Leiterplattentechnisch - Einige grundlegende Regeln des PCB Layouts

Da das elektrische Feld zwischen der Leistungsschicht und der Schicht variabel ist, strahlen elektromagnetische Störungen vom Rand der Platte aus. Das nennt man Kanteneffekt.

Die Lösung besteht darin, die Leistungsschicht zu schrumpfen, so dass das elektrische Feld nur im Bereich der Erdungsebene geleitet wird. Wenn ein H (dielektrische Dicke zwischen Stromversorgung und Masse) als Einheit genommen wird, wenn das elektrische Feld durch 20h eingerückt wird, kann 70% des elektrischen Feldes auf den Rand der Erdungsebene begrenzt werden, und das elektrische Feld von 98% kann innerhalb 100h begrenzt werden.

Weitere Vorsichtsmaßnahmen für das PCB-Layout

1. Allgemeine Vorschriften

1.1 Digital-, Analog- und DAA-Signalverdrahtungsbereiche sind auf der Leiterplatte vorgeteilt.

1.2 digitale und analoge Komponenten und entsprechende Verdrahtung sind soweit wie möglich zu trennen und in ihren jeweiligen Verdrahtungsbereichen zu platzieren.

1.3 Hochgeschwindigkeitssignalweiterleitung muss so kurz wie möglich sein.

1.4 empfindliche analoge Signalweiterleitung muss so kurz wie möglich sein.

1.5 vernünftigerweise Energie und Boden verteilen.

1.6 DGND, agnd und Feldtrennung.

1.7 breite Drähte werden für Stromversorgung und kritische Signalführung verwendet.

1.8 die digitale Schaltung wird in der Nähe der parallelen Bus-seriellen DTE-Schnittstelle platziert, und die DAA-Schaltung wird in der Nähe der Telefonleitungsschnittstelle platziert.

Grundregeln und Fähigkeiten der Leiterplattenverkabelung

2. Platzierung von Bauteilen

2.1 im Schaltplan des Systems:

a) digitale, analoge, DAA-Schaltungen und zugehörige Schaltungen aufteilen;

b) Verteilen Sie digitale, analoge und hybride digitale analoge Komponenten in jeder Schaltung;

c) Achten Sie auf die Positionierung der Stromversorgung und Signalpins jedes IC-Chips.

2.2 unterteilen Sie vorab den Verdrahtungsbereich von digitalen, analogen und DAA-Schaltungen auf PCB (im Allgemeinen 2,1 bis 1). Digitale und analoge Komponenten und deren entsprechende Verdrahtung müssen weit entfernt und in ihrem jeweiligen Verdrahtungsbereich so weit wie möglich begrenzt sein.

Hinweis: Wenn DAA-Schaltung einen großen Anteil ausmacht, gibt es mehr Steuerung und Statussignal-Routing durch seinen Verdrahtungsbereich, der gemäß lokalen Regeln, wie Komponentenabstand, Hochspannungsdämpfung, Strombegrenzung usw. eingestellt werden kann.

2.3 nach vorläufiger Teilung, platzieren Sie Komponenten vom Stecker und Jack:

a) Steckdosen um Stecker und Buchse platzieren;

b) Lassen Sie Platz für Stromversorgung und Erdungskabelung um Komponenten;

c) Setzen Sie das entsprechende Plug-In um die Steckdose.

2.4 Hybridkomponenten (wie Modem-Geräte, ein LED-D-, D-Wandler-Chips usw.):

a) Bestimmen Sie die Platzierungsrichtung der Komponenten und versuchen Sie, die digitalen Signal- und analogen Signal-Pins ihren jeweiligen Verdrahtungsbereichen zuzuweisen;

b) Platzieren Sie Komponenten an der Kreuzung des digitalen und analogen Signalverdrahtungsbereichs.

2.5 alle Simulatoren platzieren:

a) Platzieren Sie analoge Schaltungskomponenten, einschließlich DAA-Schaltung;

b) Die Simulatoren sind nah beieinander und auf einer Seite der Leiterplatte platziert, die txa1-, TXA2-, Rin-, VC- und VREF-Signalverdrahtung enthält;

c) Vermeiden Sie die Platzierung von Komponenten mit hohem Rauschen um die txa1-, TXA2-, Rin-, VC- und VREF-Signalverdrahtung;

d) Für serielle DTE-Module, DTE EIA-Richtlinie-232-e

Der Empfänger-Treiber des seriellen Schnittstellensignals muss sich so weit wie möglich in der Nähe des Steckers befinden und von der Hochfrequenz-Taktsignalweiterleitung entfernt sein, um die Zunahme von Rauschunterdrückungseinrichtungen auf jeder Leitung wie Drossel und Kapazität zu vermeiden.

2.6 Platzierung digitaler Komponenten und Entkopplungskondensatoren:

a) Digitale Komponenten werden zentralisiert platziert, um die Verdrahtungslänge zu reduzieren;

b) Platzieren Sie einen 0,1uF-Entkopplungskondensator zwischen die Stromversorgungs-Masse des IC, und der Verbindungsweg muss so kurz wie möglich sein, um EMI zu reduzieren;

c) Bei parallelen Busmodulen liegen die Komponenten nahe beieinander

Die Anschlusskante muss so platziert werden, dass sie dem Standard der Anwendungsbusschnittstelle entspricht, so dass die ISA-Busleitungslänge auf 2,5in begrenzt ist;

d) Für das serielle DTE-Modul ist die Schnittstellenschaltung nahe am Stecker;

e) Der Kristalloszillatorkreis muss so nah wie möglich an seinem Treiber sein.

2.7 der Erdungskabel jedes Bereichs wird normalerweise an einem oder mehreren Punkten mit 0-ohm Widerstand oder Bär angeschlossen.

3. Signalführung

3.1 bei der Modemsignalweiterleitung, Signalleitungen, die anfällig für Rauschen sind, und Signalleitungen, die anfällig für Störungen sind, sind so weit wie möglich fernzuhalten. Ist dies unvermeidbar, sind zur Isolierung neutrale Signalleitungen zu verwenden.

Der Signalpin, der neutrale Signalpin und der Signalpin, der für Interferenzen des Modems anfällig ist, sind in der folgenden Tabelle dargestellt:

Modemsignalleitung

RS-232C serielle Port-Signale werden in drei Kategorien unterteilt: Übertragungssignal, Kontaktsignal und Erdungskabel

(1) Übertragungssignal: bezieht sich auf TXD (Übertragungsdatensignalleitung) und RXD (Empfangsdatensignalleitung). Das Format der über TXD übertragenen und über RXD empfangenen Informationen lautet: Eine Übertragungseinheit (Byte) besteht aus Startbit, Datenbit, Paritätsbit und Stoppbit.

(2) Kontaktsignal: bezieht sich auf RTS-, CTS-, DTR-, DSR-, DCD- und RI-Signale, und ihre Funktionen sind:

RTS (Request Transmission) ist das Kontaktsignal, das vom PC an das Modem gesendet wird. Der hohe Pegel zeigt an, dass der PC fordert, Daten an das Modem zu übertragen

CTS (Clear Transmission) ist das Kontaktsignal, das vom Modem an den PC gesendet wird. High Level zeigt an, dass das Modem auf das vom PC gesendete RTS-Signal reagiert und bereit ist, Daten an das Remote-Modem zu senden.

DTR (Data Terminal Ready) ist das Kontaktsignal, das vom PC an das Modem gesendet wird. Der Hochleistungsbildschirm zeigt an, dass der PC bereit ist, und es kann ein Kommunikationskanal zwischen dem lokalen Modem und dem entfernten Modem eingerichtet werden. Wenn es sich um einen Bildschirm mit niedrigem Stromverbrauch handelt, zwingen Sie das Modem, die Kommunikation zu beenden.

DSR (Data Device Ready) ist das Kontaktsignal, das vom Modem an den PC gesendet wird und den Betriebszustand des lokalen Modems anzeigt. Ein hoher Pegel zeigt an, dass sich das Modem nicht im Testanrufszustand befindet und einen Kanal mit dem Remote-Modem aufbauen kann.

DCD (Transmission Detection) ist das Statussignal, das vom Modem an den PC gesendet wird.

RI (Ringing Indication) ist das Statussignal, das vom Modem an den PC gesendet wird.

(3) Das Erdungskabelsignal (GND) liefert den gleichen potenziellen Bezugspunkt für den angeschlossenen PC und Modem.

56K High-Speed Modem ist ein Einwahl-High-Speed Modem, das in 1997 eingeführt wurde. Seine Übertragungsrate ist höher als die Grenzrate von 33.6kbps auf der traditionellen Telefonleitung, weil es eine Modulations- und Demodulationstechnologie annimmt, die sich völlig von 33.6k unterscheidet, und sein Werkstückprinzip und seine Anwendungsanforderungen unterscheiden sich auch von 33.6k Hochgeschwindigkeitsmodem.

Die Verbindungsstandards zwischen DTE und DCE umfassen cctv.10/x.26;

Die digitale Signalverdrahtung 3.2 ist soweit wie möglich im Bereich der digitalen Signalverdrahtung zu platzieren;

Die analoge Signalverdrahtung ist soweit wie möglich im Bereich der analogen Signalverdrahtung zu platzieren.

(Isolationsverdrahtung kann vorplatziert werden, um die Verdrahtung zu begrenzen, um zu verhindern, dass sich die Verdrahtung aus dem Verdrahtungsbereich ausbreitet)

Das digitale Signalrouting ist senkrecht zur analogen Signalrouting, um Kreuzkopplung zu reduzieren.

3.3 verwenden isoliertes Routing (normalerweise Masse), um das analoge Signalrouting auf den analogen Signalverdrahtungsbereich zu begrenzen.

a) Die isolierte Erdverdrahtung des analogen Bereichs umgibt den analogen Signalverdrahtungsbereich, der auf beiden Seiten der Leiterplatte angeordnet ist, mit einer Linienbreite von 50-100mil;

b) Die isolierte Verdrahtung des digitalen Bereichs umschließt den digitalen Signalverdrahtungsbereich, der auf beiden Seiten der Leiterplatte mit einer Linienbreite von 50-100mil angeordnet sein soll, und der Rand einer Leiterplatte ist mit einer Breite von 200mil anzuordnen.

3.4 parallele Busschnittstellensignal Verdrahtungsleitungsbreite "10mil (im Allgemeinen 12-15mil), wie z.B. HCS, /HRD, /HWT, /Zurücksetzen.

Breite der analogen Signalverdrahtung 3.5: 10mil (im Allgemeinen 12-15mil), wie MICM, micv, spkv, VC, VREF, txa1, TXA2, RXa, Telin und Telout.

3.6 Die Weiterleitung aller anderen Signale muss so breit wie möglich sein, die Leitungsbreite muss 5MIL (im Allgemeinen 10mil) betragen und die Weiterleitung zwischen den Komponenten muss so kurz wie möglich sein (dies ist bei der Platzierung von Bauteilen im Voraus zu berücksichtigen).

3.7 die Verdrahtungsleitungsbreite vom Bypass-Kondensator zum entsprechenden IC muss 25mil betragen, und Durchgänge sollen so weit wie möglich vermieden werden.

3.8-Signalleitungen, die verschiedene Bereiche durchlaufen (z. B. typische Zustandssignale der Niedergeschwindigkeitsregelung), müssen an einem Punkt (bevorzugt) oder an zwei Punkten durch isolierte Erdungskabel geführt werden. Wenn das Routing nur auf einer Seite ist, kann das isolierte Massedraht auf die andere Seite der Leiterplatte gehen, um das Signalrouting zu überspringen und die Kontinuität aufrechtzuerhalten.

3.9 Hochfrequenz-Signalführung vermeidet 90-Grad-Winkelbiegung, und glatter Bogen oder 45-Grad-Winkel wird verwendet.

3.10 Hochfrequenzsignalverdrahtung reduziert die Verwendung der Durchgangsverbindung.

3.11 Die gesamte Signalführung muss von der Kristalloszillatorschaltung entfernt sein.

3.12 Single Continuous Routing ist für Hochfrequenzsignal Routing zu verwenden, um zu vermeiden, dass mehrere Routingabschnitte von einem Punkt ausgehen.

3.13 in DAA-Schaltung, lassen Sie mindestens 60mil Platz um die Perforation (alle Schichten).

3.14 löschen Sie die Erdungsschleife, um zu verhindern, dass versehentliche Stromrückmeldung die Stromversorgung beeinträchtigt.

4. Stromversorgung

4.1 bestimmen Sie die Stromverbindungsbeziehung.

4.2 im digitalen Signalverdrahtungsbereich, 10uF Elektrolytkondensator oder Tantalkondensator wird parallel mit 0.1uF Keramik-Chip-Kondensator verbunden und dann zwischen Stromversorgungs-Erdung angeschlossen. Platzieren Sie einen am Stromeingangsende und am entferntesten Ende der Leiterplatte, um Störstörungen zu vermeiden, die durch Leistungsspitzenpulse verursacht werden.

4.3 für die doppelseitige Platine, in der gleichen Schicht des Stromkreises, umgeben Sie die Schaltung mit einer Stromleitung mit einer Leitungsbreite von 200mil auf beiden Seiten. (die andere Seite wird numerisch gleich behandelt)

4.4 im Allgemeinen wird die Stromverdrahtung zuerst verlegt, und dann die Signalverdrahtung.

5. Land

5.1 Im Doppelpanel werden die ungenutzten Bereiche um und unter den digitalen und analogen Komponenten (außer DAA) mit digitalen oder analogen Bereichsdomänen gefüllt. Die gleichen Bereichsdomänen auf verschiedenen Ebenen sind miteinander verbunden, und die gleichen Bereichsdomänen auf verschiedenen Ebenen werden durch mehrere Durchgänge verbunden: Modem DGND-Pin verbindet sich mit digitalem Bereich, AGND-Pin verbindet sich mit analogem Bereich; Digitale und analoge Bereiche sind durch eine gerade Lücke getrennt.

5.2 In der vierschichtigen Platte verwenden Sie den digitalen und analogen Bereich, um die digitalen und analogen Komponenten (außer DAA) abzudecken; Modem DGND Pin verbindet mit digitaler Region, AGND Pin verbindet mit analoger Region; Digitale und analoge Bereiche sind durch eine gerade Lücke getrennt.

5.3 Wenn im Design ein EMI-Filter benötigt wird, sollte am Sockelsende der Schnittstelle ein Platz reserviert werden, in dem die meisten EMI-Geräte (Bead/Kondensator) platziert werden können. Nicht genutzte Bereiche sind mit Zonen gefüllt und müssen mit einem abgeschirmten Gehäuse verbunden werden.

5.4 Die Stromversorgung jedes Moduls sollte getrennt werden. Funktionsmodule können unterteilt werden in: parallele Busschnittstelle, Anzeige, Digitalschaltung (SRAM, EPROM, Modem), DAA, etc. Jedes Funktionsmodul kann nur die Energie/Masse am Quellpunkt der Leistung/Masse anschließen.

5.5 Paare serieller DTE-Module, die Entkopplungskapazität verwenden, um Leistungskopplung zu reduzieren, können dasselbe auch für Telefonleitungen tun.

5.6 Grundlinien sind durch einen Punkt verbunden, wenn möglich mit Bead; Erlauben Sie den Anschluss von Erdungsleitungen an anderer Stelle, wenn EMI-Unterdrückung erforderlich ist.

5.7 Alle Bodenlinien sollten so breit wie möglich sein, 25-50 mil.

5.8 Alle IC-Leistungs-/Massekondensatoren laufen so kurz wie möglich und verwenden keine Durchgangslöcher.

6. Kristallschwingungskreis

6.1 Alle Leitungen, die an den Kristalleingang/Ausgang angeschlossen werden (z.B. XTLI, XTLO) sind so kurz wie möglich, um Störstörungen und den Effekt verteilter Kapazität auf Crystal zu reduzieren. XTLO läuft so kurz wie möglich und hat einen Wendewinkel von nicht weniger als 45 Grad. (Hochstromtreiber durch XTLO-Verbindung zur schnellen Anstiegszeit)

6.2 Es gibt keine Erdungsdrahtschicht in der Doppelplatte. Der kapazitive Erdungskabel des Kristalls sollte mit dem DGND-Stift verbunden werden, der der Kristalloszillation am Gerät am nächsten ist, und zwar mit möglichst kurzen Drähten, um das Durchgangsloch zu minimieren.

6.3 Wenn möglich, ist das Kristallgehäuse geerdet.

6.4 Verbinden Sie einen 100-Ohm-Widerstand zwischen dem XTLO-Pin und dem Kristalloszillator/Kondensator-Knoten.

6.5 Kristallschwingungskondensator ist direkt mit dem GND-Pin des Modems verbunden. Verwenden Sie keine Massefläche oder Masseleitung, um Kapazität an den GND-Pin des Modems anzuschließen.

7. Unabhängiges Modemdesign mit EIA/TIA-232 Schnittstelle

7.1 Metallgehäuse verwenden. Wenn Kunststoffgehäuse benötigt wird, sollte Metallfolie oder leitfähiges Spray innen aufgetragen werden, um EMI zu reduzieren.

7.2 Platzieren Sie den gleichen Modus Choke an jedem Netzkabel.

Steckverbinder mit 7.3-Komponenten, die in der Nähe der EIA/TIA-232-Schnittstelle angeordnet sind.

7.4 Alle EIA/TIA-232-Geräte werden getrennt vom Stromquellenpunkt mit Strom/Masse verbunden. Die Quelle der Leistung/Masse sollte der Stromeingang auf der Platine oder der Ausgang des Spannungsreglerchips sein.

Das 7.5 EIA/TIA-232 Kabel wird signalisiert mit der digitalen Masse verbunden.

Für analoge Signale sind einige weitere Details gegeben:

Das Design der analogen Schaltung ist der schwierigste, aber auch der tödlichste Teil für Ingenieure. Obwohl die Entwicklung der digitalen Schaltung und der großen integrierten Schaltung derzeit sehr schnell ist, ist das Design der analogen Schaltung immer noch unvermeidlich und kann manchmal nicht durch digitale Schaltung, wie HF-HF-Schaltung Design ersetzt werden! Hier ist eine Zusammenfassung der Probleme, die beim Design von analogen Schaltungen bemerkt werden sollten. Einige sind rein empirisch. Wir hoffen, Sie können mehr hinzufügen und mehr kritisieren!

(1) Um einen Rückkopplungskreis mit guter Stabilität zu erhalten, wird normalerweise ein kleiner Widerstand oder Drosselring außerhalb des Rückkopplungsrings benötigt, um einen Puffer für die kapazitive Last bereitzustellen.

(2) Integrale Rückkopplungsschaltungen erfordern normalerweise einen kleinen Widerstand (ca. 560 Euro) in Reihe mit jedem integrierten Kondensator größer als 10 pF.

(3) Verwenden Sie keine aktive Schaltung außerhalb der Rückkopplungsschleife, um die HF-Bandbreite der EMV zu filtern oder zu steuern, sondern nur ein passives Element (vorzugsweise eine RC-Schaltung). Integrales Feedback ist nur bei Frequenzen wirksam, bei denen der Open-Loop-Gain größer ist als der Closed-Loop-Gain. Bei höheren Frequenzen kann der integrierte Schaltkreis den Frequenzgang nicht steuern.

(4) Um eine stabile lineare Schaltung zu erhalten, müssen alle Verbindungen durch passive Filter oder andere Unterdrückungsmethoden wie z.B. photoelektrische Isolation geschützt werden.

(5) EMV-Filter werden verwendet, und IC-bezogene Filter sollten an die lokale 0V-Referenzebene angeschlossen werden.

(6) Ein- und Ausgangsfilter sollten an den Anschlüssen externer Kabel angebracht werden. Jede Drahtverbindung ohne Schirmsystem muss aufgrund des Antenneneffekts gefiltert werden. Eine Filterung ist auch an den Drahtanschlüssen innerhalb des Abschirmsystems eines Wandlers mit digitaler Signalverarbeitung oder Schaltmodus erforderlich.

(7) Hochqualitative HF-Entkopplung ist in analoger IC-Stromversorgung und Massebeschränkungspin erforderlich, genau wie digitaler IC. Analoge IC erfordern jedoch in der Regel eine Leistungsentkopplung bei niedrigen Frequenzen, da das Power Noise Rejection Ratio (PSRR) analoger Komponenten wenig über 1 KHz ansteigt. RC- oder LC-Filter sollten an den analogen Stromleitungen jedes Operationsverstärker, Komparators und Datenkonverters verwendet werden. Die Eckfrequenz des Leistungsfilters sollte die PSRR-Eckfrequenz und Neigung des Gerätes kompensieren, um den gewünschten PSRR über den gesamten Betriebsfrequenzbereich zu erhalten. 2 p%U-S; Y3 A8 f

(8) Für analoge Hochgeschwindigkeitssignale ist die Übertragungsleitungstechnik entsprechend ihrer Verbindungslänge und der höchsten Kommunikationsfrequenz erforderlich. Selbst bei niederfrequenten Signalen kann der Einsatz von Übertragungsleitungstechnologie ihre Störfestigkeit verbessern, aber das Fehlen einer richtig abgestimmten Übertragungsleitung führt zu Antenneneffekten.

(9) Vermeiden Sie die Verwendung hochohmiger Eingänge oder Ausgänge, die sehr empfindlich auf elektrische Felder sind.

(10) Da der größte Teil der Strahlung durch Gleichtaktspannung und -strom erzeugt wird und weil die meisten elektromagnetischen Störungen in der Umgebung durch Gleichtaktprobleme verursacht werden, wird symmetrische Sende- und Empfangstechnologie (Differenzmodus) in analogen Schaltungen einen guten EMV-Effekt haben und Übersprechen reduzieren. Treiber für Balanced Circuit (Differential Circuit) verwenden das 0V-Bezugssystem nicht als Rückstromschleife, wodurch große Stromschleifen vermieden werden, wodurch HF-Strahlung reduziert wird.

(11) Der Komparator muss eine Verzögerung (positives Feedback) aufweisen, um fehlerhafte Ausgabeumwandlungen aufgrund von Rauschen und Interferenzen zu verhindern und Schwingungen an Haltepunkten zu verhindern. Verwenden Sie keinen schnelleren Vergleich als Sie benötigen (halten Sie dV/dt so niedrig wie möglich, während Sie Ihre Anforderungen erfüllen).

(12) Einige analoge ICs sind besonders empfindlich auf Hochfrequenzfelder, so dass es oft notwendig ist, solche analogen Elemente mit einem kleinen Metallschildkasten abzuschirmen, der auf der Leiterplatte montiert und mit der Erdoberfläche der Leiterplatte verbunden ist. Seien Sie vorsichtig, um seinen Wärmeableitungszustand sicherzustellen.

CPLD ist die Abkürzung für Complex PLD. Wie der Name schon sagt, ist es ein komplexeres logisches Element als PLD. CPLD ist ein Logik-Element mit hoher Integration. Aufgrund seiner hohen Integration hat es die Vorteile einer verbesserten Leistung, erhöhter Zuverlässigkeit, reduzierter Leiterplattenfläche und niedrigerer Kosten. Ein CPLD-Element ist im Grunde eine Kombination aus vielen logischen Blöcken. Jeder logische Block ähnelt einem einfachen PLD-Element (wie 22V10). Die Beziehung zwischen logischen Blöcken besteht aus variablen Verbindungsarchitekturen, die die gesamte Logikschaltung synthetisieren.

Häufige CPLD-Komponenten sind die Serien Max5000 und Max7000 von Altera. Bei den Serien Max340 und Flash370 von Cypress liegt die Gate-Anzahl von CPLD-Elementen im Allgemeinen zwischen 1000 und 7000 Gates.