpfung und Streuphänomene. Daher, Es ist am besten, Gitter zu verwenden, wenn Kupfer deponiert wird. Das Netz ist mit dem Erdungsnetz der Schaltung verbunden, damit das Gitter eine bessere Abschirmwirkung hat. Die Größe des Netzes wird durch die zu abschirmende Störfrequenz bestimmt.
Nach Abschluss des Entwurfs der Verkabelung, Pads und Vias, DRC (Design Rule Check) should be performed. In den Inspektionsergebnissen, Die Unterschiede zwischen dem entworfenen Diagramm und den definierten Regeln werden detailliert aufgelistet, und das Netzwerk, das der Anfrage nicht entspricht, kann gefunden werden. Allerdings, Sie sollten zuerst die DRC-Parametereinstellung stoppen, bevor Sie den DRC verdrahten, um den DRC auszuführen, das ist, Führen Sie den Befehl ToolsDesign Rule Check aus.
4 Conclusion
The Hochfrequenzschaltung PCB design ist ein komplizierter Prozess, und viele Elemente berührt werden, die unmittelbar mit der Arbeitsleistung der Hochfrequenzschaltung. Daher, Designer müssen von Zeit zu Zeit in der praktischen Arbeit studieren und erkunden, von Zeit zu Zeit Erfahrungen sammeln, and separate the new EDA (Electronic Design Automation) technology to design Hochfrequenzschaltung PCBs mit ausgezeichneter Leistung.