PCB Tecnico - Come fare una buona scheda PCB?

Tutti sanno che fare una scheda PCB è trasformare un diagramma schematico progettato in un vero e proprio circuito PCB. Per favore, non sottovalutare questo processo. Ci sono molte cose che funzionano in linea di principio, ma sono difficili da raggiungere in ingegneria, o ciò che gli altri possono ottenere, altri no. Pertanto, non è difficile creare una scheda PCB, ma non è facile fare una buona scheda PCB.

Le due principali difficoltà nel campo della microelettronica sono l'elaborazione di segnali ad alta frequenza e segnali deboli. A questo proposito, il livello di produzione di PCB è particolarmente importante. Lo stesso design di principio, gli stessi componenti e PCB prodotti da persone diverse hanno risultati diversi., Allora come possiamo fare una buona scheda PCB? Sulla base della nostra esperienza passata, vorrei parlare delle mie opinioni sui seguenti aspetti:

1. Rendere chiari obiettivi di progettazione

Ricevendo un compito di progettazione, dobbiamo prima chiarire i suoi obiettivi di progettazione, se si tratta di una scheda PCB ordinaria, una scheda PCB ad alta frequenza, una scheda PCB di elaborazione del segnale piccola o una scheda PCB con elaborazione del segnale sia ad alta frequenza che piccola. Se si tratta di una scheda PCB ordinaria, fintanto che il layout e il cablaggio sono ragionevoli e ordinati e le dimensioni meccaniche sono accurate, se ci sono linee di carico medie e lunghe linee, alcune misure devono essere utilizzate per ridurre il carico e la lunga linea deve essere rafforzata per guidare e l'attenzione è quella di prevenire riflessi di lunga linea. Quando ci sono linee di segnale superiori a 40 MHz sulla scheda, dovrebbero essere fatte considerazioni particolari a queste linee di segnale, come la crosstalk tra le linee. Se la frequenza è più alta, c'è un limite più stretto sulla lunghezza del cablaggio. Secondo la teoria della rete dei parametri distribuiti, l'interazione tra il circuito ad alta velocità e il suo cablaggio è un fattore decisivo e non può essere ignorata nella progettazione del sistema. Man mano che la velocità di trasmissione del gate aumenta, l'opposizione sulle linee di segnale aumenterà di conseguenza e la crosstalk tra linee di segnale adiacenti aumenterà proporzionalmente. Generalmente, il consumo energetico e la dissipazione del calore dei circuiti ad alta velocità sono anche molto grandi, quindi vengono realizzati PCB ad alta velocità. Occorre prestare sufficiente attenzione.

Quando ci sono segnali deboli a livello di millivolt o anche microvolt sulla scheda, queste linee di segnale richiedono particolare attenzione. I piccoli segnali sono troppo deboli e sono molto suscettibili alle interferenze di altri segnali forti. Le misure di schermatura sono spesso necessarie, altrimenti ridurranno notevolmente il rapporto segnale-rumore. Di conseguenza, il segnale utile è sommerso dal rumore e non può essere estratto efficacemente.

La messa in servizio del consiglio dovrebbe essere presa in considerazione anche nella fase di progettazione. La posizione fisica del punto di prova, l'isolamento del punto di prova e altri fattori non possono essere ignorati, perché alcuni piccoli segnali e segnali ad alta frequenza non possono essere aggiunti direttamente alla sonda per la misurazione.

Inoltre, andrebbero presi in considerazione altri fattori rilevanti, come il numero di strati della scheda, la forma del pacchetto dei componenti utilizzati e la resistenza meccanica della scheda. Prima di realizzare una scheda PCB, è necessario avere una buona idea degli obiettivi di progettazione per la progettazione.

2, comprendere i requisiti del layout e del routing delle funzioni dei componenti utilizzati

Sappiamo che alcuni componenti speciali hanno particolari requisiti nel layout e nel routing, come l'amplificatore di segnale analogico utilizzato da LOTI e APH. L'amplificatore di segnale analogico richiede un alimentatore stabile e un piccolo ripple. Tenere la parte del piccolo segnale analogico il più lontano possibile dal dispositivo di alimentazione. Sulla scheda OTI, la piccola parte di amplificazione del segnale è anche appositamente attrezzata con una copertura di schermatura per schermare le interferenze elettromagnetiche randagi. Il chip GLINK utilizzato sulla scheda NTOI utilizza la tecnologia ECL, che consuma molta energia e genera calore. Particolare attenzione deve essere data al problema della dissipazione del calore nel layout. Se si utilizza una dissipazione naturale del calore, il chip GLINK deve essere posizionato in un luogo con una circolazione dell'aria relativamente regolare., E il calore irradiato non può avere un grande impatto su altri chip. Se la scheda è dotata di altoparlanti o altri dispositivi ad alta potenza, può causare un grave inquinamento all'alimentazione elettrica. Anche a questo punto va prestata sufficiente attenzione.

3, la considerazione del layout dei componenti

Il primo fattore che deve essere considerato nella disposizione dei componenti è la prestazione elettrica. Mettere insieme il più possibile componenti strettamente connessi, specialmente per alcune linee ad alta velocità, rendendoli il più brevi possibile quando si distribuiscono segnali di potenza e piccoli dispositivi di segnale. Essere separati. Sulla premessa di soddisfare le prestazioni del circuito, i componenti devono essere posizionati ordinatamente e splendidamente e facili da testare. Anche le dimensioni meccaniche della scheda e la posizione della presa devono essere attentamente considerate.

Il tempo di messa a terra e il ritardo di trasmissione sulla linea di interconnessione nel sistema ad alta velocità sono anche i primi fattori da considerare nella progettazione del sistema. Il tempo di trasmissione sulla linea di segnale ha una grande influenza sulla velocità complessiva del sistema, specialmente per i circuiti ECL ad alta velocità. Anche se il blocco del circuito integrato stesso è molto veloce, è dovuto all'uso di linee di interconnessione ordinarie sul piano posteriore (la lunghezza di ogni linea di 30 cm è circa La quantità di ritardo di 2ns) aumenta il tempo di ritardo, che può ridurre notevolmente la velocità del sistema. Come i registri dei turni, i contatori sincroni e altri componenti di lavoro sincroni sono posizionati meglio sulla stessa scheda plug-in, perché il tempo di ritardo di trasmissione dei segnali dell'orologio a schede plug-in diverse non è uguale, il che può causare il registro di turno a produrre errori importanti. Su una scheda, dove la sincronizzazione è la chiave, la lunghezza delle linee di clock collegate dalla sorgente di clock comune alle schede plug-in deve essere uguale.

4, la tecnologia di cablaggio della scheda PCB

Se scegliere una scheda bifacciale o una scheda multistrato durante la realizzazione di un PCB dipende dalla più alta frequenza operativa, dalla complessità del sistema di circuito e dai requisiti per la densità di assemblaggio. È meglio scegliere una scheda multistrato quando la frequenza dell'orologio supera 200MHZ. Se la frequenza di funzionamento supera 350MHz, è meglio scegliere un circuito stampato con PTFE come strato dielettrico, perché la sua attenuazione ad alta frequenza è più piccola, la capacità parassitaria è più piccola e la velocità di trasmissione è più veloce. Grande e basso consumo energetico, sono richiesti i seguenti principi per il cablaggio del circuito stampato

(1) Mantenere quanto più spazio possibile tra tutte le linee di segnale parallele per ridurre la crosstalk. Se ci sono due fili di segnale che sono vicini tra loro, è meglio eseguire un filo di terra tra i due fili, che può svolgere un ruolo di schermatura.

(2) Quando si progettano le linee di trasmissione del segnale, evitare le curve taglienti per prevenire i riflessi causati da cambiamenti improvvisi nell'impedenza caratteristica della linea di trasmissione. Prova a progettare una linea di arco uniforme con una certa dimensione.

La larghezza della linea stampata può essere calcolata secondo la formula di calcolo dell'impedenza caratteristica sopra menzionata della linea microstrip e della striscia. L'impedenza caratteristica della linea microstrip sul circuito stampato è generalmente compresa tra 50 e 120Ω. Per ottenere una grande impedenza caratteristica, la larghezza della linea deve essere molto stretta. Ma le linee molto sottili non sono facili da realizzare. Considerando vari fattori, è generalmente opportuno scegliere un valore di impedenza di circa 68Ω, perché l'impedenza caratteristica di 68Ω può ottenere il miglior equilibrio tra tempo di ritardo e consumo energetico. Una linea di trasmissione 50Ω consumerà più energia; Naturalmente, un'impedenza più grande può ridurre il consumo energetico, ma aumenterà il tempo di ritardo della trasmissione. La capacità negativa della linea aumenterà il tempo di ritardo della trasmissione e diminuirà l'impedenza caratteristica. Tuttavia, la capacità intrinseca per unità di lunghezza del segmento di linea con impedenza caratteristica molto bassa è relativamente grande, quindi il tempo di ritardo della trasmissione e l'impedenza caratteristica sono meno influenzati dalla capacità di carico. Una caratteristica importante di una linea di trasmissione correttamente terminata è che la linea di diramazione corta non dovrebbe avere alcun effetto sul tempo di ritardo della linea. Quando Z0 è 50Ω. La lunghezza del tronco del ramo deve essere limitata a 2,5 cm o meno. Per evitare di suonare forte.

(4) Per tavole bifacciali (o linee a quattro strati in schede a sei strati). Le linee su entrambi i lati del circuito dovrebbero essere perpendicolari l'uno all'altro per evitare il crosstalk causato dall'induzione reciproca.

(5) Se ci sono dispositivi ad alta corrente sul circuito stampato, quali relè, indicatori luminosi, altoparlanti, ecc., i loro fili di terra dovrebbero essere separati per ridurre il rumore sul cavo di terra. I fili di terra di questi dispositivi ad alta corrente dovrebbero collegarsi a un bus di terra indipendente sulla scheda plug-in e sul backplane e questi cavi di terra indipendenti dovrebbero anche essere collegati al punto di terra dell'intero sistema.

(6) Se c'è un piccolo amplificatore di segnale sulla scheda, la linea di segnale debole prima dell'amplificazione dovrebbe essere lontana dalla linea di segnale forte e la traccia dovrebbe essere il più breve possibile e, se possibile, schermarla con un filo di terra.