Dati PCB - Ricerca sulla progettazione di schede PCB ad alta frequenza Protel 99 SE

Con l'avanzamento della tecnologia elettronica, la complessità e la portata di applicazione della scheda PCB (circuiti stampati) si sono sviluppati rapidamente. I progettisti impegnati in schede PCB ad alta frequenza devono avere le corrispondenti conoscenze teoriche di base e dovrebbero anche avere una ricca esperienza nella produzione di schede PCB ad alta frequenza. Vale a dire, che si tratti del disegno dello schema schematico o della progettazione della scheda PCB, dovrebbe essere considerato dall'ambiente di lavoro ad alta frequenza in cui si trova, in modo che possa essere progettata una scheda PCB ideale. Questo articolo studia principalmente alcuni problemi nella progettazione di PCB ad alta frequenza basato su Protel 99 SE da due aspetti del layout manuale e del cablaggio di PCB ad alta frequenza.

Progettazione del layout Sebbene Protel 99 SE abbia la funzione di layout automatico, non può soddisfare pienamente le esigenze di funzionamento dei circuiti ad alta frequenza. Spesso è necessario affidarsi all'esperienza del progettista e, in base alla situazione specifica, utilizzare prima il metodo del layout manuale per ottimizzare e regolare la posizione di alcuni componenti, quindi combinare il layout automatico completa il design complessivo della scheda PCB. Se il layout è ragionevole o meno influisce direttamente sulla vita, la stabilità, EMC (compatibilità elettromagnetica) del prodotto, ecc., deve essere considerato dal layout complessivo del circuito stampato, l'accessibilità del cablaggio e la fabbricabilità della scheda PCB, la struttura meccanica, la dissipazione del calore, EMI (interferenza elettromagnetica), l'affidabilità, l'integrità del segnale e altri aspetti sono considerati in modo completo. Generalmente, i componenti in posizioni fisse relative alle dimensioni meccaniche vengono posizionati prima, quindi vengono posizionati componenti speciali e più grandi e vengono posizionati piccoli componenti. Allo stesso tempo, per tenere conto dei requisiti del cablaggio, il posizionamento dei componenti ad alta frequenza dovrebbe essere il più compatto possibile e il cablaggio delle linee di segnale dovrebbe essere il più breve possibile, riducendo così l'interferenza incrociata delle linee di segnale.

1.1 Posizionamento degli inserti di posizionamento in relazione alle dimensioni mecanichePrese di alimentazione, interruttori, interfacce tra schede PCB, indicatori luminosi, ecc. sono tutti plug-in di posizionamento relativi alle dimensioni meccaniche. Di solito, l'interfaccia tra l'alimentazione elettrica e la scheda PCB è posizionata al bordo della scheda PCB e dovrebbe esserci una distanza di 3 mm a 5 mm dal bordo della scheda PCB; il diodo emettitore luminoso dell'indicatore deve essere posizionato con precisione, se necessario; gli interruttori e alcuni componenti di messa a punto, come l'induttanza regolabile, la resistenza regolabile, ecc. dovrebbero essere posizionati vicino al bordo della scheda PCB per facilitare la regolazione e il collegamento; I componenti che devono essere sostituiti frequentemente devono essere posizionati in una posizione con meno componenti per una facile sostituzione.

1.2 Posizionamento di componenti specialeTubi ad alta potenza, trasformatori, tubi raddrizzatori e altri dispositivi di riscaldamento generano molto calore quando funzionano ad alte frequenze, quindi la ventilazione e la dissipazione del calore dovrebbero essere pienamente considerati nel layout e tali componenti dovrebbero essere posizionati sulla scheda PCB dove l'aria è facile da circolare. posto. I tubi raddrizzatori ad alta potenza e i tubi di regolazione dovrebbero essere dotati di radiatori e dovrebbero essere tenuti lontani dal trasformatore. Anche i componenti che hanno paura del calore, come i condensatori elettrolitici, dovrebbero essere tenuti lontani dai dispositivi di riscaldamento, altrimenti l'elettrolita verrà asciugato, con conseguente maggiore resistenza e scarse prestazioni, che influenzeranno la stabilità del circuito. I componenti che sono soggetti a guasti, come tubi di regolazione, condensatori elettrolitici, relè, ecc., dovrebbero essere posti in considerazione della facilità di manutenzione. Per i punti di prova che spesso devono essere misurati, occorre prestare attenzione quando si dispone i componenti per garantire che le barre di prova possano essere facilmente contattate. A causa del campo magnetico di perdita di 50 Hz generato all'interno dell'apparecchiatura di alimentazione, quando è collegato ad alcune parti dell'amplificatore a bassa frequenza, interferirà con l'amplificatore a bassa frequenza. Pertanto, devono essere isolati o schermati. Tutti i livelli dell'amplificatore possono essere disposti in linea retta secondo lo schema schematico. Il vantaggio di questa disposizione è che la corrente di terra di ogni livello è chiusa e portata a questo livello, il che non influisce sul lavoro di altri circuiti. Lo stadio di ingresso e quello di uscita dovrebbero essere il più lontano possibile per ridurre l'interferenza parassitaria tra di loro. Considerando la relazione di trasmissione del segnale tra i circuiti funzionali di ogni unità, anche il circuito a bassa frequenza e il circuito ad alta frequenza dovrebbero essere separati e il circuito analogico e il circuito digitale dovrebbero essere separati. Il circuito integrato dovrebbe essere posizionato al centro della scheda PCB, in modo da facilitare il collegamento di cablaggio tra ogni pin e altri dispositivi. Dispositivi come induttori e trasformatori hanno accoppiamento magnetico e devono essere posizionati ortogonalmente l'uno all'altro per ridurre l'accoppiamento magnetico. Inoltre, tutti hanno un forte campo magnetico e ci dovrebbe essere uno spazio adeguato o schermatura magnetica intorno a loro per ridurre l'impatto su altri circuiti.

Nelle parti chiave del PCB dovrebbero essere configurati appropriati condensatori di disaccoppiamento ad alta frequenza. Ad esempio, un condensatore elettrolitico da 10 μF a 100 μF dovrebbe essere collegato all'estremità di ingresso dell'alimentazione PCB e un 0,01 pF dovrebbe essere collegato vicino ai pin di alimentazione del circuito integrato. condensatori ceramici. Alcuni circuiti sono inoltre dotati di bobine di choke ad alta frequenza o bassa frequenza appropriate per ridurre l'influenza tra circuiti ad alta e bassa frequenza. Questo punto dovrebbe essere considerato quando si progetta e disegna il diagramma schematico, altrimenti influenzerà le prestazioni del circuito. La distanza tra i componenti dovrebbe essere appropriata e la distanza dovrebbe tenere conto della possibilità di rottura o di accensione tra di essi. Per gli amplificatori con circuiti push-pull e circuiti bridge, occorre prestare attenzione alla simmetria dei parametri elettrici dei componenti e alla simmetria della struttura, in modo che i parametri di distribuzione dei componenti simmetrici siano il più coerenti possibile. Dopo aver completato il layout manuale dei componenti principali, il metodo di bloccaggio dei componenti dovrebbe essere adottato in modo che questi componenti non si muovano durante il layout automatico. Cioè, eseguire il comando Modifica modifica o selezionare Bloccato nelle Proprietà del componente per bloccarlo e non spostarlo più.

1.3 Posizionamento di componenti comunePer componenti comuni, come resistenze, condensatori, ecc., dovrebbe essere considerato da diversi aspetti, come la disposizione ordinata dei componenti, la dimensione dello spazio occupato, l'accessibilità dei cavi e la convenienza della saldatura, ecc., e il metodo di layout automatico può essere adottato.

2. progettazione del cablaggio è il requisito generale per realizzare la progettazione ad alta frequenza della scheda PCB sulla base di layout ragionevole. Il routing include il routing automatico e il routing manuale. Di solito, indipendentemente dal numero di linee di segnale chiave, queste linee di segnale vengono instradate manualmente prima. Dopo il completamento del cablaggio, il cablaggio di queste linee di segnale viene attentamente controllato. Dopo che l'ispezione è passata, vengono fissati e quindi altri cablaggi vengono instradati automaticamente. Cioè, la combinazione di cablaggio manuale e automatico viene utilizzata per completare il cablaggio della scheda PCB.

Nel processo di cablaggio della scheda PCB ad alta frequenza, dovrebbe essere prestata particolare attenzione ai seguenti aspetti.

2.1 La direzione del cablaggio Il cablaggio del circuito adotta una linea retta completa secondo la direzione del flusso del segnale e può essere completato con una linea rotta di 45Â ° o una curva di arco circolare quando è richiesta la rotazione, che può ridurre l'emissione esterna e l'accoppiamento reciproco dei segnali ad alta frequenza. Il cablaggio delle linee di segnale ad alta frequenza dovrebbe essere il più breve possibile. Secondo la frequenza operativa del circuito, la lunghezza del cablaggio della linea di segnale dovrebbe essere ragionevolmente selezionata, il che può ridurre i parametri di distribuzione e ridurre la perdita del segnale. Quando si realizzano pannelli bifacciali, il cablaggio è perpendicolare, obliquo o curvo per intersecarsi su due strati adiacenti. Evitare di essere paralleli tra loro, che possono ridurre le interferenze reciproche e l'accoppiamento parassitario. Le linee di segnale ad alta frequenza e quelle a bassa frequenza dovrebbero essere separate il più possibile e, se necessario, dovrebbero essere adottate misure di schermatura per evitare interferenze reciproche. Per il terminale di ingresso del segnale con ricezione debole, è facile essere interferito da segnali esterni e il cavo di terra può essere utilizzato come scudo per circondarlo o schermare il connettore ad alta frequenza. Il cablaggio parallelo dovrebbe essere evitato sullo stesso livello, altrimenti verranno introdotti parametri di distribuzione, che influenzeranno il circuito. Se è inevitabile, una lamina di rame messa a terra può essere introdotta tra due linee parallele per formare una linea di isolamento. Nei circuiti digitali, per le linee di segnale differenziali, dovrebbero essere instradate in coppia, cercare di renderle parallele e vicine tra loro, e avere poca differenza di lunghezza.

2.2 La forma del cablaggio Nel processo di cablaggio della scheda PCB, la larghezza della traccia è determinata dalla forza di adesione tra il filo e il substrato dello strato isolante e dalla forza della corrente che scorre attraverso il filo. Quando lo spessore della lamina di rame è di 0,05 mm e la larghezza è di 1mm a 1,5 mm, una corrente di 2A può essere passata. La temperatura non sarà superiore a 3 ℃. Ad eccezione di alcune tracce speciali, la larghezza di altre tracce sullo stesso strato dovrebbe essere il più coerente possibile. La spaziatura del cablaggio nel circuito ad alta frequenza influenzerà la dimensione della capacità e dell'induttanza distribuite, influenzando così la perdita del segnale, la stabilità del circuito e l'interferenza causata dal segnale. Nei circuiti di commutazione ad alta velocità, la spaziatura dei fili influenzerà il tempo di trasmissione del segnale e la qualità della forma d'onda. Pertanto, la distanza del cablaggio dovrebbe essere maggiore o uguale a 0,5 mm e finché è consentito, il cablaggio della scheda PCB dovrebbe utilizzare una linea relativamente ampia. Dovrebbe esserci una certa distanza tra il filo stampato e il bordo della scheda PCB (non meno dello spessore della scheda), che non solo facilita l'installazione e la lavorazione, ma migliora anche le prestazioni di isolamento. Quando si incontra una linea che può essere collegata solo in un grande cerchio nel cablaggio, utilizzare il cavo volante, cioè, collegare direttamente con una linea corta per ridurre l'interferenza causata dal cablaggio a lunga distanza. I circuiti contenenti elementi magneto-sensibili sono più sensibili al campo magnetico circostante e gli angoli del cablaggio sono facili da irradiare onde elettromagnetiche quando i circuiti ad alta frequenza funzionano. I cavi sullo stesso livello non possono avere crossover. Per le linee che possono intersecarsi, il metodo di "foratura" e "avvolgimento" può essere utilizzato per risolverlo, vale a dire, lasciare un piombo "trapano" dallo spazio sotto i perni di altri dispositivi come resistenze, condensatori, triodi, ecc., o da una linea che può intersecare un'estremità del piombo "avvolge" sopra di esso. In casi speciali, se il circuito è molto complesso, al fine di semplificare la progettazione, è anche consentito utilizzare saltafili per risolvere il problema crossover. Quando la frequenza di funzionamento del circuito ad alta frequenza è alta, anche l'accoppiamento di impedenza del cablaggio e l'effetto antenna devono essere considerati.

2.3 Requisiti di cablaggio per cavi di alimentazione e cavi di terra Secondo le dimensioni della corrente di lavoro differente, cercare di aumentare la larghezza della linea elettrica. La scheda PCB ad alta frequenza dovrebbe utilizzare un cavo di terra di grande area il più possibile e posarlo sul bordo della scheda PCB, che può ridurre l'interferenza dei segnali esterni al circuito; La tensione è più vicina alla tensione di terra. Il metodo di messa a terra dovrebbe essere selezionato in base alla situazione specifica. È diverso dal circuito a bassa frequenza. Il filo di messa a terra del circuito ad alta frequenza dovrebbe essere messo a terra al suolo più vicino o in punti multipli. Il filo di messa a terra dovrebbe essere corto e spesso per ridurre al minimo l'impedenza di terra. I requisiti di corrente consentiti possono raggiungere 3 volte lo standard di corrente di lavoro. Il cavo di messa a terra dell'altoparlante dovrebbe essere collegato al punto di messa a terra dello stadio di uscita dell'amplificatore di potenza sulla scheda PCB e non deve essere messo a terra arbitrariamente. Durante il processo di cablaggio, alcuni cablaggi ragionevoli dovrebbero essere bloccati in tempo per evitare collegamenti ripetuti. Cioè, eseguire il comando EditselectNet e selezionare Bloccato nelle proprietà di pre-cablaggio per bloccarlo e non muoversi più.

3. Progettazione di cuscinetti e placcatura in rame

3.1 Pads e ApertureNel caso di garantire che la distanza di cablaggio non violi la distanza elettrica progettata, il design del pad dovrebbe essere più grande per garantire una larghezza sufficiente dell'anello. Generalmente, il foro interno del pad è leggermente più grande del diametro del piombo del componente e il design è troppo grande ed è facile formare saldatura virtuale durante la saldatura. Il diametro esterno D del pad è generalmente non inferiore a (d+1,2) mm, dove d è il diametro interno del pad. Per alcune schede PCB con densità relativamente alta, il valore del pad può essere (d + 1,0) mm. La forma del pad è solitamente impostata per essere circolare, ma il pad del circuito integrato confezionato DIP adotta una forma di pista da corsa, che può aumentare l'area del pad in uno spazio limitato, che è vantaggioso per la saldatura del circuito integrato. Il collegamento tra il cablaggio e il pad dovrebbe essere una transizione regolare, cioè quando la larghezza del cablaggio che entra nel pad circolare è più piccola del diametro del pad circolare, dovrebbe essere utilizzato il design a goccia. Va notato che la dimensione del diametro interno d del pad è diversa e dovrebbe essere considerata in base alla dimensione del diametro effettivo del cavo del componente, come i fori dei componenti, i fori di montaggio e i fori delle scanalature. La distanza tra i fori dei cuscinetti dovrebbe essere considerata anche secondo il metodo di installazione dei componenti effettivi. Ad esempio, componenti come resistenze, diodi e condensatori tubolari hanno due metodi di installazione: "verticale" e "orizzontale". La spaziatura tra questi due metodi è diversa. Inoltre, la progettazione della distanza tra i fori del pad dovrebbe anche considerare i requisiti di divario tra i componenti, in particolare lo spazio tra i componenti speciali deve essere garantito dalla distanza tra i fori tra i pad. Nella scheda PCB ad alta frequenza, il numero di vias dovrebbe essere minimizzato, il che può non solo ridurre la capacità distribuita, ma anche aumentare la resistenza meccanica della scheda PCB. In una parola, nella progettazione di scheda PCB ad alta frequenza, il design del pad e la sua forma, apertura e spaziatura dei fori non dovrebbero solo considerare la sua particolarità, ma anche soddisfare i requisiti del processo di produzione. La progettazione standardizzata può non solo ridurre il costo del prodotto, ma anche migliorare l'efficienza di produzione garantendo al contempo la qualità del prodotto.

3.2 Placcatura di rame Lo scopo principale del rivestimento di rame è quello di migliorare la capacità anti-interferenza del circuito e, allo stesso tempo, è molto vantaggioso per la dissipazione del calore della scheda PCB e la forza della scheda PCB. Tuttavia, la lamina di rame della striscia di grande area non può essere utilizzata, perché quando la scheda PCB viene utilizzata per troppo tempo, verrà generata una grande quantità di calore e la lamina di rame della striscia è soggetta all'espansione e alla caduta. Foglio di rame e collegare la griglia con la rete di messa a terra del circuito, in modo che la rete avrà un migliore effetto schermante. La dimensione della griglia è determinata dalla frequenza di interferenza da schermare. Dopo aver completato la progettazione di routing, pad e vias, dovrebbe essere eseguita una RDC (Design Rule Check). Le differenze tra il grafico progettato e le regole definite sono elencate in dettaglio nei risultati dell'ispezione e la rete che non soddisfa i requisiti può essere trovata. Tuttavia, il DRC dovrebbe essere parametrizzato prima del cablaggio prima di eseguire il DRC, cioè eseguire il comando ToolsDesign Rule Check.

Conclusione La progettazione del circuito stampato ad alta frequenza è un processo complesso, che coinvolge molti fattori, che possono essere direttamente correlati alle prestazioni di funzionamento del circuito ad alta frequenza. Pertanto, i progettisti devono continuamente ricercare ed esplorare nel lavoro reale, accumulare esperienza e combinare la nuova tecnologia EDA (Electronic Design Automation) per progettare schede PCB ad alta frequenza con prestazioni eccellenti.