PCB 블로그 - PCB 보드 레이아웃 기술, 똑똑한 엔지니어 이해

인쇄회로기판 (printed circuit board) 이라고도 하는 PCB 보드는 전자 부품 간의 회로 연결과 기능 실현을 실현할 수 있으며 전원 회로 설계의 중요한 구성 부분이기도 하다.오늘 이 문서에서는 PCB 보드 레이아웃과 경로설정의 기본 규칙을 설명합니다.

1. 위젯 배치의 기본 규칙

1) 회로 모듈의 배치에 따라 동일한 기능을 실현하는 관련 회로를 모듈이라고 하는데 회로 모듈의 소자는 최근 집중의 원칙을 채택하고 디지털 회로와 아날로그 회로를 동시에 분리해야 한다.

2) 위치구멍, 표준구멍 등 비설치구멍 주변 1.27mm 범위 내에 부품을 설치해서는 안 되며, 나사 등 설치구멍 주변 3.5mm(M2.5), 4mm(M3) 범위 내에 부품을 설치해서는 안 된다.

3) 수평으로 설치된 저항기, 센서(플러그인), 전해콘덴서와 같은 부품 아래에 구멍을 뚫지 않도록 하여 웨이브 용접 후 구멍과 부품 케이스 사이의 합선을 피한다.

4) 위젯 외부와 플레이트 가장자리 사이의 거리는 5mm입니다.

5) 설치된 부품 패드의 바깥쪽과 인접한 설치된 부품의 바깥쪽 사이의 거리가 2mm보다 크다.

6) 금속 케이스 어셈블리와 금속 부품 (차폐함 등) 은 다른 어셈블리와 접촉할 수 없으며, 인쇄 회선과 용접판에 접근할 수 없으며, 간격은 2mm 이상이어야 한다.판의 위치 구멍, 고정 부품 설치 구멍, 타원 구멍 및 기타 사각 구멍의 크기는 판의 가장자리에서 3mm 이상 떨어져 있습니다.

7) 가열 컴포넌트는 와이어와 열 컴포넌트에 접근할 수 없습니다.고열 부품은 고르게 분포해야 한다.

8) 전원 콘센트는 가능한 한 인쇄판 주위에 배치하고 전원 콘센트와 연결된 모선 단자는 같은 쪽에 배치해야 한다.콘센트 및 커넥터 용접을 용이하게 하기 위해 커넥터 사이에 전원 콘센트와 기타 용접 커넥터를 배치하지 않도록 주의하고 전력 케이블의 설계 및 묶음을 용이하게 해야 합니다.전원 콘센트와 용접 커넥터의 배치 간격을 고려하여 전원 플러그의 삽입과 제거를 용이하게 해야 합니다.

9) 기타 컴포넌트의 정렬: 모든 IC 컴포넌트는 단방향으로 정렬되며 극성 컴포넌트에는 극성 마커가 명확하며 동일한 인쇄판의 극성 마커는 두 방향을 초과해서는 안 됩니다.두 방향이 나타나면 두 방향은 서로 수직입니다.

10) 판의 배선은 적당히 촘촘해야 하며, 밀도가 너무 크면 그물 모양의 동박을 채워야 하며, 그물 눈의 크기는 8mil (또는 0.2mm) 이상이어야 한다.

11) 용접판에 구멍이 뚫려서 용접고의 손실을 피하고 부품이 용접되지 않도록 해야 한다.중요한 신호선은 콘센트 핀 사이를 통과하는 것을 허용하지 않습니다.

12) 패치는 한쪽에 정렬되어 문자 방향이 같고 포장 방향이 같다.

13) 극성이 있는 장치의 경우 동일한 보드의 극성 플래그 방향이 가능한 한 일치해야 합니다.

2. 부품 연결 규칙

1) PCB 플레이트 가장자리에서 1mm 미만이거나 같은 경로설정 영역 및 설치 구멍 주변 1mm 범위에서 경로설정 금지;

2) 전원 코드는 가능한 한 넓어야 하며 18mil 미만이어서는 안 됩니다.신호선의 너비는 12mil 이상이어야 합니다.cpu 입력 및 출력선은 10mil (또는 8mil) 이하여야 합니다.행 간격은 10mil 이하여야 합니다.

3) 일반 구멍은 30mil 이상이어야 합니다.

4) 2열 직삽식: 개스킷 60mil, 구멍 지름 40mil;1/4W 저항: 51*55mil(0805 표면 장착),직렬 용접판 62mil, 공경 42mil;무전극 콘덴서: 51*55mil(0805 표면 설치);직렬 시 개스킷은 50mil, 구멍 지름은 28mil입니다.

5) 전원 코드와 접지선은 가능한 한 방사형이어야 하며 신호선은 고리가 되어서는 안 됩니다.

3. 간섭과 전자기 호환성을 높이는 방법

프로세서가 탑재된 전자 제품을 개발할 때 어떻게 방해 방지 능력과 전자기 호환성을 높입니까?

3.1 다음 시스템은 전자기 간섭에 특히 주의해야 한다.

1) 마이크로컨트롤러의 클럭 주파수가 매우 높고 버스 주기가 매우 빠른 시스템.

2) 이 시스템은 불꽃발생계전기, 대전류스위치 등 고출력, 대전류구동회로를 포함한다.

3) 약한 아날로그 신호 회로와 높은 A/D 변환 회로가 있는 시스템.

3.2 다음과 같은 조치를 취하여 시스템의 전자기 방해 능력을 향상시킨다.

1) 저주파 마이크로컨트롤러 선택: 외부 시계 주파수가 낮은 마이크로컨트롤러를 선택하면 소음을 효과적으로 줄이고 시스템의 방해 방지 능력을 향상시킬 수 있다.방파와 정현파의 주파수는 같으며 방파중의 고주파분량은 정현파보다 훨씬 많다.비록 방파의 고주파 분량의 진폭은 기파의 진폭보다 작지만, 주파수가 높을수록 발사가 쉬워지고 소음원이 된다.마이크로컨트롤러는 클럭 주파수의 약 3배에 달하는 고주파 노이즈를 발생시킵니다.

2) 신호 전송의 왜곡 감소

마이크로컨트롤러는 주로 고속 CMOS 기술로 제조된다.신호 입력단의 정적 입력 전류는 약 1mA, 입력 용량은 약 10PF로 입력 임피던스가 상당히 높으며 고속 CMOS 회로의 출력단은 상당한 부하 용량, 즉 상당한 출력 값을 가지고 있다.장거리 회로가 입력 임피던스가 상대적으로 높은 입력단으로 유도될 때 반사 문제가 매우 심각하여 신호가 왜곡되고 시스템 소음이 증가합니다.Tpd>Tr이면 신호 반사와 임피던스 일치 등을 고려해야 하는 전송선 문제가 됩니다.신호가 인쇄회로기판에서 지연되는 시간은 도선의 특성 임피던스와 관련이 있다. 즉, 인쇄회로기판 재료의 개전 상수와 관련이 있다.대략적으로 신호가 인쇄판 지시선에서 전송되는 속도는 대략 광속의 1/3에서 1/2이라고 볼 수 있다.마이크로컨트롤러로 구성된 시스템에서 자주 사용하는 논리 전화 구성 요소의 Tr (표준 지연 시간) 는 3 ~ 18ns 사이입니다.인쇄회로기판에서 신호는 7W의 저항기와 25센티미터 길이의 도선을 통과하며 도선 지연 시간은 약 4~20ns 사이이다.인쇄회로의 신호 지시선이 짧을수록 길이가 25cm를 넘지 않아야 한다는 것이다.구멍을 통과하는 수량은 가능한 한 적어야 하며 2 개를 초과하지 않아야 합니다.신호의 상승 시간이 신호의 지연 시간보다 빠를 때 빠른 전자 부품에 따라 처리한다.이때 전송선의 임피던스 일치를 고려해야 합니다.인쇄 회로 기판의 통합 블록 간 신호 전송의 경우 Td>Trd를 피해야 합니다.인쇄회로기판이 클수록 시스템 속도가 빨라집니다.

3) 신호선 사이의 교차 간섭 감소: A점 상승 시간이 Tr인 단계 신호는 도선 AB를 통해 B단으로 전송된다. 신호가 AB선에서 지연되는 시간은 Td이다. D점에서는 신호가 A점에서 정방향으로 전송되기 때문에 신호가 B점에 도달한 후의 반사와 AB선의 지연,Td 시간이 지나면 너비가 Tr인 페이지 펄스 신호가 감지됩니다.점 C에서 신호가 AB에서 전송되고 반사되기 때문에 AB선 신호의 지연 시간의 두 배의 폭을 가진 정펄스 신호, 즉 2Td를 감지한다.이것은 신호 사이의 교차 간섭이다.간섭 신호의 강도는 선 사이의 거리와 관련이 있는 점 C에 있는 신호의 di/at와 관련이 있습니다.두 신호선이 그리 길지 않을 때 AB에서 실제로 보는 것은 두 펄스의 중첩이다.CMOS 프로세스를 사용하여 제작된 마이크로컨트롤러는 높은 입력 임피던스, 높은 노이즈 및 높은 노이즈 허용량을 제공합니다.디지털 회로는 100~200mv의 소음을 중첩하여 그 작업에 영향을 주지 않는다.그림의 AB선이 아날로그 신호라면 이 간섭은 용납할 수 없게 된다.예를 들어, 인쇄 회로 기판이 4층 패널 (1층은 대면적 접지) 이거나 이중 패널일 때, 신호선의 뒷면이 대면적 패널일 때 신호 간의 교차 간섭이 감소합니다.그 이유는 대면적의 접지가 신호선의 특성 임피던스를 낮추고 신호가 D단에서 크게 반사되기 때문이다.특성 임피던스는 신호선과 땅 사이의 매체의 매전 상수의 제곱과 반비례하며, 매체 두께의 자연 대수와 정비례한다.만약 AB선이 아날로그신호라면 디지털회로신호선 CD가 AB에 대한 교란을 피하기 위해 AB선 아래에는 대면적의 접지가 있어야 하며 AB선에서 CD선까지의 거리는 AB선에서 접지까지의 거리의 2~3배보다 커야 한다.부분 실드를 사용할 수 있으며 지시선은 지시선의 왼쪽과 오른쪽, 접합된 쪽에 배치됩니다.

4) 전원 소음 감소

전원 공급 장치는 시스템에 에너지를 공급하면서 제공된 전원에 노이즈를 추가합니다.회로의 마이크로컨트롤러의 재설정, 중단선 및 기타 제어선은 외부 소음에 쉽게 방해됩니다.전력망의 강한 교란은 전원을 통해 회로로 들어가며 배터리가 공급되는 시스템에서도 배터리 자체에서 고주파 소음이 발생한다.아날로그 회로의 아날로그 신호는 전원 공급 장치의 간섭에 더 잘 견딜 수 있습니다.

5) 인쇄 회로기판 및 컴포넌트의 고주파 특성 주의

고주파 상황에서 인쇄회로기판의 지시선, 과공, 저항기, 콘덴서와 연결기의 분포 감각과 용량은 무시할 수 없다.콘덴서의 분포 전감도 무시할 수 없고, 센서의 분포 전감도 무시할 수 없다.저항은 고주파 신호의 반사를 발생시키고, 지시선의 분포 용량은 역할을 발휘할 것이다.길이가 노이즈 주파수 대응 파장의 1/20보다 크면 안테나 효과가 발생하며 노이즈는 컨덕터를 통해 발사됩니다.인쇄회로기판의 구멍은 약 0.6pf의 용량을 일으킨다.집적회로의 패키징 재료 자체는 2~6pf의 용량을 도입했다.520nH의 분산 감지를 갖춘 회로 기판의 커넥터4~18nH 분산 전기 감각을 갖춘 2열 직렬 24핀 IC 콘센트이러한 작은 분포 매개 변수는 낮은 주파수에서 마이크로컨트롤러 시스템의 이 줄에 대해 무시할 수 있다;고속 시스템에 각별히 주의해야 한다.

6) 부품 레이아웃을 합리적으로 분할

인쇄회로기판에 배치된 부속품의 위치는 전자기 방해에 대한 문제를 충분히 고려해야 한다.어셈블리 간의 지시선은 가능한 한 짧아야 한다는 원칙 중 하나입니다.레이아웃에서 아날로그 신호 부분, 고속 디지털 회로 부분과 소음원 부분 (예를 들어 계전기, 대전류 스위치 등) 은 합리적으로 분리하여 그들 사이의 신호를 결합시켜야 한다.

G 처리 접지선

인쇄회로기판에서는 전원 코드와 지선이 중요하다.전자기 간섭을 극복하기 위해 주요 수단은 접지이다.양면 패널의 경우 지선의 배치가 매우 중요합니다.전원 공급 장치의 양 끝에서 인쇄 회로 기판으로 전원 공급 장치와 접지를 연결하는 단일 접지 방식으로, 전원 공급 장치와 바닥에 각각 접점이 있습니다.인쇄회로기판에는 반드시 여러개의 회류접지선이 있어야 하는데 이런 회류접지선은 회류전원의 접점에 모이는데 이것이 바로 이른바 단점접지이다.이른바 아날로그 접지, 디지털 접지, 고출력 설비 접지의 분리는 배선이 분리되어 있다는 것을 의미하며, 이 모든 것이 이 접지에 연결되어 있다.일반적으로 차폐 케이블은 인쇄 회로 기판 이외의 신호에 연결할 때 사용됩니다.고주파 및 디지털 신호의 경우 케이블의 양쪽 끝을 차단합니다.저주파 아날로그 신호의 차폐 케이블은 한쪽 끝을 접지해야 한다.소음 및 간섭에 매우 민감한 회로 또는 특히 고주파 소음의 회로는 금속 덮개를 사용하여 차단해야합니다.

7) 디커플링 콘덴서 활용

좋은 고주파 디커플링 콘덴서는 최대 1GHZ의 고주파 분량을 제거할 수 있다.세라믹 칩 콘덴서나 다층 세라믹 콘덴서는 더 좋은 고주파 특성을 가지고 있다.인쇄 회로 기판을 설계할 때는 각 집적 회로의 전원과 접지 사이에 디커플링 콘덴서를 추가해야 합니다.디커플링 콘덴서에는 두 가지 기능이 있다: 한편으로는 집적 회로의 에너지 저장 콘덴서로 문을 여는 순간 집적 회로의 충전 및 방전 에너지를 제공하고 흡수한다;다른 한편으로, 그것은 장치의 고주파 소음을 우회했다.디지털 회로의 전형적인 디커플링 커패시터는 0.1uf이다. 디커플링 커패시터는 약 7MHz의 병렬 공명 주파수를 가진 5nH의 분산 감지를 가지고 있으며, 이는 10MHz 이하의 소음에 대한 디커플링 효과가 뛰어나다는 것을 의미한다.소음은 작용하기 어렵다.1uf, 10uf 콘덴서, 병렬 공명 주파수가 20MHz 이상이어서 고주파 소음을 제거하는 효과가 좋다.전원이 회로 기판에 들어갈 때, 1uf 또는 10uf의 고주파 콘덴서는 일반적으로 유익하며, 배터리가 공급되는 시스템조차도 이렇게 필요하다.10 개의 집적 회로마다 충전 및 방전 콘덴서 또는 저장 및 방전 용기를 추가해야하며 콘덴서의 크기는 10 uf가 될 수 있습니다.전해축전기를 사용하지 않다.전해콘덴서는 플루토늄 박막을 두 겹으로 말아서 만든 것이다.이런 돌돌 말린 구조는 고주파에서 전기 감각으로 나타난다.담즙 콘덴서나 폴리카보네이트 콘덴서를 사용하다.디커플링 콘덴서 값의 선택이 엄격하지 않아 C=1/f로 계산할 수 있다;즉, 10MHz는 0.1uf가 필요하며 마이크로컨트롤러로 구성된 시스템의 경우 0.1~0.01uf 사이가 될 수 있습니다.

3. 소음과 전자기 간섭을 줄인 경험.

1) 저속 칩을 사용할 수 있다면 고속 칩이 필요하지 않습니다.고속 칩은 중요한 위치에 사용됩니다.

2) 저항기는 직렬 연결하여 제어 회로의 위쪽 가장자리와 아래쪽 가장자리의 전환율을 낮출 수 있다.

3) 계전기 등에 어떤 형태의 댐핑을 제공하려고 시도한다.

4) 시스템 요구 사항에 맞는 주파수 클럭을 사용합니다.

5) 클럭 발생기는 가능한 한 클럭을 사용하는 장치에 접근해야하며 석영 결정 발진기의 케이스는 접지해야합니다.

6) 접지선으로 클럭 영역을 둘러싸고, 클럭 선을 최대한 짧게 만듭니다.

7) I/O 구동 회로는 가능한 한 인쇄판의 가장자리에 가깝고 인쇄판을 가능한 한 빨리 벗어나게 해야 한다.인쇄판에 들어오는 신호는 필터링되고 노이즈 영역으로부터의 신호도 필터링되어야 합니다.이와 동시에 직렬단저항의 방법을 채용하여 신호반사를 줄여야 한다.

8) MCD의 쓸모없는 끝은 높은 레벨, 또는 접지, 또는 출력단으로 정의되어야 합니다.전원 접지에 연결되어야 하는 집적 회로의 한쪽 끝은 연결되어야 하며 부동을 유지해서는 안 된다.

9) 사용하지 않는 그리드 회로의 입력 단자를 부동시키지 말고, 사용하지 않는 연산 증폭기의 양극 입력 단자를 접지하고, 음극 입력 단자를 출력 단자에 연결한다.

10) 인쇄판은 90접선이 아닌 45접선을 사용하여 고주파 신호의 외부 송신과 결합을 최소화해야 한다.

11) 인쇄회로기판은 주파수와 전류스위치 특성에 따라 구분되며 소음성분과 비소음성분 사이의 거리는 더욱 멀어야 한다.

12) 단일 및 이중 패널의 전원 공급 장치 단일 및 단일 접지, 전원 코드 및 접지선은 가능한 두꺼워야 합니다.경제적인 경우 다중 레이어 보드를 사용하여 전원 공급 장치와 접지의 용량 감전을 줄일 수 있습니다.

13) 시계, 버스 및 칩 선택 신호를 I/O 케이블 및 커넥터에서 멀리 떨어지게 합니다.

14) 아날로그 전압 입력선과 참조 전압 단자는 디지털 회로 신호선, 특히 시계에서 가능한 한 멀리 떨어져 있어야 합니다.

15) A/D 장치의 경우 디지털 부분과 아날로그 부분은 교차하는 것이 아니라 통일되어야 한다.

16) I/O 케이블에 수직인 클럭 케이블은 평행 I/O 케이블보다 간섭이 적고 클럭 어셈블리 핀이 I/O 케이블에서 멀리 떨어져 있습니다.

17) 소자 핀은 가능한 한 짧아야 하고, 디커플링 콘덴서 핀은 가능한 한 짧아야 한다.

18) 관건적인 선로는 될수록 두꺼워야 하며 량측은 보호접지를 증가해야 한다.고속 노선은 짧고 곧아야 한다.

19) 소음에 민감한 선로를 고전류, 고속 스위치 선로와 병렬로 운행하지 말아야 한다.

20) 쿼츠 결정 및 노이즈 민감 장치에서 궤적을 실행하지 마십시오.

21) 약한 신호 회로, 저주파 회로 주위에 전류 회로를 형성하지 않는다.

22) 신호에 대해 루프를 형성하지 마십시오. 불가피한 경우 루프 면적을 최대한 작게 만듭니다.

23) 각 IC에는 디커플링 커패시터가 있습니다.각 전해 콘덴서 옆에 소형 고주파 바이패스 콘덴서를 추가해야 한다.

24) 회로 충전 및 방전 에너지 저장 콘덴서는 전해 콘덴서 대신 대용량 탄탈럼 콘덴서 또는 다중 결정 콘덴서를 사용합니다.튜브 콘덴서를 사용할 때 케이스는 PCB 보드에 접지해야 합니다.