Noticias de PCB - ¿¿ cómo podemos diseñar una placa de PCB perfecta?

Todo el mundo sabe que el diseño de PCB es convertir el diagrama de circuito en una placa de circuito de PCB real, pero este no es un proceso simple. Muchas personas en el extranjero se refieren al diseño de PCB como arte. no es difícil colocar placas de pcb, pero hay que hacerlo bien. No es fácil usar PCB para realizar perfectamente sus funciones.

Las dos principales dificultades en el campo de la microelectrónica son el procesamiento de señales de alta frecuencia y señales débiles. En este sentido, el nivel de producción de placas de circuito impreso es particularmente importante. El mismo diseño de principio, los mismos componentes, los PCB producidos por diferentes personas tienen resultados diferentes. ¿Entonces, ¿ cómo podemos hacer una buena placa de pcb? Sobre la base de nuestra experiencia pasada, quiero hablar sobre mis puntos de vista sobre los siguientes aspectos:

Uno: objetivos de diseño claros

Al recibir la tarea de diseño, primero debemos aclarar sus objetivos de diseño, ya sea una placa de circuito impreso ordinaria, una placa de circuito impreso de alta frecuencia, una placa de circuito impreso de procesamiento de señales pequeñas o una placa de circuito impreso con procesamiento de señales de alta frecuencia y pequeñas al mismo tiempo. Si se trata de una placa de PCB ordinaria, siempre que el diseño y el cableado sean razonables y ordenados, el tamaño mecánico sea preciso, si hay líneas de carga media y líneas largas, se deben tomar ciertas medidas para reducir la carga, y se debe fortalecer la conducción de líneas largas, centrándose en evitar la reflexión de líneas largas. Cuando hay líneas de señal de más de 40 MHz en el tablero, se debe considerar especialmente estas líneas de señal, como la conversación cruzada entre líneas. Si la frecuencia es mayor, hay restricciones más estrictas sobre la longitud del cableado. Según la teoría de la red de parámetros distribuidos, la interacción entre los circuitos de alta velocidad y su cableado es un factor decisivo que no puede ser ignorado en el diseño del sistema. A medida que aumente la velocidad de transmisión de la puerta, la inversión de la línea de señal aumentará en consecuencia, y la conversación cruzada entre las líneas de señal adyacentes aumentará proporcionalmente. Por lo general, el consumo de energía y la disipación de calor de los circuitos de alta velocidad también son grandes, por lo que se están fabricando PCB de alta velocidad. Se debe prestar suficiente atención.

Estas líneas de señal requieren especial atención cuando hay señales débiles a nivel de milivoltios o incluso microvoltios en el tablero. Las señales pequeñas son demasiado débiles para ser interferidas fácilmente por otras señales fuertes. Las medidas de blindaje suelen ser necesarias, de lo contrario se reducirá considerablemente la relación señal - ruido. Como resultado, las señales útiles se inundaron de ruido y no se pudieron extraer de manera efectiva.

También se debe considerar la puesta en marcha de la placa en la etapa de diseño. No se pueden ignorar factores como la ubicación física del punto de prueba, el aislamiento del punto de prueba, porque algunas señales pequeñas y de alta frecuencia no se pueden agregar directamente a la sonda para la medición.

Además, se deben tener en cuenta otros factores relevantes, como el número de capas de la placa, la forma de encapsulamiento de los componentes utilizados y la resistencia mecánica de la placa. Antes de hacer el tablero de pcb, debe tener una buena idea de los objetivos de diseño.

Dos Conocer el diseño y los requisitos de cableado de las funciones de los componentes utilizados

Sabemos que algunos componentes especiales tienen requisitos especiales en términos de diseño y cableado, como los amplificadores de señal analógicos utilizados por Loti y aph. El amplificador de señal analógico requiere una fuente de alimentación estable y pequeñas ondas. Mantenga la parte de señal pequeña analógica lo más alejada posible del equipo de alimentación. En la placa oti, la parte de amplificación de señal pequeña también está especialmente equipada con una cubierta de blindaje para proteger la interferencia electromagnética dispersa. El chip glink utilizado en el tablero ntoi utiliza la tecnología ecl, que consume mucha potencia y genera calor. El problema de la disipación de calor debe considerarse especialmente en el diseño. Si se utiliza la disipación natural de calor, el chip glink debe colocarse en un lugar donde la circulación del aire es relativamente estable. Y el calor de la radiación no tendrá mucho impacto en otros chips. Si el tablero está equipado con altavoces u otros equipos de alta potencia, puede causar una grave contaminación de la fuente de alimentación. Esto también debe recibir suficiente atención.

Tres Precauciones para el diseño de componentes

El primer factor que debe tenerse en cuenta en el diseño de los componentes es el rendimiento eléctrico. Coloque los componentes lo más estrechamente posible, especialmente para algunas líneas de alta velocidad, para que sean lo más cortos posible al colocar señales eléctricas y pequeños equipos de señalización. Pendiente de separación. Bajo la premisa de cumplir con el rendimiento del circuito, los componentes deben colocarse ordenadamente y estéticamente, lo que es fácil de probar. También se deben considerar cuidadosamente las dimensiones mecánicas de la placa de circuito y la ubicación del enchufe.

El tiempo de retraso en la puesta a tierra y transmisión de las líneas de interconexión en el sistema de alta velocidad también es el primer factor considerado en el diseño del sistema. El tiempo de transmisión en la línea de señal tiene un gran impacto en la velocidad de todo el sistema, especialmente para los circuitos ecl de alta velocidad. Aunque los propios bloques de circuitos integrados son rápidos, esto se debe a que el uso de interconexiones ordinarias en la placa trasera (la longitud de cada línea de 30 cm es de aproximadamente 2 NS de retraso) aumenta el tiempo de retraso, lo que puede reducir considerablemente la velocidad del sistema. Es mejor que los componentes de trabajo simultáneos, como los registros de desplazamiento y los contadores de sincronización, se coloquen en la misma placa de plug - in, ya que el tiempo de retraso de transmisión de la señal del reloj en las diferentes placas de plug - in no es igual, lo que puede causar errores importantes en los registros de desplazamiento. Si no se puede colocar en una sola placa, la longitud de la línea de reloj desde la fuente de reloj de tiempo común hasta cada placa de plug - in debe ser igual, y la sincronización es la clave.

En cuarto lugar, consideraciones de cableado

Con la finalización del diseño de otni y la red de fibra óptica en forma de estrella, habrá más tarjetas de línea de señal de alta velocidad por encima de 100 MHz que deben diseñarse en el futuro. Aquí se presentarán algunos conceptos básicos de las líneas de alta velocidad.

1. líneas de transmisión

Cualquier ruta de señal "larga" en la placa de circuito impreso puede considerarse como una línea de transmisión. Si el tiempo de retraso de transmisión de la línea es mucho menor que el tiempo de subida de la señal, el principal reflejo generado durante el ascenso de la señal se inundará. Los excesos, los contragolpes y las campanas ya no existen. Para la mayoría de los circuitos mos actuales, debido a que la relación entre el tiempo de subida y el tiempo de retraso de transmisión de la línea es mucho mayor, la trayectoria puede ser de varios metros de largo sin distorsión de la señal. Para circuitos lógicos más rápidos, especialmente ecl de ultra alta velocidad.

Para los circuitos integrados, debido al aumento de la velocidad del borde, si no se toman otras medidas, la longitud del rastro debe reducirse considerablemente para mantener la integridad de la señal.

Hay dos maneras de hacer que los circuitos de alta velocidad funcionen en líneas relativamente largas sin distorsiones graves de la forma de onda. Ttl utiliza el método de compresión de diodos Schottky para reducir rápidamente el borde, reduciendo así el voltaje del electrodo de diodos por debajo del potencial del suelo. A nivel "h", esto reduce la amplitud de la brecha dental. El borde ascendente más lento permite un exceso de impulso, pero se atenua por una resistencia de salida relativamente alta (50 ï y medio 80 isla ©) del Circuito en estado "h". Además, debido a la mayor inmunidad del Estado "h", el problema de los descuentos no es muy prominente. Para los dispositivos de la serie hct, si se combina el método de compresión de diodos Schottky con el método de terminación de resistencia en serie, se mejorará y el efecto será más obvio.

Cuando el abanico aparece a lo largo de la línea de señal, el método de cirugía plástica ttl descrito anteriormente parece un poco insuficiente a una tasa de bits más alta y una tasa de borde más rápida. Debido a las ondas reflejadas en las líneas, a menudo se sintetizan a altas tasas de bits, lo que resulta en una grave distorsión de la señal y una menor capacidad anti - interferencia. Por lo tanto, para resolver el problema de la reflexión, los sistemas ecl suelen utilizar otro método: el método de emparejamiento de resistencia de línea. De esta manera, se puede controlar el reflejo y se puede garantizar la integridad de la señal.

Estrictamente hablando, las líneas de transmisión no son necesarias para los dispositivos tradicionales ttl y CMOS con velocidades de borde más lentas. Para los dispositivos ecl de alta velocidad con velocidades de borde más rápidas, no siempre se necesitan líneas de transmisión. Pero cuando se utilizan líneas de transmisión, tienen la ventaja de predecir el retraso de la conexión y controlar la reflexión y la oscilación a través de la coincidencia de resistencia. 1.

Hay cinco factores básicos para decidir si se utilizan líneas de transmisión. Son: (1) la velocidad de borde de la señal del sistema, (2) la distancia de conexión (3) la carga capacitiva (cuánto abanico), (4) la carga resistiva (método de terminación de línea); (5) porcentaje de brecha permitida y exceso de impulso (grado de reducción de la inmunidad de ca).

2. varios tipos de líneas de transmisión

(1) cables concéntricos y de par trenzado: se utilizan con frecuencia para la conexión entre sistemas. La resistencia característica de los cables concéntricos suele ser de 50 y 75 islas, y el par trenzado suele ser de 110 islas.

(2) líneas de MICROSTRIP en placas de circuito impreso

La línea de MICROSTRIP es un conductor de banda (línea de señal). Utilice un dieléctrico para aislarlo del plano de tierra. Si el grosor, el ancho y la distancia entre la línea y el plano de tierra son controlables, también se puede controlar su resistencia característica. La resistencia característica Z0 de la línea de MICROSTRIP es:

En la fórmula: [er es la constante dieléctrica relativa del material dieléctrico de la placa de circuito impreso

6 es el grosor de la capa dieléctrica

W es el ancho de la línea

T es el grosor de la línea

El tiempo de retraso de transmisión por unidad de longitud de la línea MICROSTRIP depende solo de la constante dieléctrica y no tiene nada que ver con el ancho o la distancia de la línea.

(3) líneas de banda en placas de impresión

El cable de cinta es un cable de cinta de cobre colocado en medio de un dieléctrico entre dos planos conductores. Si el grosor y el ancho de la línea, la constante dieléctrica del medio y la distancia entre los dos planos conductores son controlables, la resistencia característica de la línea también es controlable. La resistencia característica B de la línea de banda es:

En la fórmula: B es la distancia entre los dos pisos de tierra

W es el ancho de la línea

T es el grosor de la línea

Del mismo modo, el tiempo de retraso de transmisión por unidad de longitud de la línea de banda no está relacionado con el ancho o el espaciamiento de la línea; Solo depende de la constante dieléctrica relativa del medio utilizado.

3. líneas de transmisión no terminadas

Si el tiempo de retraso de la línea es mucho más corto que el tiempo de subida de la señal, se puede utilizar la línea de transmisión sin terminales en serie o paralelas. Si el retraso de ida y vuelta del cable no terminal (el tiempo necesario para que la señal se transmita una vez en la línea de transmisión) es mayor que el pulso. el tiempo de subida de la señal es muy corto, por lo que el retroceso causado por la conexión no terminal es de aproximadamente el 15% del Swing lógico. La longitud máxima de la ruta abierta es de aproximadamente:

Lmaïtre tre / 2 toneladas / día

Entre ellos: tr es el tiempo de subida

TPD es el tiempo de retraso de transmisión por unidad de longitud de línea

4. terminación de la línea de transmisión

En el extremo receptor de la línea, se utiliza una resistencia igual a la resistencia característica de la línea para terminar, y luego la línea de transmisión se llama conexión terminal paralela. Se utiliza principalmente para obtener el mejor rendimiento eléctrico, incluida la conducción de cargas distribuidas.

A veces, para ahorrar consumo de energía, conectar 104 condensadores en serie a resistencias de terminación para formar un circuito de terminación de CA puede reducir efectivamente la pérdida de corriente continua.

La resistencia está conectada en serie entre el conductor y la línea de transmisión, y los terminales de la línea ya no están conectados a la resistencia terminal. Este método de terminación se llama terminación en serie. El exceso de impulso y las campanas en líneas más largas se pueden controlar a través de la amortiguación en serie o la tecnología de terminación en serie. La amortiguación en serie se logra utilizando una pequeña resistencia (generalmente de 10 a 75 angstroms) conectada en serie con la salida de la puerta de accionamiento. Este método de amortiguación es adecuado para líneas cuya resistencia característica está controlada (como cableado de placas traseras, placas de circuito sin plano de tierra y la mayoría de los cables de devanado, etc.).

En los terminales de serie, la suma del valor de resistencia de serie y la resistencia de salida del circuito (puerta de accionamiento) es igual a la resistencia característica de la línea de transmisión. La desventaja del cableado de terminales en serie es que solo se puede utilizar una carga centralizada en los terminales y el tiempo de retraso de transmisión es más largo. Sin embargo, esto se puede superar utilizando líneas de transmisión redundantes de terminación en serie.

5. comparación de varios métodos de terminación

Tanto el paralelo como la serie tienen sus propias ventajas. El uso de uno o ambos depende de las preferencias del diseñador y los requisitos del sistema. La principal ventaja del paralelismo es que el sistema es rápido y la señal se transmite en línea sin distorsión. La carga en la línea larga no afectará el tiempo de retraso de transmisión de la puerta de accionamiento que conduce la línea larga ni su velocidad de borde de señal, sino que aumentará el retraso de transmisión de la señal a lo largo de la línea larga. Al conducir grandes abanicos, la carga se puede distribuir a lo largo de ramas cortas, en lugar de concentrar la carga en terminales en línea como terminales en serie.

El método de terminación en serie permite al circuito conducir múltiples líneas de carga paralelas. El aumento del tiempo de retraso causado por la carga capacitiva del cableado de terminales en serie es aproximadamente el doble que el cableado de terminales paralelas correspondiente, y el cortocircuito es causado por la carga capacitiva. La velocidad se ralentiza y el tiempo de retraso de la puerta de accionamiento aumenta. Sin embargo, la conversación cruzada de las conexiones en serie es menor que la de las conexiones paralelas. La razón principal es que la amplitud de las señales transmitidas a lo largo de la conexión en serie es solo la mitad del Swing lógico. La corriente del interruptor es solo la mitad de la corriente del interruptor conectado en paralelo, con poca energía de señal y poca conversación cruzada.

Tecnología de cableado de doble tablero de PCB

Al hacer pcb, la elección de una placa doble o multicapa depende de la frecuencia máxima de trabajo, la complejidad del sistema de circuito y los requisitos para la densidad de montaje. En ese momento, cuando la frecuencia del reloj superaba los 200 mhz, era mejor elegir una placa multicapa. Si la frecuencia de funcionamiento supera los 350 mhz, es mejor elegir una placa de circuito impreso con PTFE como capa dieléctrica, ya que su atenuación de alta frecuencia es menor, su capacidad parasitaria es menor y su velocidad de transmisión es más rápida. El consumo de energía es grande y bajo, y el cableado de la placa de circuito impreso requiere los siguientes principios.

(1) al diseñar la línea de transmisión de señal, se deben evitar giros bruscos para evitar reflejos causados por cambios repentinos en la resistencia característica de la línea de transmisión. Trate de diseñar un arco uniforme con un cierto tamaño.

(2) mantener el mayor espacio posible entre todas las líneas de señal paralelas para reducir las conversaciones cruzadas. Si hay dos líneas de señal muy cercanas, es mejor conectar un cable de tierra entre las dos líneas, lo que puede desempeñar un papel de blindaje.

El ancho de la línea impresa se puede calcular de acuerdo con la fórmula de cálculo de la resistencia característica de la línea de MICROSTRIP y la línea de banda mencionada anteriormente. La resistencia característica de las líneas de MICROSTRIP en la placa de circuito impreso suele estar entre 50 y 120 angstroms. Para obtener una gran resistencia característica, el ancho de línea debe ser muy estrecho. Pero las líneas muy finas no son fáciles de hacer. Teniendo en cuenta diversos factores, es apropiado seleccionar generalmente los valores de resistencia de unas 68 islas, ya que la resistencia característica de 68 islas puede lograr un equilibrio óptimo entre el tiempo de retraso y el consumo de energía. Una línea de transmisión de 50 islas consumirá más electricidad; Por supuesto, una mayor resistencia puede reducir el consumo de energía, pero aumentará el tiempo de retraso de transmisión. Los condensadores de línea negativa aumentarán el tiempo de retraso de transmisión y reducirán la resistencia característica. Sin embargo, la capacidad intrínseca por unidad de longitud de los segmentos con una resistencia característica muy baja es relativamente grande, por lo que el tiempo de retraso de transmisión y la resistencia característica se ven menos afectados por la capacidad de carga. Una característica importante de terminar con la línea de transmisión correcta es que las ramas cortas no deben afectar el tiempo de retraso de la línea. Cuando Z0 era de 50 islas. La longitud de las pilas de rama debe limitarse a 2,5 centímetros o menos. Para evitar campanas fuertes.

(4) si hay un pequeño amplificador de señal en el tablero, la línea de señal débil antes de amplificar debe mantenerse alejada de la línea de señal fuerte, el rastro debe ser lo más corto posible y, si es posible, debe protegerse con un cable de tierra.

(5) si hay equipos de gran corriente en la placa de circuito impreso, como relés, luces indicadoras, altavoces, etc., sus cables de tierra deben separarse para reducir el ruido en los cables de tierra. Los cables de tierra de estos dispositivos de gran corriente deben estar conectados a autobuses de tierra independientes en la placa de enchufe y la placa trasera, y estos cables de tierra independientes también deben estar conectados a los puntos de tierra de todo el sistema.

(6) para placas de doble cara (o cuatro líneas en seis capas). Las líneas a ambos lados de la placa de circuito deben ser perpendiculares entre sí para evitar conversaciones cruzadas causadas por la inducción mutua.