Leiterplatte Blog - Wie man eine gute Leiterplatte herstellt

Jeder weiß, dass Leiterplatte ist es, einen entworfenen Schaltplan in eine reale Leiterplatte. Bitte unterschätzen Sie diesen Prozess nicht. Es gibt viele Dinge, die im Prinzip funktionieren, aber im Engineering schwer zu erreichen sind, oder es ist etwas, das andere erreichen können, aber andere können nicht. Daher, es ist nicht schwierig, eine Leiterplatte, aber es ist keine leichte Aufgabe, eine gute Arbeit von einem Leiterplatte. Die beiden größten Schwierigkeiten im Bereich der Mikroelektronik sind die Verarbeitung von Hochfrequenzsignalen und schwachen Signalen. In dieser Hinsicht, die Höhe der Leiterplatte Produktion ist besonders wichtig. Das gleiche Prinzip Design, die gleichen Komponenten, und die Leiterplattes, die von verschiedenen Menschen produziert werden, haben unterschiedliche Eigenschaften. Das Ergebnis, So wie können wir eine gute Leiterplatte? Basierend auf unseren bisherigen Erfahrungen, Wir möchten unsere Meinung zu folgenden Aspekten teilen:

1. Seien Sie sich über Ihre Designziele klar

Beim Empfang einer Designaufgabe ist es zunächst notwendig, das Designziel zu klären, ob es sich um eine gewöhnliche Leiterplatte, eine Hochfrequenz-Leiterplatte, eine Leiterplatte mit kleinem Signal oder eine Leiterplatte mit Hochfrequenz- und Kleinsignalverarbeitung handelt. Wenn es sich um eine gewöhnliche Leiterplatte handelt, solange das Layout und die Verdrahtung vernünftig und ordentlich sind und die mechanischen Abmessungen genau sind, wenn es mittlere Lastleitungen und lange Leitungen gibt, müssen bestimmte Mittel verwendet werden, um die Last zu reduzieren. Wenn sich mehr als 40MHz Signalleitungen auf der Platine befinden, sollten diese Signalleitungen, wie Übersprechen zwischen Leitungen, besonders berücksichtigt werden. Wenn die Frequenz höher ist, gibt es strengere Einschränkungen für die Länge der Verkabelung. Nach der Netztheorie verteilter Parameter ist das Zusammenspiel von Hochgeschwindigkeitsschaltungen und deren Verdrahtung ein entscheidender Faktor, der bei der Systemgestaltung nicht ignoriert werden darf. Mit der Erhöhung der Gate-Übertragungsgeschwindigkeit nimmt der Widerstand auf der Signalleitung entsprechend zu, und das Übersprechen zwischen benachbarten Signalleitungen nimmt proportional zu. Normalerweise sind der Stromverbrauch und die Wärmeableitung von Hochgeschwindigkeitsschaltkreisen auch groß. Bei der Herstellung von Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten sollte der Platine ausreichend Aufmerksamkeit geschenkt werden. Bei schwachen Signalen von Millivoltpegel oder sogar Mikrovoltpegel auf der Platine ist besondere Sorgfalt für diese Signalleitungen erforderlich. Da das kleine Signal zu schwach ist, ist es sehr einfach, durch andere starke Signale gestört zu werden, und Abschirmungsmaßnahmen sind oft notwendig. Reduziert das Signal-Rausch-Verhältnis erheblich. Dadurch wird das Nutzsignal durch Rauschen überfordert und kann nicht effektiv extrahiert werden. Die Inbetriebnahme der Platine sollte auch in der Designphase berücksichtigt werden. Faktoren wie die physikalische Lage des Prüfpunktes und die Isolation des Prüfpunktes können nicht ignoriert werden, da einige kleine Signale und Hochfrequenzsignale nicht direkt zur Messung der Sonde hinzugefügt werden können. Darüber hinaus sollten andere verwandte Faktoren berücksichtigt werden, wie die Anzahl der Schichten der Platte, die Packungsform der verwendeten Komponenten und die mechanische Festigkeit der Platte. Vor der Herstellung einer Leiterplatte ist es notwendig, die Designziele des Designs zu kennen.

2. Verstehen Sie die Layout- und Routinganforderungen der Funktionen der verwendeten Komponenten

Wir wissen, dass einige spezielle Komponenten spezielle Anforderungen an Layout und Verdrahtung haben, wie die analogen Signalverstärker in LOTI und APH. Die analogen Signalverstärker benötigen eine stabile Stromversorgung und kleine Ripple. Der analoge Kleinsignalteil sollte so weit wie möglich vom Stromgerät ferngehalten werden. Auf der OTI-Platine ist der kleine Signalverstärker auch speziell mit einer Abschirmabdeckung ausgestattet, um die streunenden elektromagnetischen Störungen abzuschirmen. Der GLINK-Chip, der auf der NTOI-Platine verwendet wird, nimmt den ECL-Prozess an, der viel Strom verbraucht und Wärme erzeugt. Besonderes Augenmerk muss auf das Problem der Wärmeableitung während des Layouts gelegt werden. Wenn natürliche Wärmeableitung verwendet wird, muss der GLINK-Chip an einer Stelle platziert werden, an der die Luftzirkulation relativ glatt ist. und die abgeführte Wärme kann keinen großen Einfluss auf andere Chips haben. Wenn die Platine mit Lautsprechern oder anderen Hochleistungsgeräten ausgestattet ist, kann dies zu einer ernsthaften Verschmutzung der Stromversorgung führen, die auch genügend Aufmerksamkeit geschenkt werden sollte.

3. Überlegungen zum Bauteillayout

Einer der ersten Faktoren, die bei der Auslegung von Bauteilen berücksichtigt werden müssen, ist die elektrische Leistung. Die Komponenten, die eng mit der Verdrahtung verbunden sind, sollten so weit wie möglich zusammengefügt werden. Gerade bei einigen Hochgeschwindigkeitsstrecken sollte das Layout so kurz wie möglich sein. Stromsignal und kleine Signalgeräte zu trennen. Unter der Voraussetzung, die Schaltungsleistung zu befriedigen, ist es auch notwendig, zu berücksichtigen, dass die Komponenten sauber und schön platziert sind, was für Tests bequem ist. Auch die mechanische Größe der Platine und die Lage der Buchse müssen sorgfältig berücksichtigt werden. Erdungs- und Ausbreitungsverzögerungszeiten an Verbindungsleitungen in Hochgeschwindigkeitssystemen sind auch die ersten Überlegungen bei der Systemauslegung. Die Übertragungszeit auf der Signalleitung hat einen großen Einfluss auf die Gesamtsystemgeschwindigkeit, insbesondere bei Hochgeschwindigkeits-ECL-Schaltungen. Obwohl die Geschwindigkeit des integrierten Schaltungsblocks selbst sehr hoch ist, wird aufgrund der Verwendung gewöhnlicher Verbindungsleitungen auf der Backplane (etwa 30 cm Länge pro Linie) 2ns Verzögerung die Verzögerungszeit erhöhen, die die Systemgeschwindigkeit erheblich reduzieren kann. Synchron arbeitende Komponenten wie Schichtregister und Synchronzähler werden auf derselben Steckplatine platziert, da die Übertragungsverzögerungszeit der Taktsignale auf verschiedene Steckplatinen nicht gleich ist, was den Masterfehler des Schaltregisters verursachen kann. Wenn die Synchronisation kritisch ist, muss die Länge der Taktlinien von der gemeinsamen Taktquelle zu jeder Platine gleich sein.

4. Überlegungen zur Verkabelung

Mit der Fertigstellung des Designs von OTNI und Sternfasernetzwerk, wird es in Zukunft mehr Boards mit Hochgeschwindigkeitssignalleitungen über 100MHz zu entwerfen geben. Einige Grundkonzepte von Hochgeschwindigkeitsstrecken werden hier vorgestellt. Jeder "lange" Signalweg auf einer Leiterplatte kann als Übertragungsleitung betrachtet werden. Ist die Ausbreitungsverzögerungszeit der Leitung viel kürzer als die Signalanstiegszeit, werden eventuelle Reflexionen, die während des Signalanstiegs erzeugt werden, ausgeblendet. Overshoot, Kickback und Klingeln sind nicht mehr vorhanden. Bei den meisten aktuellen MOS-Schaltungen können Leiterbahnen ohne Signalverzerrung gemessen werden, da das Verhältnis von Anstiegszeit zur Leitungsübertragungszeit viel größer ist. Und für schnellere Logikschaltungen, insbesondere für ultrahohe Geschwindigkeiten. Bei integrierten Schaltungen muss aufgrund der Erhöhung der Kantengeschwindigkeit, wenn keine anderen Maßnahmen ergriffen werden, die Länge der Leiterbahnen erheblich verkürzt werden, um die Signalintegrität zu erhalten. Es gibt zwei Möglichkeiten, Hochgeschwindigkeitsschaltungen auf relativ langen Leitungen ohne ernsthafte Wellenformverzerrung arbeiten zu lassen. TTL verwendet Schottky Diodenklemmung für schnell fallende Kanten, so dass der Überschuss an einem Diodentropfen unterhalb des Erdpotentials geklemmt wird. Dies verringert die Größe des nachfolgenden Rückschlags, die langsamer ansteigende Kante erlaubt Überschießen, aber sie wird durch die relativ hohe Ausgangsimpedanz (50-80Ω) der Schaltung im Pegel "H" Zustand abgeschwächt. Darüber hinaus ist aufgrund der hohen Immunität des Pegels "H" Zustand das Rückstoßproblem nicht sehr prominent. Bei Geräten der HCT-Serie wird die Verbesserung verbessert, wenn die Schottky-Diodenklemmung und die Reihenwiderstandsabschluss-Methoden verwendet werden. Wirkung wird offensichtlicher sein. Bei höheren Bitraten und schnelleren Kantenraten sind die oben beschriebenen TTL-Formgebungsmethoden bei Lüftern entlang der Signalleitung etwas unzureichend. Aufgrund der reflektierten Wellen in der Leitung neigen sie dazu, sich mit hohen Bitraten zu kombinieren, was zu starken Signalverzerrungen und verminderter Störfestigkeit führt. Um das Reflexionsproblem zu lösen, wird daher in der Regel eine andere Methode im ECL-System verwendet: die Linienimpedanz-Matching-Methode. Auf diese Weise können Reflexionen kontrolliert und Signalintegrität gewährleistet werden. Streng genommen sind bei herkömmlichen TTL- und CMOS-Geräten mit langsameren Kantengeschwindigkeiten Übertragungsleitungen nicht unbedingt notwendig. Auch für Hochgeschwindigkeits-ECL-Geräte mit höheren Kantengeschwindigkeiten werden nicht immer Übertragungsleitungen benötigt. Bei der Verwendung von Übertragungsleitungen haben sie jedoch den Vorteil, dass sie Kabelverzögerungen vorhersagen und Reflexionen und Schwingungen durch Impedanzanpassung steuern können. Es gibt fünf grundlegende Faktoren, die entscheiden, ob eine Übertragungsleitung verwendet werden soll. Sie sind: (1) Kantenrate des Systemsignals, (2) Verdrahtungsabstand (3) Kapazitive Last (wie viel Lüfter), (4) Resistive Last (Leitungsabschlussmethode); (5) Zulässiger prozentualer Rückschlag und Überschuss (Verringerung der AC-Immunität).

5. Mehrere Arten von Übertragungsleitungen

1) Koaxialkabel und Twisted Pair: Sie werden oft für System-zu-System Verbindungen verwendet. Die charakteristische Impedanz des Koaxialkabels ist normalerweise 50Ω und 75Ω, und verdrilltes Paar ist normalerweise 110Ω.

2) Die Mikrostreifenleitung auf der Leiterplatte, die Mikrostreifenleitung ist ein Streifenleiter (Signalleitung). Isoliert von der Bodenebene mit einem Dielektrikum. Wenn Dicke, Breite und Abstand von der Grundebene der Linie steuerbar sind, ist auch ihre charakteristische Impedanz steuerbar. Die Ausbreitungsverzögerungszeit pro Längeneinheit der Mikrostreifenlinie hängt nur von der Dielektrizitätskonstante ab und hat nichts mit der Linienbreite oder dem Abstand zu tun.

3) Striplines in gedruckten Pappen

Eine Stripline ist eine Kupferstreife, die in der Mitte eines Dielektrikums zwischen zwei leitenden Ebenen platziert wird. Wenn die Dicke und Breite der Linie, die Dielektrizitätskonstante des Mediums und der Abstand zwischen den beiden leitenden Ebenen steuerbar sind, dann ist die charakteristische Impedanz der Linie auch steuerbar. Die Ausbreitungsverzögerungszeit pro Längeneinheit der Stripline hängt von der Breite oder dem Abstand der Linie ab. ist irrelevant; hängt nur von der relativen Permittivität des verwendeten Mediums ab.

Beenden der Übertragungsleitung: Beenden Sie das Empfangsende einer Leitung mit einem Widerstand, der der charakteristischen Impedanz der Leitung entspricht, dann wird die Übertragungsleitung als parallel-terminierte Verbindung bezeichnet. Es wird hauptsächlich verwendet, um elektrische Leistung zu erhalten, einschließlich Antrieb verteilter Lasten. Manchmal, um Stromverbrauch zu sparen, Ein 104 Kondensator wird in Reihe mit dem Abschlusswiderstand verbunden, um einen AC-Abschlusskreis zu bilden, die den DC-Verlust effektiv reduzieren kann. Ein Widerstand wird in Reihe zwischen dem Treiber und der Übertragungsleitung geschaltet, und das Ende der Leitung ist nicht mehr mit dem Abschlusswiderstand verbunden. Diese Beendigungsmethode wird Reihenabschluß genannt. Überschuss und Klingeln auf längeren Leitungen können mit Seriendämpfungs- oder Serienabschlusstechniken gesteuert werden. Series damping is achieved by using a small resistor (usually 10 to 75Ω) in series with the output of the drive gate. This damping method is suitable for use with wires whose characteristic impedance is controlled (such as backplane wiring, Leiterplatten ohne Masseebenen, und die meisten Drahtwicklungen, etc.). The value of the series resistor when terminated in series is related to the circuit (drive gate) output impedance. Die Summe ist gleich der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung. Die serielle Leitung hat den Nachteil, dass beim Abschluss nur vereinzelte Lasten verwendet werden können und eine längere Ausbreitungsverzögerungszeit. Allerdings, Dies kann durch redundante serielle Übertragungsleitungen überwunden werden. Parallel terminierte Leitungen Beide haben ihre eigenen Vorteile, Welche von ihnen verwendet werden, hängt vom Hobby des Designers und den Anforderungen des Systems ab.. Vollständig und verzerrungsfrei. Die Last auf der langen Leitung beeinflusst weder die Übertragungsverzögerungszeit des Antriebstors, das die lange Leitung antreibt, noch beeinflusst es seine Signalrandgeschwindigkeit, aber erhöht die Übertragungsverzögerungszeit des Signals entlang der langen Linie. Beim Fahren eines großen Lüfters, Die Last kann entlang der Linie durch die Abzweigkurzlinie verteilt werden, anstelle der Klemme, die die Last auf der Leitung wie in der Reihenbeendigung aggregieren muss. Das Reihenabschlussverfahren macht die Schaltung in der Lage, mehrere parallele Lastleitungen anzutreiben. Die Verzögerungszeit, die durch die Last verursacht wird, ist etwa doppelt so groß wie die der entsprechenden parallel beendeten Leitung, Während die kurze Linie die Kantengeschwindigkeit verlangsamt und die Verzögerungszeit des Antriebsgates aufgrund der kapazitiven Last erhöht. Allerdings, Der Hauptgrund ist, dass die Amplitude des Signals, das entlang der seriellen Verdrahtung übertragen wird, nur die Hälfte der Logikschwingung beträgt., so ist der Schaltstrom nur die Hälfte des parallel terminierten Schaltstroms, und die Signalenergie ist klein. Das Übersprechen ist auch klein auf Leiterplatte.