PCB Tecnico - Alcune regole di base del layout PCB

Poiché il campo elettrico tra lo strato di potenza e lo strato è variabile, l'interferenza elettromagnetica si irradia dal bordo della piastra. Si chiama effetto bordo.

La soluzione è quella di restringere lo strato di potenza, in modo che il campo elettrico sia condotto solo nell'intervallo del piano di terra. Prendendo un H (spessore dielettrico tra alimentazione elettrica e terra) come unità, se il campo elettrico è indentato di 20h, il 70% del campo elettrico può essere limitato al bordo del piano di terra e il campo elettrico del 98% può essere limitato all'interno di 100h.

Altre precauzioni per la disposizione del PCB

1. Norme generali

1.1 aree di cablaggio del segnale digitale, analogico e DAA sono pre-divise sul PCB.

1.2 I componenti digitali e analogici e i relativi cavi devono essere separati per quanto possibile e collocati nelle rispettive aree di cablaggio.

1.3 L'instradamento del segnale digitale ad alta velocità deve essere il più breve possibile.

1.4 L'instradamento sensibile del segnale analogico deve essere il più breve possibile.

1.5 distribuire ragionevolmente energia e terra.

1.6 DGND, agnd e separazione del campo.

1.7 fili larghi devono essere utilizzati per l'alimentazione elettrica e l'instradamento critico del segnale.

1.8 il circuito digitale è posizionato vicino all'interfaccia bus parallelo / seriale DTE e il circuito DAA è posizionato vicino all'interfaccia della linea telefonica.

Regole di base e competenze del cablaggio PCB

2. Posizionamento dei componenti

2.1 nello schema schematico del circuito di sistema:

a) Dividere circuiti digitali, analogici, DAA e relativi circuiti;

b) Dividere componenti digitali, analogici e ibridi digitali / analogici in ogni circuito;

c) Prestare attenzione al posizionamento dell'alimentazione elettrica e dei pin del segnale di ogni chip IC.

2.2 dividere preliminarmente l'area di cablaggio dei circuiti digitali, analogici e DAA su PCB (generalmente 2 / 1 / 1). I componenti digitali e analogici e i relativi cablaggi devono essere il più possibile lontani e limitati nella rispettiva area di cablaggio.

Nota: quando il circuito DAA rappresenta una grande proporzione, ci sarà più instradamento del segnale di controllo / stato attraverso la sua area di cablaggio, che può essere regolato secondo le regole locali, come la spaziatura dei componenti, soppressione ad alta tensione, limitazione di corrente, ecc.

2.3 dopo la divisione preliminare, posizionare i componenti dal connettore e Jack:

a) Posizionare i plug-in intorno al connettore e alla presa;

b) Lasciare spazio per l'alimentazione elettrica e il cablaggio a terra intorno ai componenti;

c) Posizionare il corrispondente plug-in intorno alla presa.

2.4 primo posto componenti ibridi (come dispositivi modem, chip di conversione a/D, D/a, ecc.):

a) Determinare la direzione di posizionamento dei componenti e cercare di far sì che il segnale digitale e i pin del segnale analogico affrontino le rispettive aree di cablaggio;

b) Posizionare i componenti alla giunzione dell'area di cablaggio del segnale digitale e analogico.

2.5 posizionare tutti i simulatori:

a) Posizionare i componenti del circuito analogico, compreso il circuito DAA;

b) I simulatori sono vicini l'uno all'altro e posizionati su un lato del PCB contenente cavi di segnale txa1, TXA2, Rin, VC e VREF;

c) Evitare di posizionare componenti ad alto rumore intorno al cablaggio del segnale txa1, TXA2, Rin, VC e VREF;

d) Per i moduli seriali DTE, DTE EIA / tia-232-e

Il ricevitore / driver del segnale di interfaccia di serie deve essere vicino al connettore per quanto possibile e lontano dall'instradamento del segnale di clock ad alta frequenza, in modo da ridurre / evitare l'aumento dei dispositivi di soppressione del rumore su ogni linea, come choke e capacità.

2.6 Posizionamento di componenti digitali e condensatori di disaccoppiamento:

a) I componenti digitali sono posizionati in modo centralizzato per ridurre la lunghezza del cablaggio;

b) Posizionare un condensatore di disaccoppiamento 0.1uF tra l'alimentazione elettrica / terra del IC e il percorso di connessione deve essere il più breve possibile per ridurre EMI;

c) Per il modulo bus parallelo, i componenti sono vicini l'uno all'altro

Il bordo del connettore deve essere posizionato in modo da soddisfare lo standard di interfaccia bus di applicazione, ad esempio la lunghezza di instradamento bus ISA è limitata a 2,5 pollici;

d) Per il modulo seriale DTE, il circuito di interfaccia è vicino al connettore;

e) Il circuito oscillatore a cristalli deve essere il più vicino possibile al suo driver.

2.7 il filo di terra di ogni area è solitamente collegato in uno o più punti con resistenza o orso 0 ohm.

3. routing del segnale

3.1 Nel routing del segnale modem, le linee di segnale soggette a rumore e le linee di segnale suscettibili di interferenze devono essere tenute lontane per quanto possibile. Se è inevitabile, per l'isolamento devono essere utilizzate linee di segnale neutre.

Il pin del segnale, il pin del segnale neutro e il pin del segnale vulnerabili alle interferenze del modem sono mostrati nella tabella seguente:

Linea del segnale modem

I segnali seriali della porta RS-232C sono suddivisi in tre categorie: segnale di trasmissione, segnale di contatto e cavo di terra

(1) segnale di trasmissione: si riferisce a TXD (linea del segnale di dati di trasmissione) e RXD (linea del segnale di dati di ricezione). Il formato delle informazioni trasmesse tramite TXD e ricevute tramite RXD è: un'unità di trasmissione (byte) è composta da bit di avvio, bit di dati, bit di parità e bit di arresto.

(2) segnale di contatto: si riferisce ai segnali RTS, CTS, DTR, DSR, DCD e RI e le loro funzioni sono:

RTS (request transmission) è il segnale di contatto inviato dal PC al modem. L'alto livello indica che il PC richiede di trasmettere dati al modem

CTS (trasmissione chiara) è il segnale di contatto inviato dal modem al PC. L'alto livello indica che il modem risponde al segnale RTS inviato dal PC ed è pronto per inviare dati al modem remoto.

DTR (data terminal ready) è il segnale di contatto inviato dal PC al modem. Lo schermo ad alta potenza indica che il PC è pronto e che è possibile stabilire un canale di comunicazione tra il modem locale e il modem remoto. Se si tratta di uno schermo a bassa potenza, forzare il modem a terminare la comunicazione.

DSR (data device ready) è il segnale di contatto inviato dal modem al PC e indica lo stato di funzionamento del modem locale. Un livello elevato indica che il modem non è in stato di chiamata di prova e può stabilire un canale con il modem remoto.

DCD (rilevamento della trasmissione) è il segnale di stato inviato dal modem al PC. Il livello elevato indica che il DCE locale riceve il segnale di vettore dal modem remoto.

RI (indicazione di chiamata) è il segnale di stato inviato dal modem al PC. Il livello alto indica che il modem locale riceve il segnale di chiamata dal modem remoto.

(3) Il segnale del cavo di terra (GND) fornisce lo stesso punto di riferimento potenziale per il PC e il modem collegati.

56K modem ad alta velocità è un modem dial-up ad alta velocità lanciato nel 1997. La sua velocità di trasmissione è superiore al tasso limite di 33.6kbps sulla linea telefonica tradizionale perché adotta una tecnologia di modulazione e demodulazione completamente diversa da 33.6k e il suo principio del pezzo e i requisiti di applicazione sono anche diversi dal modem ad alta velocità 33.6k.

Gli standard di connessione tra DTE e DCE includono cctv.10/x.26;

3.2 il cablaggio del segnale digitale deve essere posizionato nella zona del cablaggio del segnale digitale per quanto possibile;

il cablaggio del segnale analogico deve essere posizionato nella zona del cablaggio del segnale analogico, per quanto possibile;

(il cablaggio di isolamento può essere pre posizionato per limitare il cablaggio per impedire che il cablaggio si diffonda fuori dall'area di cablaggio)

L'instradamento digitale del segnale è perpendicolare all'instradamento analogico del segnale per ridurre l'accoppiamento incrociato.

3.3 utilizzare routing isolato (solitamente a terra) per limitare il routing del segnale analogico all'area di cablaggio del segnale analogico.

a) Il cablaggio a terra isolato dell'area analogica circonda l'area di cablaggio del segnale analogico, che è disposto su entrambi i lati della scheda PCB, con una larghezza di linea di 50-100mil;

b) Il cablaggio isolato dell'area digitale circonderà l'area di cablaggio del segnale digitale, che sarà disposta su entrambi i lati del PCB con una larghezza di linea di 50-100mil e il bordo di un PCB sarà disposto con una larghezza di 200mil.

3.4 larghezza parallela della linea di cablaggio del segnale dell'interfaccia bus "10mil (generalmente 12-15mil), come / HCS, / HRD, / HWT, / reset.

Larghezza di cablaggio del segnale analogico 3.5: 10mil (generalmente 12-15mil), come MICM, micv, spkv, VC, VREF, txa1, TXA2, RXa, Telin e telout.

3.6 l'instradamento di tutti gli altri segnali deve essere il più ampio possibile, la larghezza della linea deve essere 5MIL (generalmente 10mil) e il instradamento tra i componenti deve essere il più breve possibile (deve essere considerato in anticipo quando si posizionano i componenti).

3.7 la larghezza della linea di cablaggio dal condensatore di bypass al IC corrispondente deve essere 25mil e vias deve essere evitato per quanto possibile.

3.8 Le linee di segnale che attraversano aree diverse (come i tipici segnali di controllo/stato a bassa velocità) devono passare attraverso un cavo di terra isolato in un punto (preferito) o in due punti. Se il routing è solo su un lato, il cavo di terra isolato può andare dall'altro lato del PCB per saltare il routing del segnale e mantenere la continuità.

3.9 L'instradamento del segnale ad alta frequenza deve evitare la flessione dell'angolo di 90 gradi e deve essere utilizzato un arco liscio o un angolo di 45 gradi.

3.10 Il cablaggio del segnale ad alta frequenza riduce l'uso della connessione via.

3.11 tutti i percorsi del segnale devono essere lontani dal circuito dell'oscillatore a cristalli.

3.12 Per l'instradamento del segnale ad alta frequenza è adottato un unico instradamento continuo per evitare che diverse sezioni di instradamento si estendano da un punto.

3.13 nel circuito DAA, lasciare almeno 60mil di spazio intorno alla perforazione (tutti gli strati).

3.14 cancellare il circuito di terra per evitare che il feedback accidentale della corrente influenzi l'alimentazione elettrica.

4. Alimentazione elettrica

4.1 determinare il rapporto di connessione di alimentazione.

4.2 nell'area del cablaggio del segnale digitale, il condensatore elettrolitico 10uF o il condensatore al tantalio è collegato in parallelo al condensatore ceramico del chip 0.1uF e quindi collegato tra l'alimentazione / terra. Posizionare uno all'estremità dell'ingresso di alimentazione e all'estremità più lontana della scheda PCB per evitare interferenze di rumore causate dall'impulso di picco di potenza.

4.3 per la scheda bifacciale, nello stesso strato del circuito di alimentazione, circondare il circuito con una linea di alimentazione con una larghezza di linea di 200mil su entrambi i lati. (l'altro lato è trattato numericamente allo stesso modo)

4.4 generalmente, il cablaggio di alimentazione deve essere posato prima e poi il cablaggio del segnale.

5. Terra

5.1 Nel doppio pannello, le aree inutilizzate intorno e sotto i componenti digitali e analogici (eccetto DAA) sono riempite con domini di area digitale o analogica. Gli stessi domini di area a diversi livelli sono collegati insieme e gli stessi domini di area a diversi livelli sono collegati attraverso passaggi multipli: il pin DGND modem si collega all'area digitale, il pin AGND si collega all'area analogica; Le regioni digitali e analogiche sono separate da un divario dritto.

5.2 Nel pannello a quattro strati, utilizzare l'area digitale e analogica per coprire i componenti digitali e analogici (eccetto DAA); Il pin DGND del modem si collega alla regione digitale, il pin AGND si collega alla regione analogica; Le regioni digitali e analogiche sono separate da un divario dritto.

5.3 Se nella progettazione è richiesto un filtro EMI, dovrebbe essere riservato uno spazio all'estremità della presa dell'interfaccia dove la maggior parte dei dispositivi EMI (Bead/condensatore) può essere posizionata. Le aree inutilizzate sono piene di zone e devono essere collegate a un alloggiamento schermato.

5.4 L'alimentazione elettrica di ogni modulo dovrebbe essere separata. I moduli di funzione possono essere suddivisi in: interfaccia bus parallela, display, circuito digitale (SRAM, EPROM, Modem), DAA, ecc Ogni modulo di funzione può collegare solo l'alimentazione / terra al punto di origine del potere / terra.

5,5 coppie di moduli DTE seriali, utilizzando la capacità di disaccoppiamento per ridurre l'accoppiamento di potenza, possono anche fare lo stesso per le linee telefoniche.

5.6 Le linee di terra sono collegate da un punto, usando Bead se possibile; Consentire alle linee di terra di collegarsi altrove se è necessaria la soppressione dell'EMI.

5.7 Tutte le linee di terra dovrebbero essere il più larghe possibile, 25-50 mil.

5.8 Tutti i condensatori IC di potenza/massa funzionano il più breve possibile e non utilizzano fori passanti.

6. Circuito di vibrazione di cristallo

6.1 Tutte le linee di collegamento all'ingresso/uscita del cristallo (ad esempio XTLI, XTLO) sono il più brevi possibile per ridurre l'interferenza del rumore e l'effetto della capacità distribuita su Crystal. XTLO funziona il più breve possibile e ha un angolo di rotazione non inferiore a 45 gradi. (Driver ad alta corrente a causa della connessione XTLO al tempo di aumento veloce)

6.2 Non c'è strato di filo di terra nel doppio pannello. Il filo di terra capacitivo del cristallo dovrebbe essere collegato al perno DGND più vicino all'oscillazione del cristallo sul dispositivo con i fili corti più corti possibili e minimizzando il foro passante.

6.3 Se possibile, l'alloggiamento di cristallo è messo a terra.

6.4 Collegare una resistenza di 100 Ohm tra il perno XTLO e il nodo oscillatore/condensatore a cristalli.

6.5 Il condensatore di vibrazione di cristallo è collegato direttamente al perno GND del modem. Non utilizzare l'area di terra o la linea di terra per collegare la capacità al pin GND del modem.

7. Progettazione indipendente del modem utilizzando l'interfaccia EIA/TIA-232

7.1 Utilizzare alloggiamenti metallici. Se è necessario l'alloggiamento in plastica, la lamina metallica o lo spray conduttivo devono essere applicati all'interno per ridurre l'EMI.

7.2 Posizionare la stessa modalità Choke su ogni cavo di alimentazione.

Connettore con 7,3 componenti posizionati insieme vicino all'interfaccia EIA/TIA-232.

7.4 Tutti i dispositivi EIA/TIA-232 sono collegati all'alimentazione/terra separatamente dal punto di alimentazione. La fonte di potenza/terra dovrebbe essere l'ingresso di potenza sulla scheda o l'uscita del chip regolatore di tensione.

Il cavo 7.5 EIA/TIA-232 è collegato al suolo digitale.

Per i segnali analogici, alcuni dettagli sono forniti:

La progettazione del circuito analogico è la parte più difficile ma anche la parte più letale per gli ingegneri. Sebbene lo sviluppo del circuito digitale e del circuito integrato su larga scala sia attualmente molto rapido, la progettazione del circuito analogico è ancora inevitabile e a volte non può essere sostituita dal circuito digitale, come la progettazione del circuito RF RF! Ecco una sintesi dei problemi che dovrebbero essere notati nella progettazione di circuiti analogici. Alcuni sono puramente empirici. Speriamo che tu possa aggiungere di più e criticare di più!

(1) Al fine di ottenere un circuito di feedback con buona stabilità, una piccola resistenza o anello di soffocamento al di fuori dell'anello di feedback è solitamente richiesto per fornire un buffer per il carico capacitivo.

(2) I circuiti di feedback integrali di solito richiedono una piccola resistenza (circa 560 euro) in serie con ogni condensatore integrato superiore a 10 pF.

(3) Non utilizzare un circuito attivo al di fuori del ciclo di feedback per filtrare o controllare la larghezza di banda RF dell'EMC, ma solo un elemento passivo (preferibilmente un circuito RC). Il feedback integrale è efficace solo alle frequenze in cui il guadagno del ciclo aperto è maggiore del guadagno del ciclo chiuso. Alle frequenze più elevate, il circuito integrato non può controllare la risposta in frequenza.

(4) Per ottenere un circuito lineare stabile, tutte le connessioni devono essere protette da filtri passivi o da altri metodi di soppressione come l'isolamento fotoelettrico.

(5) I filtri EMC sono utilizzati e i filtri relativi al IC dovrebbero essere collegati al piano di riferimento locale 0V.

(6) I filtri di ingresso e di uscita dovrebbero essere posizionati ai collegamenti dei cavi esterni. Qualsiasi collegamento del cavo senza sistema di schermatura deve essere filtrato a causa dell'effetto antenna. Il filtraggio è richiesto anche alle connessioni del cavo all'interno del sistema di schermatura di un convertitore con elaborazione digitale del segnale o modalità di commutazione.

(7) Il disaccoppiamento RF di alta qualità è richiesto nell'alimentazione elettrica analogica IC e nel pin di riferimento a terra, proprio come IC digitale. Tuttavia, IC analogico di solito richiede il disaccoppiamento di potenza a basse frequenze perché il rapporto di rifiuto del rumore di potenza (PSRR) dei componenti analogici aumenta poco oltre 1 KHz. I filtri RC o LC devono essere utilizzati sulle linee di alimentazione analogiche di ciascun amplificatore operativo, comparatore e convertitore di dati. La frequenza angolare del filtro di alimentazione deve compensare la frequenza angolare PSRR e la pendenza del dispositivo per ottenere il PSRR desiderato su tutta la gamma di frequenze operative. 2 p%U-S; Y3 A8 f

(8) Per i segnali analogici ad alta velocità, la tecnologia della linea di trasmissione è necessaria secondo la loro lunghezza di connessione e la più alta frequenza di comunicazione. Anche per i segnali a bassa frequenza, l'uso della tecnologia della linea di trasmissione può migliorare il loro anti-jamming, ma la mancanza di una linea di trasmissione correttamente abbinata produrrà effetti dell'antenna.

(9) Evitare di utilizzare ingressi o uscite ad alta impedenza, che sono molto sensibili ai campi elettrici.

(10) Poiché la maggior parte della radiazione è generata da tensione e corrente in modalità comune e poiché la maggior parte delle interferenze elettromagnetiche nell'ambiente è causata da problemi in modalità comune, la tecnologia bilanciata di invio e ricezione (modalità differenziale) nei circuiti analogici avrà un buon effetto EMC e ridurrà la conversazione incrociata. I driver del circuito bilanciato (circuito differenziale) non utilizzano il sistema di riferimento 0V come ciclo di corrente di ritorno, evitando così grandi cicli di corrente, riducendo così la radiazione RF.

(11) Il comparatore deve avere un ritardo (feedback positivo) per evitare trasformazioni erronee dell'uscita dovute al rumore e alle interferenze e per evitare oscillazioni ai punti di interruzione. Non utilizzare un comparatore più veloce di quello di cui hai bisogno (mantenere il dv/dt il più basso possibile mentre soddisfa le tue esigenze).

(12) Alcuni IC analogici sono particolarmente sensibili ai campi di radiofrequenza, quindi è spesso necessario schermare tali elementi analogici con una piccola scatola di schermatura metallica montata sul PCB e collegata alla superficie del suolo del PCB. Fare attenzione a garantire la sua condizione di dissipazione del calore.

CPLD è l'abbreviazione di Complex PLD. Come suggerisce il nome, è un elemento logico più complesso di PLD. CPLD è un elemento logico ad alta integrazione. A causa della sua elevata integrazione, ha i vantaggi di prestazioni migliorate, maggiore affidabilità, area PCB ridotta e costi inferiori. Un elemento CPLD è fondamentalmente una combinazione di molti blocchi logici. Ogni blocco logico è simile a un semplice elemento PLD (come 22V10). La relazione tra blocchi logici è composta da architetture di connessione variabile, che sintetizzano l'intero circuito logico.

I componenti CPLD comuni sono le serie Max5000 e Max7000 di Altera. Le serie Max340 e Flash370 di Cypress, in generale, il numero di porte degli elementi CPLD è compreso tra 1000 e 7000 Gates.