Blogue PCB - Comment faire une bonne carte PCB

Comme vous le savez tous, faire une carte PCB est de transformer un schéma bien conçu en une véritable carte PCB. Veuillez ne pas sous - estimer le processus. Il y a beaucoup de choses qui fonctionnent en principe, mais qui sont difficiles à réaliser en ingénierie, ou c'est quelque chose que d'autres peuvent réaliser, mais que d'autres ne peuvent pas. Il n'est donc pas difficile de faire des cartes PCB, mais bien les faire n'est pas une tâche facile. Deux difficultés majeures dans le domaine de la microélectronique sont le traitement des signaux à haute fréquence et des signaux faibles. À cet égard, le niveau de production des cartes PCB est particulièrement important. Même conception de principe, mêmes composants, différentes personnes produisent des cartes PCB avec des caractéristiques différentes. Résultat, alors comment pouvons - nous faire une bonne carte PCB? Sur la base de nos expériences passées, nous aimerions partager nos points de vue sur plusieurs aspects:

1. Soyez clair sur vos propres objectifs de conception

Lorsque vous recevez une tâche de conception, vous devez d'abord clarifier l'objectif de conception, qu'il s'agisse d'une carte PCB normale, d'une carte PCB haute fréquence, d'une carte PCB de traitement du petit signal ou d'une carte PCB qui effectue à la fois un traitement haute fréquence et un traitement du petit signal. S'il s'agit d'une carte PCB normale, tant que la disposition et le câblage sont raisonnablement soignés, la taille mécanique est précise, s'il y a une ligne de charge moyenne et une ligne de charge longue, certains moyens doivent être utilisés pour réduire la charge. Lorsqu'il y a des lignes de signal de plus de 40 MHz sur la carte, ces lignes de signal doivent être particulièrement prises en compte, par exemple la diaphonie entre les lignes. Plus la fréquence est élevée, plus la longueur du câblage est limitée. Selon la théorie des réseaux qui répartit les paramètres, l'interaction entre les circuits à grande vitesse et leur câblage est un facteur déterminant qui ne peut être négligé dans la conception du système. Au fur et à mesure que la vitesse de transmission de la grille augmente, l'inverse sur les lignes de signal augmentera en conséquence et la diaphonie entre les lignes de signal adjacentes augmentera proportionnellement. Habituellement, la consommation d'énergie et la dissipation de chaleur des circuits à grande vitesse sont également importantes. Lors de la fabrication de circuits imprimés à grande vitesse, une attention suffisante doit être accordée à la carte. Une attention particulière doit être accordée à ces lignes de signal lorsqu'il y a de faibles signaux de l'ordre du millivolt ou même du microvolt sur la plaque. Comme les petits signaux sont trop faibles, ils sont facilement perturbés par d'autres signaux forts et nécessitent souvent des mesures de blindage. Le rapport signal sur bruit est fortement réduit. Il en résulte que le signal utile est noyé dans le bruit et ne peut être extrait efficacement. La mise en service des plaques doit également être prise en compte lors de la phase de conception. Des facteurs tels que l'emplacement physique du point d'essai et l'isolement du point d'essai ne peuvent pas être ignorés, car certains signaux de petite taille et de haute fréquence ne peuvent pas être ajoutés directement à la sonde pour la mesure. En outre, d'autres facteurs pertinents doivent être pris en compte, tels que le nombre de couches de la plaque, la forme d'encapsulation de l'ensemble utilisé et la résistance mécanique de la plaque. Avant de faire une carte PCB, il est nécessaire de comprendre les objectifs de conception de la conception.

2. Comprendre la disposition et les exigences de câblage des fonctions des composants utilisés

Nous savons que certains composants spéciaux ont des exigences particulières pour la disposition et le câblage, par exemple les amplificateurs de signaux analogiques utilisés dans Loti et APH. Un amplificateur de signal analogique nécessite une alimentation stable et une ondulation plus petite. La Section de petit signal analogique doit être aussi éloignée que possible de l'appareil d'alimentation. Sur la carte Oti, la petite section amplification de signal est également spécialement équipée d'un blindage pour protéger contre les interférences électromagnétiques parasites. Les puces glink utilisées sur les cartes ntoi utilisent un processus ECL qui consomme beaucoup d'énergie et génère de la chaleur. La question de la dissipation de chaleur doit être particulièrement prise en compte lors de la disposition. Si la dissipation de chaleur naturelle est utilisée, la puce glink doit être placée dans un endroit où la circulation d'air est relativement lisse, Et la chaleur dégagée n'affectera pas beaucoup les autres puces. Si la carte est équipée de haut - parleurs ou d'autres appareils de forte puissance qui peuvent causer une grave contamination de l'alimentation, une attention suffisante doit également être accordée.

3. Considérations relatives à la disposition des composants

L'un des premiers facteurs à considérer dans la disposition des éléments est la performance électrique. Les composants étroitement liés au câblage doivent être mis ensemble autant que possible. Surtout pour certaines lignes à grande vitesse, la disposition doit être aussi courte que possible. Les dispositifs de signal d'alimentation et de petit signal doivent être séparés. Sous réserve de satisfaire aux performances du circuit, il est également nécessaire de tenir compte du placement soigné et esthétique des éléments, ce qui facilite les tests. Les dimensions mécaniques des plaques et l'emplacement des prises doivent également être soigneusement pris en compte. La mise à la terre et le temps de retard de propagation des interconnexions dans les systèmes à grande vitesse sont également des considérations primordiales dans la conception du système. Le temps de transmission sur la ligne de signal a une grande influence sur la vitesse de l'ensemble du système, en particulier pour les circuits ECL haute vitesse. Bien que la vitesse du bloc de circuit intégré lui - même soit très élevée, un retard de 2 NS augmente le temps de retard dû à l'utilisation de lignes d'interconnexion ordinaires sur le fond de panier (chaque ligne a une longueur d'environ 30 cm), ce qui ralentit considérablement le système. Les organes de travail synchrones tels que les registres à décalage et les compteurs synchrones sont placés sur une même carte enfichable car les temps de retard de transfert des signaux d'horloge vers les différentes cartes enfichables ne sont pas égaux, ce qui peut entraîner une erreur principale dans les registres à décalage. Les plaques, dans le cas où la synchronisation est essentielle, les longueurs des lignes d'horloge de la source d'horloge commune à chaque plaque doivent être égales.

4. Note de câblage

Avec l'achèvement de la conception des réseaux à fibre optique otni et Star, il y aura plus de cartes à concevoir pour les lignes de signal à haute vitesse au - dessus de 100 MHz à l'avenir. Quelques concepts de base des lignes à grande vitesse seront présentés ici. Tout chemin de signal « Long » sur une carte de circuit imprimé peut être considéré comme une ligne de transmission. Si le temps de propagation de la ligne est beaucoup plus court que le temps de montée du signal, toute réflexion générée lors de la montée du signal sera inondée. Le dépassement, le recul et la sonnerie n'existent plus. Pour la plupart des circuits MOS actuels, les traces peuvent être mesurées en mètres sans distorsion du signal, car le rapport entre le temps de montée et le temps de retard de transmission de la ligne est beaucoup plus important. Et des circuits logiques plus rapides, notamment à très haute vitesse. Pour les circuits intégrés, en raison de l'augmentation de la vitesse de bord, la longueur des traces doit être considérablement raccourcie pour préserver l'intégrité du signal si aucune autre mesure n'est prise. Il existe deux façons de faire fonctionner un circuit à grande vitesse sur une ligne relativement longue sans distorsion importante de la forme d'onde. Le TTL utilise une diode Schottky pour réaliser un front descendant rapide, de sorte que le dépassement est bloqué par une chute de tension de Diode inférieure au potentiel de masse. Cela réduit l'amplitude du recul ultérieur, les fronts montants plus lents permettant un dépassement, mais l'impédance de sortie relativement élevée du circuit (50 - 80 îlots) est atténuée à l'état de niveau "h". De plus, les problèmes de force du siège arrière ne sont pas très importants en raison de l'immunité élevée du statut « h». Pour les dispositifs de la série hct, l'effet d'amélioration est amélioré si la méthode de pincement de Diode Schottky et de terminaison de résistance en série est appliquée. L'effet sera plus visible. Avec des débits plus élevés et des débits de bord plus rapides, la méthode de mise en forme TTL décrite ci - dessus est en quelque sorte inadéquate lorsqu'un secteur apparaît le long de la ligne de signal. Ils ont tendance à se combiner à des débits élevés en raison des ondes réfléchies dans la ligne, ce qui entraîne une distorsion importante du signal et une immunité réduite aux interférences. Ainsi, pour résoudre les problèmes de réflexion, les systèmes ECL utilisent généralement une autre méthode: la méthode d'adaptation d'impédance de ligne. De cette manière, il est possible de contrôler la réflexion et de garantir l'intégrité du signal. Strictement parlant, les lignes de transmission ne sont pas très nécessaires pour les dispositifs TTL et CMOS traditionnels avec des vitesses de bord plus lentes. Une ligne de transmission n'est pas toujours nécessaire non plus pour les dispositifs ECL haute vitesse avec des vitesses de bord plus rapides. Mais lorsqu'on utilise des lignes de transmission, elles ont l'avantage de pouvoir prédire les retards de ligne et contrôler les réflexions et les oscillations par adaptation d'impédance. Il y a cinq facteurs fondamentaux pour décider d'utiliser ou non une ligne de transmission. Ce sont: (1) Le taux de bord du signal du système, (2) La distance de câblage, (3) la charge Capacitive (Combien de ventilateurs), (4) la charge résistive (la façon dont la ligne se termine); (5) pourcentage autorisé de recul et de dépassement (immunité AC réduite).

5. Plusieurs types de lignes de transmission

1) câble coaxial et Paire torsadée: ils sont généralement utilisés pour la connexion système à système. L'impédance caractéristique du câble coaxial est typiquement de 50 et 75 et celle de la Paire torsadée de 110.

2) ligne microruban sur la plaque d'impression, la ligne microruban est un conducteur en forme de bande (ligne de signal). Isolé du plan de masse par un diélectrique. Si l'épaisseur, la largeur et la distance de la ligne par rapport au plan de masse sont contrôlables, son impédance caractéristique l'est également. Le temps de retard de propagation par unité de longueur d'une ligne microruban ne dépend que de la constante diélectrique et est indépendant de la largeur ou de l'espacement des lignes.

3) rayures dans la plaque d'impression

Les lignes en ruban sont des lignes en ruban de cuivre placées au milieu du diélectrique entre deux plans conducteurs. Si l'épaisseur et la largeur de la ligne, la constante diélectrique du milieu et la distance entre les deux plans conducteurs sont contrôlables, l'impédance caractéristique de la ligne est également contrôlable. Le temps de retard de propagation par unité de longueur d'une ligne à ruban est lié à la largeur ou à l'espacement des lignes. Sans importance; Dépend uniquement de la permittivité relative du milieu utilisé.

Terminaison d'une ligne de transmission: terminaison de l'extrémité réceptrice d'une ligne dont la résistance est égale à l'impédance caractéristique de la ligne, la ligne de transmission étant alors dite terminaison parallèle. Il est principalement utilisé pour obtenir des performances électriques, y compris l'entraînement de charges distribuées. Parfois, pour économiser la consommation d'énergie, un condensateur 104 en série avec une résistance de terminaison, formant un circuit de terminaison AC, peut réduire efficacement les pertes en courant continu. Les résistances sont connectées en série entre le conducteur et la ligne de transmission et l'extrémité de la ligne n'est plus connectée à la résistance terminale. Cette méthode de terminaison est appelée terminaison série. Les dépassements et les sonneries sur les lignes plus longues peuvent être contrôlés par des techniques d'amortissement en série ou de terminaison en série. L'amortissement en série est réalisé en utilisant de petites résistances (typiquement de 10 à 75 îlots) en série avec la sortie de la porte d'entraînement. Cette méthode d'amortissement s'applique aux fils dont l'impédance caractéristique est contrôlée (tels que le câblage du panneau arrière, les cartes sans plan de masse et la plupart des paquets de fils, etc.). Lorsque la série est terminée, la valeur de la résistance série est liée à l'impédance de sortie du circuit (porte de commande). La somme est égale à l'impédance caractéristique de la ligne de transmission. Les lignes de terminaison en série présentent l'inconvénient de n'utiliser qu'une charge concentrée à la terminaison et d'avoir un temps de propagation plus long. Ceci peut cependant être surmonté par l'utilisation de lignes de transmission terminales en série redondantes. Les lignes de terminaison parallèles ont toutes deux leurs avantages, et l'une ou l'autre ou les deux à utiliser dépend des passe - temps du concepteur et des exigences du système. Complet et sans distorsion. La charge sur la ligne longue n'affecte ni le temps de retard de transmission de la porte d'entraînement qui entraîne la ligne longue, ni la vitesse de bord de son signal, mais augmente le temps de retard de transmission du signal le long de la ligne longue. Lorsqu'un grand ventilateur est actionné, en sortie, la charge peut être distribuée le long de la ligne par des lignes de dérivation courtes, au lieu de terminaux où la charge doit être agrégée sur la ligne, comme dans les terminaux en série. La terminaison en série donne au circuit la capacité de piloter plusieurs lignes de charge en parallèle. L'incrément de temps de retard induit par la charge est environ le double du temps de retard de la ligne terminale parallèle correspondante, tandis que les lignes courtes ralentissent la vitesse de bord et augmentent le temps de retard de la grille d'entraînement en raison de la charge Capacitive. Cependant, la diaphonie d'une ligne de terminaison série est plus élevée que celle d'une ligne de terminaison parallèle, la raison principale étant que l'amplitude du signal transmis le long de la ligne de terminaison série n'est que la moitié de l'amplitude du pendule logique, de sorte que le courant de commutation n'est que la moitié du courant de commutation de la ligne de terminaison parallèle et que l'énergie du signal est plus faible. La diaphonie sur la carte PCB est également faible.