Leiterplatte Blog - PCB Board Layout Fähigkeiten, intelligente Ingenieure verstehen

Leiterplatte, auch bekannt als Leiterplatte (Leiterplatte), kann die Schaltungsanbindung und Funktionsrealisierung zwischen elektronischen Komponenten realisieren und ist auch ein wichtiger Teil des Stromkreisdesigns. Heute wird dieser Artikel die Grundregeln des Leiterplattenlayouts und der Verdrahtung vorstellen.

1. Grundregeln des Komponentenlayouts

1) Layout entsprechend dem Schaltungsmodul, die zugehörige Schaltung, die die gleiche Funktion realisiert, wird Modul genannt, die Komponenten im Schaltungsmodul sollten das Prinzip der nächsten Konzentration annehmen, und die digitale Schaltung und die analoge Schaltung sollten gleichzeitig getrennt werden;

2) Montieren Sie keine Komponenten und Geräte innerhalb von 1,27mm um nicht montierte Löcher wie Positionierlöcher und Standardlöcher und montieren Sie keine Komponenten innerhalb von 3,5mm (für M2.5) und 4mm (für M3) um Montagelöcher wie Schrauben;

3) Vermeiden Sie die Platzierung von Durchkontaktierungen unter Komponenten wie horizontal montierten Widerständen, Induktoren (Plug-ins) und Elektrolytkondensatoren, um Kurzschlüsse zwischen den Durchkontaktierungen und der Bauteilschale nach dem Wellenlöten zu vermeiden;

4) Der Abstand zwischen der Außenseite der Komponente und der Kante der Platte ist 5mm;

5) Der Abstand zwischen der Außenseite des montierten Bauteilpolsters und der Außenseite des benachbarten montierten Bauteils ist größer als 2mm;

6) Metallschalenkomponenten und Metallteile (Abschirmkästen usw.) können andere Komponenten nicht berühren und können nicht nahe an gedruckten Linien und Pads sein, und der Abstand sollte größer als 2mm sein. Die Größe der Positionierlöcher, Befestigungsmittelinstallationslöcher, elliptischen Löcher und anderer quadratischer Löcher in der Platte ist größer als 3mm vom Rand der Platte;

7) Das Heizelement kann nicht nah am Draht und dem thermischen Element sein; das Hochheizelement sollte gleichmäßig verteilt sein;

8) Die Steckdose sollte so weit wie möglich um die Leiterplatte herum angeordnet werden, und die an die Steckdose angeschlossenen Busschienenklemmen sollten auf der gleichen Seite angeordnet sein. Besondere Sorgfalt sollte darauf geachtet werden, keine Steckdosen und andere gelötete Steckverbinder zwischen den Steckverbindern anzuordnen, um das Löten dieser Steckdosen und Steckverbinder sowie das Design und Binden von Stromkabeln zu erleichtern. Der Anordnungsabstand von Steckdosen und Schweißverbindern sollte berücksichtigt werden, um das Einsetzen und Entfernen von Netzsteckern zu erleichtern;

9) Anordnung anderer Komponenten: Alle IC-Komponenten sind einseitig ausgerichtet, polare Komponenten sind klar mit Polaritäten gekennzeichnet, und die Polaritätsmarkierungen auf derselben Leiterplatte sollten nicht mehr als zwei Richtungen sein. Wenn zwei Richtungen erscheinen, stehen die beiden Richtungen senkrecht zueinander.;

10) Die Verdrahtung auf der Platte sollte richtig dicht sein, und wenn der Unterschied in der Dichte zu groß ist, sollte es mit Maschenkopferfolie gefüllt werden, und die Maschengröße sollte größer als 8mil (oder 0.2mm) sein;

11) Es sollte keine Durchgangslöcher auf den Patchpads geben, um den Verlust der Lötpaste zu vermeiden und die Komponenten zu löten. Wichtige Signalleitungen dürfen nicht zwischen den Steckdosen passieren;

12) Der Patch ist auf einer Seite ausgerichtet, die Zeichenrichtung ist die gleiche, und die Verpackungsrichtung ist die gleiche;

13) Bei Geräten mit Polarität sollte die Richtung der Polaritätsmarkierung auf derselben Platine so konsistent wie möglich sein.

2. Regeln für die Verdrahtung von Bauteilen

1) In dem Bereich, in dem der Verdrahtungsbereich kleiner als oder gleich 1mm vom Rand der Leiterplatte und innerhalb 1mm um das Montageloch ist, ist die Verdrahtung verboten;

2) Die Stromleitung sollte so breit wie möglich sein und sollte nicht weniger als 18mil sein; Die Signalleitungsbreite sollte nicht kleiner als 12mil sein; Die CPU-Ein- und Ausgangsleitungen sollten nicht kleiner als 10mil (oder 8mil) sein; der Zeilenabstand sollte nicht kleiner als 10mil sein;

3) Das normale Durchgangsloch ist nicht weniger als 30mil;

4) Dual in-line: Pad 60mil, Öffnung 40mil; Widerstand 1/4W: 51*55mil (0805 Oberflächenmontage); Inline Pad 62mil, Öffnung 42mil; Elektrodenloser Kondensator: 51*55mil (0805 Oberflächenmontage); Wenn in-line, ist das Pad 50mil, und die Öffnung ist 28mil;

5) Beachten Sie, dass der Stromdraht und der Erdungskabel so radial wie möglich sein sollten, und der Signaldraht sollte nicht geschleift werden.

3. Wie man die Störfestigkeit und die elektromagnetische Verträglichkeit verbessert

Wie kann die Störfestigkeit und elektromagnetische Verträglichkeit bei der Entwicklung elektronischer Produkte mit Prozessoren verbessert werden?

3.1 Die folgenden Systeme sollten besonders auf anti-elektromagnetische Störungen achten:

1) Ein System, bei dem die Mikrocontroller-Taktfrequenz besonders hoch ist und der Buszyklus besonders schnell ist.

2) Das System enthält Hochleistungs-, Hochstrom-Antriebskreise, wie Funken erzeugende Relais, Hochstromschalter, etc.

3) Systeme mit schwachen analogen Signalschaltungen und hohen A/D Umwandlungsschaltungen.

3.2 Ergreifen Sie die folgenden Maßnahmen, um die anti-elektromagnetische Störfähigkeit des Systems zu erhöhen:

1) Wählen Sie einen Mikrocontroller mit niedriger Frequenz: Die Auswahl eines Mikrocontrollers mit niedriger externer Taktfrequenz kann Rauschen effektiv reduzieren und die Störfestigkeit des Systems verbessern. Quadratwellen und Sinuswellen der gleichen Frequenz, die Hochfrequenzkomponenten in der Quadratwelle sind viel mehr als die Sinuswelle. Obwohl die Amplitude der Hochfrequenzkomponente der Quadratwelle kleiner ist als die der Grundwelle, je höher die Frequenz, desto einfacher ist es, auszustrahlen und eine Rauschquelle zu werden. Das einflussreiche Hochfrequenzrauschen, das vom Mikrocontroller erzeugt wird, beträgt etwa das Dreifache der Taktfrequenz.

2) Verringerung der Verzerrung in der Signalübertragung

Mikrocontroller werden hauptsächlich unter Verwendung der Hochgeschwindigkeits-CMOS-Technologie hergestellt. Der statische Eingangsstrom der Signal-Eingangsklemme beträgt etwa 1mA, die Eingangskapazität beträgt etwa 10PF, die Eingangsimpedanz ist ziemlich hoch, und der Ausgangsanschluss der Hochgeschwindigkeits-CMOS-Schaltung hat eine beträchtliche Tragfähigkeit, das heißt einen beträchtlichen Ausgangswert. Das Reflexionsproblem ist sehr ernst, wenn die lange Leitung mit einer relativ hohen Eingangsimpedanz zum Eingangsende geführt wird, was Signalverzerrungen verursacht und das Systemrauschen erhöht. Wenn Tpd>Tr, wird es zu einem Übertragungsleitungsproblem, und Probleme wie Signalreflexion und Impedanzanpassung müssen berücksichtigt werden. Die Verzögerungszeit des Signals auf der Leiterplatte hängt mit der charakteristischen Impedanz der Leitung zusammen, das heißt mit der Dielektrizitätskonstante des Leiterplattenmaterials. Es kann grob davon ausgegangen werden, dass die Übertragungsgeschwindigkeit des Signals auf den Leiterplattenleitungen etwa 1/3 bis 1/2 der Lichtgeschwindigkeit beträgt. Die Tr (Standard Delay Time) üblicher logischer Telefonkomponenten in einem System, das aus Mikrocontrollern besteht, liegt zwischen 3 und 18ns. Auf der Leiterplatte durchläuft das Signal einen Widerstand 7W und eine 25cm lange Leitung, und die Drahtverzögerungszeit ist ungefähr zwischen 4~20ns. Das heißt, je kürzer das Signal auf der Leiterplatte führt, desto länger sollte es 25cm nicht überschreiten. Und die Anzahl der Durchgänge sollte so wenig wie möglich sein, nicht mehr als 2. Wenn die Anstiegszeit des Signals schneller als die Verzögerungszeit des Signals ist, wird es gemäß schneller Elektronik verarbeitet. Zu diesem Zeitpunkt sollte die Impedanzanpassung der Übertragungsleitung berücksichtigt werden. Für die Signalübertragung zwischen den integrierten Blöcken auf einer Leiterplatte sollte die Situation von Td>Trd vermieden werden. Je größer die Leiterplatte, desto schneller die Systemgeschwindigkeit.

3) Verringerung der Kreuzstörung zwischen Signalleitungen: Ein Schrittsignal mit Anstiegszeit Tr an Punkt A wird durch Leitung AB an Ende B übertragen. Die Verzögerungszeit des Signals auf der AB-Leitung ist Td. An Punkt D, aufgrund der Vorwärtsübertragung des Signals an Punkt A, die Reflexion des Signals nach Erreichen von Punkt B und die Verzögerung der Leitung AB, Ein Seitenpulssignal mit einer Breite von Tr wird nach Td-Zeit induziert. An Punkt C wird aufgrund der Übertragung und Reflexion des Signals auf AB ein positives Impulssignal mit einer Breite von der doppelten Verzögerungszeit des Signals auf der AB-Leitung, das heißt 2Td, induziert. Das ist Kreuzinterferenz zwischen Signalen. Die Stärke des Störsignals hängt mit dem di/at des Signals an Punkt C zusammen, der mit dem Abstand zwischen den Linien zusammenhängt. Wenn die beiden Signalleitungen nicht sehr lang sind, ist das, was auf AB tatsächlich zu sehen ist, die Überlagerung von zwei Impulsen. Mikrocontroller, die durch CMOS-Prozess hergestellt werden, haben eine hohe Eingangsimpedanz, ein hohes Rauschen und eine hohe Rauschtoleranz. Digitale Schaltungen sind überlagert 100~200mv Rauschen und beeinflussen ihre Arbeit nicht. Wenn die AB-Leitung in der Abbildung ein analoges Signal ist, wird diese Art von Interferenz unerträglich. Zum Beispiel, wenn die Leiterplatte eine vierschichtige Platine ist, von denen eine großflächige Masse oder eine doppelseitige Platine ist, wenn die Rückseite der Signalleitung eine großflächige Masse ist, wird die Kreuzstörung zwischen den Signalen reduziert. Der Grund ist, dass die große Erdfläche die charakteristische Impedanz der Signalleitung verringert und die Reflexion des Signals am D-Ende stark reduziert wird. Die charakteristische Impedanz ist umgekehrt proportional zum Quadrat der dielektrischen Konstante des Mediums zwischen Signallinie und Masse und proportional zum natürlichen Logarithmus der Dicke des Mediums. Wenn die AB-Leitung ein analoges Signal ist, um die Interferenz der digitalen Schaltungssignalleitung CD zu AB zu vermeiden, sollte es eine große Fläche der Masse unter der AB-Leitung geben, und der Abstand von der AB-Leitung zur CD-Leitung sollte größer sein als 2~3 mal der Abstand zwischen der AB-Leitung und der Masse. Eine partielle Abschirmung kann verwendet werden, und Massedrähte sind auf der linken und rechten Seite der Leitung auf der Seite mit der Anschlussleitung angeordnet.

4) Reduzieren Sie das Geräusch von der Stromversorgung

Während die Stromversorgung das System mit Energie versorgt, verstärkt das Netzteil auch sein Geräusch. Die Reset-Leitung, Interrupt-Leitung und andere Steuerleitungen des Mikrocontrollers in der Schaltung werden leicht durch externe Geräusche gestört. Starke Störungen im Netz gelangen über die Stromversorgung in den Stromkreis, und selbst in batteriebetriebenen Systemen hat die Batterie selbst hochfrequente Geräusche. Analoge Signale in analogen Schaltungen sind widerstandsfähiger gegen Störungen durch Stromquellen.

5) Achten Sie auf die Hochfrequenzmerkmale von Leiterplatten und Komponenten

Im Falle der Hochfrequenz können die verteilte Induktivität und Kapazität der Leitungen, Durchkontaktierungen, Widerstände, Kondensatoren und Anschlüsse auf der Leiterplatte nicht ignoriert werden. Die verteilte Induktivität des Kondensators kann nicht ignoriert werden, und die verteilte Kapazität der Induktivität kann nicht ignoriert werden. Der Widerstand erzeugt die Reflexion des Hochfrequenzsignals, und die verteilte Kapazität der Leitung spielt eine Rolle. Wenn die Länge größer als 1/20 der entsprechenden Wellenlänge der Rauschfrequenz ist, wird ein Antenneneffekt erzeugt, und das Rauschen wird durch die Leitung emittiert. Die Durchkontaktierungen der Leiterplatte verursachen etwa 0,6pf Kapazität. Das Verpackungsmaterial einer integrierten Schaltung selbst führt 2~6pf Kapazität ein. Ein Stecker auf einer Leiterplatte mit einer verteilten Induktivität von 520nH. Eine zweifache in-line 24-polige IC-Buchse mit 4~18nH verteilter Induktivität. Diese kleinen Verteilungsparameter sind für diese Reihe von Mikrocontroller-Systemen mit niedrigeren Frequenzen vernachlässigbar; Besonderes Augenmerk muss auf Hochgeschwindigkeitssysteme gelegt werden.

6) Komponentenlayout sollte angemessen partitioniert sein

Die Position der auf der Leiterplatte angeordneten Komponenten sollte das Problem der anti-elektromagnetischen Störungen vollständig berücksichtigen. Einer der Grundsätze ist, dass die Leitungen zwischen den Komponenten so kurz wie möglich sein sollten. Im Layout sollten der analoge Signalteil, der Hochgeschwindigkeits-Digitalschaltungsteil und der Rauschquellenteil (wie Relais, Hochstromschalter usw.) angemessen getrennt werden, so dass die Signalkopplung zwischen ihnen ist.

G Handle den Erdungskabel

Auf Leiterplatten sind Strom- und Erdungskabel wichtig. Um elektromagnetische Störungen zu überwinden, ist das Hauptmittel die Erdung. Für die doppelseitige Platte ist das Erdungsdraht-Layout sehr speziell. Durch die Annahme des Ein-Punkt-Erdungsverfahrens werden die Stromversorgung und die Masse von beiden Enden der Stromversorgung mit der Leiterplatte verbunden, mit einem Kontakt für die Stromversorgung und einem Kontakt für die Masse. Auf der Leiterplatte müssen mehrere Rückseitenerdungskabel vorhanden sein, und diese werden auf dem Kontakt der Rücklaufstromversorgung gesammelt, die die sogenannte Einpunkterdung ist. Die sogenannte Trennung von analoger Masse, digitaler Masse und Hochleistungsgeräteerde bedeutet, dass die Verkabelung getrennt ist und alle zu diesem Erdungspunkt zusammengeführt werden. Beim Anschluss an andere Signale als die Leiterplatte werden in der Regel geschirmte Kabel verwendet. Für Hochfrequenz- und Digitalsignale ist das geschirmte Kabel an beiden Enden geerdet. Abgeschirmte Kabel für niederfrequente Analogsignale sollten an einem Ende geerdet werden. Schaltungen, die sehr empfindlich auf Rauschen und Störungen reagieren oder Schaltungen, die besonders hochfrequentes Rauschen darstellen, sollten mit einer Metallabdeckung abgeschirmt werden.

7) Nutzen Sie die Entkopplungskondensatoren gut

Ein guter Hochfrequenz-Entkopplungskondensator kann Hochfrequenz-Komponenten bis zu 1GHZ entfernen. Keramische Chipkondensatoren oder mehrschichtige Keramikkondensatoren haben bessere Hochfrequenzeigenschaften. Beim Entwurf einer Leiterplatte sollte zwischen der Stromversorgung jeder integrierten Schaltung und der Masse ein Entkopplungskondensator hinzugefügt werden. Der Entkopplungskondensator hat zwei Funktionen: Auf der einen Seite ist es der Energiespeicherkondensator des integrierten Stromkreises, der die Lade- und Entladenenergie des integrierten Stromkreises zum Zeitpunkt des Öffnens und Schließen der Tür bereitstellt und absorbiert; Auf der anderen Seite umgeht es das hochfrequente Rauschen des Geräts. Der typische Entkopplungskondensator in der digitalen Schaltung ist 0,1uf. Der Entkopplungskondensator hat eine verteilte Induktivität von 5nH, und seine parallele Resonanzfrequenz beträgt etwa 7MHz, was bedeutet, dass er einen guten Entkopplungseffekt für Rauschen unter 10MHz hat. Lärm funktioniert kaum. 1uf, 10uf Kondensatoren, die parallele Resonanzfrequenz ist über 20MHz, der Effekt der Entfernung von Hochfrequenzgeräuschen ist besser. Wo die Energie auf die Platine geht und ein 1uf oder 10uf De-Hochfrequenzkondensator oft vorteilhaft ist, erfordern selbst batteriebetriebene Systeme dies. Jedes 10-Stück integrierter Schaltungen sollte einen Lade- und Entladekondensator oder einen Speicher- und Entladekondensator hinzufügen, und die Größe des Kondensators kann 10uf betragen. Es werden keine Elektrolytkondensatoren verwendet. Die Elektrolytkondensatoren werden mit zwei Schichten Pu-Folie aufgerollt. Diese aufgerollte Struktur verhält sich bei hohen Frequenzen wie eine Induktivität. Verwenden Sie Gallenkonsatoren oder Polycarbonatkondensatoren. Die Auswahl des Entkopplungskondensatorwertes ist nicht streng, er kann nach C=1/f berechnet werden; Das heißt, 10MHz nimmt 0.1uf, und für das System, das aus Mikrocontroller besteht, kann es zwischen 0.1~0.01uf sein.

3. Erfahrung in der Verringerung von Rauschen und elektromagnetischen Störungen.

1) Wenn Sie Low-Speed-Chips verwenden können, benötigen Sie keine High-Speed-Chips. Hochgeschwindigkeits-Chips werden an wichtigen Stellen eingesetzt.

2) Ein Widerstand kann in Reihe geschaltet werden, um die Übergangsgeschwindigkeit der oberen und unteren Kanten des Steuerkreises zu verringern.

3) Versuchen Sie, irgendeine Form der Dämpfung für Relais usw. bereitzustellen.

4) Verwenden Sie eine Frequenzuhr, die die Systemanforderungen erfüllt.

5) Der Uhrengenerator sollte so nah wie möglich an dem Gerät sein, das die Uhr verwendet, und das Gehäuse des Quarzkristalloszillators sollte geerdet werden.

6) Kreisen Sie den Uhrenbereich mit einem Erdungskabel um und halten Sie den Uhrdraht so kurz wie möglich.

7) Die I/O-Antriebsschaltung sollte so nah wie möglich an der Kante der Leiterplatte sein und die Leiterplatte so schnell wie möglich verlassen. Das in die Leiterplatte eintretende Signal sollte gefiltert werden, und das Signal aus dem Rauschbereich sollte ebenfalls gefiltert werden. Gleichzeitig sollte das Verfahren des seriellen Klemmenwiderstands verwendet werden, um die Signalreflexion zu reduzieren.

8) Das nutzlose Ende des MCD sollte mit hoch verbunden oder geerdet oder als Ausgangsende definiert werden. Das Ende des integrierten Schaltkreises, das mit der Stromversorgungserde verbunden werden soll, sollte angeschlossen werden und sollte nicht schwimmend gelassen werden.

9) Schweben Sie nicht die Eingangsklemme der nicht verwendeten Gate-Schaltung, schließen Sie die positive Eingangsklemme des nicht verwendeten Operationsverstärker an die Masse an und schließen Sie die negative Eingangsklemme an die Ausgangsklemme an.

10) Die Leiterplatte sollte versuchen, 45-Falzlinien anstelle von 90-Falzlinien zu verwenden, um die externe Emission und Kopplung von Hochfrequenzsignalen zu reduzieren.

11) Die Leiterplatte wird nach Frequenz- und Stromschalteigenschaften unterteilt, und der Abstand zwischen Rauschkomponenten und Nicht-Rauschkomponenten sollte weiter sein.

12) Einpunktanschluss zur Stromversorgung und Einpunkterdung für Einpanel und Doppelpanel, die Stromleitung und Erdungsleitung sollten so dick wie möglich sein. Wenn die Wirtschaft es sich leisten kann, verwenden Sie eine mehrschichtige Platine, um die kapazitive Induktivität der Stromversorgung und des Bodens zu reduzieren.

13) Halten Sie Uhren, Busse und Chip-Select-Signale von I/O-Leitungen und Steckern fern.

14) Die analoge Spannungseingangsleitung und die Referenzspannungsklemme sollten so weit wie möglich von der digitalen Schaltungssignalleitung entfernt sein, insbesondere von der Uhr.

15) Bei A/D-Geräten sollten der digitale und der analoge Teil vereinheitlicht statt gekreuzt werden.

16) Die Taktleitung senkrecht zur I/O-Leitung hat weniger Interferenzen als die parallele I/O-Leitung, und die Taktkomponenten-Pins sind weit vom I/O-Kabel entfernt.

17) Die Bauteilstifte sollten so kurz wie möglich und die Entkopplungskondensatorstifte so kurz wie möglich sein.

18) Die Schlüssellinien sollten so dick wie möglich sein, und Schutzgrund sollte auf beiden Seiten hinzugefügt werden. Hochgeschwindigkeitsstrecken sollten kurz und gerade sein.

19) Führen Sie keine rauschempfindlichen Leitungen parallel zu Hochstrom- und Hochgeschwindigkeitsschaltleitungen.

20) Führen Sie keine Spuren unter Quarzkristallen und unter geräuschempfindlichen Geräten.

21) Schwache Signalschaltungen, bilden keine Stromschleifen um niederfrequente Schaltkreise.

22) Bilden Sie keine Schleife für ein Signal, wenn es unvermeidbar ist, machen Sie den Schleifenbereich so klein wie möglich.

23) Ein Entkopplungskondensator pro IC. Neben jedem Elektrolytkondensator sollte ein kleiner Hochfrequenz-Bypass-Kondensator hinzugefügt werden.

24) Verwenden Sie Tantalkondensatoren mit großer Kapazität oder mehrgekühlte Kondensatoren anstelle von Elektrolytkondensatoren als Schaltungs- und Entladungskondensatoren für Energiespeicher. Bei Verwendung von Rohrkondensatoren sollte das Gehäuse auf der Leiterplatte geerdet werden.