Berita PCB - Bagaimana kita boleh merancang papan PCB yang sempurna?

Semua orang tahu bahawa Bentangan PCB adalah untuk mengubah diagram sirkuit menjadi papan sirkuit PCB sebenar, tetapi ini bukan proses sederhana. Banyak orang di negara asing memanggil seni desain PCB. Ia tidak sukar untuk meletakkan papan PCB, tetapi ia mesti dilakukan dengan baik. Ia bukan tugas mudah untuk menggunakan PCB untuk menyedari fungsinya dengan sempurna.

Dua kesulitan besar dalam bidang mikroelektronik adalah pemprosesan isyarat frekuensi tinggi dan isyarat lemah. Dalam hal ini, aras produksi PCB sangat penting. Rancangan prinsip yang sama, komponen yang sama, dan PCB yang dihasilkan oleh orang berbeza mempunyai keputusan yang berbeza. Jadi bagaimana kita boleh membuat papan PCB yang baik? Berdasarkan pengalaman kita yang lalu, saya ingin bercakap tentang pandangan saya mengenai aspek berikut:

Satu: tujuan desain yang jelas

Menerima tugas rancangan, kita mesti pertama-tama jelaskan tujuan rancangannya, sama ada ia papan PCB biasa, papan PCB frekuensi tinggi, papan pemprosesan isyarat kecil PCB atau papan PCB dengan kedua-dua pemprosesan isyarat frekuensi tinggi dan kecil. Jika ia papan PCB biasa, Selama bentangan dan kawat adalah masuk akal dan bersih, dan dimensi mekanik adalah tepat, jika terdapat garis muatan tengah dan garis panjang, tindakan tertentu mesti digunakan untuk mengurangi muatan, dan garis panjang mesti dikuasai untuk memandu, dan fokus adalah untuk mencegah refleksi garis panjang. Apabila ada garis isyarat yang melebihi 40MHz di papan, pertimbangan istimewa patut dilakukan pada garis isyarat ini, seperti perbualan salib antara garis. Jika frekuensi lebih tinggi, terdapat had yang lebih ketat pada panjang kawat. Menurut teori rangkaian parameter yang disebarkan, interaksi antara sirkuit kelajuan tinggi dan kabelnya adalah faktor yang menentukan dan tidak dapat diabaikan dalam desain sistem. Bila kelajuan penghantaran pintu meningkat, lawan pada garis isyarat akan meningkat secara sepadan, dan perbualan salib antara garis isyarat bersebelahan akan meningkat secara proporsional. Secara umum, penggunaan kuasa dan penyebaran panas sirkuit kelajuan tinggi juga sangat besar, jadi PCB kelajuan tinggi sedang dibuat. Perhatian yang cukup harus diberikan.

Apabila ada isyarat lemah aras milivolt atau microvolt di papan, garis isyarat ini memerlukan perhatian istimewa. Isyarat kecil terlalu lemah dan sangat susah untuk gangguan dari isyarat kuat lain. Tindakan perisai sering diperlukan, jika tidak mereka akan mengurangi nisbah isyarat-kepada-bunyi. Sebagai hasilnya, isyarat berguna ditenggelamkan oleh bunyi dan tidak dapat dikekstrak secara efektif.

Pengurusan dewan juga perlu dianggap dalam tahap desain. Lokasi fizikal titik ujian, pengasingan titik ujian dan faktor lain tidak boleh diabaikan, kerana beberapa isyarat kecil dan isyarat frekuensi tinggi tidak boleh ditambah secara langsung ke sonda untuk pengukuran.

Selain itu, faktor lain yang relevan patut dianggap, seperti bilangan lapisan papan, bentuk pakej komponen yang digunakan, dan kekuatan mekanik papan. Sebelum membuat papan PCB, anda mesti mempunyai idea yang baik tentang tujuan desain untuk desain.

Dua. Memahami keperluan bentangan dan laluan bagi fungsi komponen yang digunakan

Kami tahu bahawa beberapa komponen istimewa mempunyai keperluan istimewa dalam bentangan dan laluan, seperti penyembah isyarat analog yang digunakan oleh LOTI dan APH. Penampilkan isyarat analog memerlukan bekalan kuasa yang stabil dan garisan kecil. Jauhkan bahagian isyarat kecil analog sejauh mungkin dari peranti kuasa. Pada papan OTI, bahagian penyampaian isyarat kecil juga disediakan secara khusus dengan penutup perisai untuk melindungi gangguan elektromagnetik tersesat. Cip GLINK yang digunakan pada papan NTOI menggunakan teknologi ECL, yang menghasilkan banyak kuasa dan menghasilkan panas. Pertimbangan istimewa mesti diberikan kepada masalah penyebaran panas dalam bentangan. Jika penyebaran panas biasa digunakan, cip GLINK mesti ditempatkan di tempat dengan sirkulasi udara relatif licin. Dan panas radiasi tidak boleh mempunyai kesan besar pada cip lain. Jika papan dipenuhi dengan speaker atau peranti kuasa tinggi lain, ia mungkin menyebabkan pencemaran serius kepada bekalan kuasa. Titik ini juga perlu diberikan cukup perhatian.

Tiga. Pertimbangan bentangan komponen

Faktor pertama yang mesti dianggap dalam bentangan komponen adalah prestasi elektrik. Letakkan komponen yang terhubung secara dekat bersama-sama sebanyak mungkin, terutama untuk beberapa garis kelajuan tinggi, membuat mereka sebagai pendek sebanyak mungkin apabila meletakkan isyarat kuasa dan peranti isyarat kecil. Untuk dipisahkan. Pada premis untuk memenuhi prestasi sirkuit, komponen mesti diletakkan dengan baik dan cantik, dan mudah untuk diuji. Saiz mekanik papan dan lokasi soket juga perlu dipertimbangkan dengan hati-hati.

Masa pendaratan dan perlahan penghantaran pada garis sambungan dalam sistem kelajuan tinggi juga faktor pertama yang perlu dianggap dalam desain sistem. Masa penghantaran pada garis isyarat mempunyai pengaruh besar pada kelajuan sistem keseluruhan, terutama untuk sirkuit ECL kelajuan tinggi. Walaupun blok litar terpasang sendiri sangat cepat, ia disebabkan penggunaan garis sambungan biasa pada lapisan belakang (panjang setiap garis 30cm adalah kira-kira jumlah lambat 2ns) meningkatkan masa lambat, yang boleh mengurangkan kelajuan sistem. Bahagian kerja segerak seperti daftar shift dan penghitung segerak ditempatkan terbaik pada papan pemalam yang sama, kerana jam pada papan pemalam yang berbeza Masa lambat penghantaran isyarat tidak sama, yang mungkin menyebabkan daftar shift menghasilkan ralat besar. Jika ia tidak dapat ditempatkan pada satu papan, panjang baris jam dari sumber jam biasa ke setiap papan pemalam mesti sama di mana penyegerakan adalah kunci.

Keempat, pertimbangan kabel

Dengan selesai desain OTNI dan rangkaian serat optik bintang, akan ada lebih banyak papan dengan garis isyarat kelajuan tinggi di atas 100MHz yang perlu dirancang di masa depan. Beberapa konsep asas garis kelajuan tinggi akan diperkenalkan di sini.

1. Garis penghantaran

Setiap laluan isyarat "panjang" pada papan sirkuit cetak boleh dianggap sebagai semacam garis penghantaran. Jika masa lambat transmisi garis jauh lebih pendek daripada masa naik isyarat, refleksi utama yang dihasilkan semasa masa naik isyarat akan tenggelam. Tembakan berlebihan, merebut dan berdering tidak lagi hadir. Untuk kebanyakan sirkuit MOS semasa, kerana nisbah masa naik ke masa lambat penghantaran garis jauh lebih besar, jejak boleh sepanjang meter tanpa gangguan isyarat. Untuk sirkuit logik yang lebih cepat, terutama ECL kelajuan ultra tinggi.

Untuk sirkuit terintegrasi, disebabkan peningkatan kelajuan pinggir, jika tiada tindakan lain diambil, panjang jejak mesti dikurangkan jauh untuk menjaga integriti isyarat.

Ada dua cara untuk membuat sirkuit kelajuan tinggi berfungsi pada garis relatif panjang tanpa gangguan bentuk gelombang serius. TTL mengadopsi kaedah pegangan dioda Schottky untuk pinggir yang cepat jatuh, sehingga overshoot ditangkap pada titik tegangan dioda yang lebih rendah daripada potensi tanah. Pada tahap "HHHHH", ini mengurangkan amplitud belakang. Pinggir naik perlahan membolehkan melebihi, tetapi ia dipermalukan oleh impedance output relatif tinggi (50ï½™80Ω) sirkuit dalam keadaan â™H♪. . Selain itu, kerana kekebalan tinggi keadaan "H", masalah kickback tidak terlalu terkenal. Untuk peranti seri HCT, jika kaedah penghentian tahan dioda Schottky dan kaedah penghentian tahan seri bergabung, ia akan meningkatkan kesan akan lebih jelas.

Apabila ada penggemar keluar sepanjang garis isyarat, kaedah bentuk TTL yang diperkenalkan di atas kelihatan tidak cukup pada kadar bit yang lebih tinggi dan kadar pinggir yang lebih cepat. Kerana terdapat gelombang refleksi di garis, mereka akan cenderung untuk disintesis pada kadar bit tinggi, menyebabkan gangguan isyarat yang serius dan kekurangan kemampuan anti-gangguan. Oleh itu, untuk menyelesaikan masalah refleksi, kaedah lain biasanya digunakan dalam sistem ECL: kaedah sepadan impedance garis. Dengan cara ini, refleksi boleh dikawal dan integriti isyarat boleh dijamin.

Secara ketat, bagi peranti TTL konvensional dan CMOS dengan kelajuan pinggir perlahan, garis penghantaran tidak sangat diperlukan. Untuk peranti ECL kelajuan tinggi dengan kelajuan pinggir yang lebih cepat, garis penghantaran tidak sentiasa diperlukan. Tetapi apabila menggunakan garis penghantaran, mereka mempunyai keuntungan meramalkan lambat sambungan dan mengawal refleksi dan oscilasi melalui persamaan impedance. 1

Terdapat lima faktor asas dalam memutuskan sama ada hendak menggunakan garis penghantaran. Mereka adalah: (1) kadar pinggir isyarat sistem, (2) jarak sambungan (3) muatan kapasitif (berapa banyak penggemar keluar), (4) muatan resisten (kaedah penghentian garis); (5) dibenarkan Peratus belakang dan melebihi (darjah pengurangan kekebalan AC).

2. Beberapa jenis garis penghantaran

(1) Kabel koaksial dan pasangan berputar: Mereka sering digunakan dalam sambungan antara sistem. Impedansi karakteristik kabel koaksial biasanya 50Ω dan 75Ω, dan pasangan berputar biasanya 110Ω.

(2) Garis microstrip pada papan sirkuit cetak

Garis microstrip adalah konduktor strip (garis isyarat). Dilektrik digunakan untuk mengisolasinya dari pesawat tanah. Jika tebal, lebar, dan jarak diantara garis dan lapisan tanah boleh dikawal, pengendalian karakteristiknya juga boleh dikawal. Impedansi karakteristik Z0 bagi garis microstrip adalah:

Dalam formula: [Er adalah kebenaran relatif bagi bahan dielektrik papan cetak

6 ialah tebal lapisan dielektrik

W ialah lebar baris

t ialah tebal garis

Masa lambat penghantaran garis microstrip per unit hanya bergantung pada konstan dielektrik dan tiada kaitan dengan lebar atau jarak garis.

(3) Strip baris dalam papan cetak

Garis garis garis adalah garis garis tembaga ditempatkan di tengah-tengah dielektrik antara dua pesawat konduktif. Jika tebal dan lebar garis, konstan dielektrik medium, dan jarak antara dua pesawat konduktif boleh dikawal, maka kemudahan karakteristik garis juga boleh dikawal. Keterangan karakteristik B garis garis garis garis ialah:

Di mana: b adalah jarak antara dua papan tanah

W ialah lebar baris

t ialah tebal garis

Sama seperti, masa lambat penghantaran garis garis per unit tiada kaitan dengan lebar atau jarak garis; ia hanya bergantung pada kebenaran relatif medium yang digunakan.

3. Garis penghantaran tidak terhenti

Jika masa lambat baris jauh lebih pendek daripada masa naik isyarat, garis transmisi boleh digunakan tanpa penghentian siri atau penghentian selari. Jika wayar tidak ditamatkan mempunyai lambat perjalanan bulat (masa yang diperlukan untuk isyarat untuk perjalanan pada garis transmisi sekali) daripada denyutan Masa naik isyarat adalah pendek, jadi kickback disebabkan oleh non-termination adalah kira-kira 15% daripada swing logik. Panjang laluan terbuka maksimum sekitar:

Lmax ＜tr/2tpd

Dimana: tr adalah masa naik

tpd adalah masa lambat transmisi per unit garis panjang

4. Matikan garis penghantaran

Pada hujung penerimaan baris, resistensi sama dengan impedance karakteristik baris digunakan untuk dihentikan, kemudian garis penghantaran dipanggil sambungan terminal selari. Ia terutama digunakan untuk mendapatkan prestasi elektrik terbaik, termasuk pemandu muatan yang disebarkan.

Kadang-kadang untuk menyimpan penggunaan kuasa, kondensator 104 disambung dalam siri ke resistor penghentian untuk membentuk sirkuit penghentian AC, yang boleh mengurangi kehilangan DC secara efektif.

Penegang disambung dalam siri diantara pemacu dan garis penghantaran, dan terminal garis tidak lagi disambung ke penegang penghentian. Kaedah penghentian ini dipanggil penghentian siri. Terlalu tinggi dan bunyi di garis yang lebih panjang boleh dikawal oleh teknologi pemadam siri atau penghentian siri. Pemegangan seri dicapai dengan menggunakan perlawanan kecil (biasanya 10 hingga 75Ω) tersambung dalam seri dengan output pintu pemacu. Kaedah penindasan ini sesuai Digunakan bersama dengan garis-garis yang mempunyai keterangan yang dikawal (seperti kawalan layar belakang, papan sirkuit tanpa pesawat tanah, dan sebahagian besar kawalan angin, dll.).

Dalam penghentian siri, jumlah nilai perlawanan siri dan penghalang output siri (pintu memandu) sama dengan penghalang karakteristik garis penghantaran. Kawalan akhir sambungan siri mempunyai kelemahan bahawa ia hanya boleh menggunakan muatan lumped di terminal dan masa lambat penghantaran lebih lama. Namun, ini boleh dikalahkan dengan menggunakan garis penghantaran berantai terhenti.

5. Comparison of several termination methods

Kedua sambungan selari dan sambungan siri mempunyai keuntungan mereka sendiri. Yang mana untuk digunakan atau kedua-dua bergantung pada keutamaan desainer dan keperluan sistem. Keuntungan utama sambungan selari adalah bahawa sistem adalah pantas dan isyarat dihantar pada garis tanpa cacat. Muatan pada garis panjang tidak akan mempengaruhi masa lambat penghantaran pintu pemacu memandu garis panjang atau kelajuan pinggir isyarat, tetapi akan meningkatkan masa lambat penghantaran isyarat sepanjang garis panjang. Apabila memandu penggemar-keluar besar, muatan boleh dibahagikan sepanjang garis cabang pendek, selain dari terminal dimana muatan mesti dikumpulkan pada garis seperti pada penghentian siri.

Kaedah penghentian siri membuat sirkuit mempunyai kemampuan untuk memandu beberapa garis muatan selari. Tingkat masa lambat disebabkan oleh muatan kapasitif kawat terminal siri adalah kira-kira dua kali lebih besar daripada kawat terminal paralel yang sepadan, dan sirkuit pendek disebabkan oleh muatan kapasitif. Kelajuan perlahan dan masa perlahan pintu pemacu meningkat. Namun, perbualan salib sambungan siri lebih kecil daripada sambungan selari. Alasan utama ialah amplitud isyarat yang dihantar sepanjang sambungan siri adalah hanya setengah dari pergerakan logik. Semasa tukar hanya separuh dari semasa tukar penghentian selari, dan tenaga isyarat kecil dan perbualan salib kecil.

Dua teknologi kabel papan PCB

Sama ada hendak memilih papan dua sisi atau papan berbilang lapisan apabila membuat PCB bergantung pada frekuensi operasi tertinggi, kompleksiti sistem sirkuit, dan keperluan untuk ketepatan pemasangan. Lebih baik untuk memilih papan berbilang lapisan apabila frekuensi jam melebihi 200MHZ. Jika frekuensi operasi melebihi 350MHz, lebih baik untuk memilih papan sirkuit cetak dengan PTFE sebagai lapisan dielektrik, kerana penindasan frekuensi tinggi lebih kecil, kapasitas parasit lebih kecil, dan kelajuan pemindahan lebih cepat. Konsum kuasa besar dan rendah, prinsip berikut diperlukan untuk kabel papan sirkuit cetak

(1) Bila merancang garis penghantaran isyarat, mengelakkan pusingan tajam untuk mencegah refleksi disebabkan oleh perubahan tiba-tiba dalam pengendalian karakteristik garis penghantaran. Cuba merancang garis lengkung seragam dengan saiz tertentu.

(2) Simpan sebanyak mungkin ruang diantara semua garis isyarat selari untuk mengurangkan saling bercakap. Jika ada dua wayar isyarat yang dekat bersama, lebih baik untuk menjalankan wayar tanah antara dua wayar, yang boleh bermain peran perisai.

Lebar garis cetak boleh dihitung mengikut formula pengiraan impedance karakteristik yang disebut atas bagi garis microstrip dan garis strip. Keterangan karakteristik garis microstrip pada papan sirkuit cetak adalah umumnya antara 50 dan 120Ω. Untuk mendapatkan impedance karakteristik besar, lebar garis mesti sangat sempit. Tetapi garis yang sangat tipis tidak mudah untuk dibuat. Mengingat pelbagai faktor, ia secara umum sesuai untuk memilih nilai impedance sekitar 68Ω, kerana impedance karakteristik 68Ω boleh mencapai keseimbangan terbaik antara masa lambat dan konsumsi kuasa. Garis penghantaran 50Ω akan menghabiskan lebih banyak kuasa; tentu saja, impedance yang lebih besar boleh mengurangkan konsumsi tenaga, tetapi ia akan meningkatkan masa lambat transmisi. Kapansansi garis negatif akan meningkatkan masa lambat penghantaran dan mengurangkan impedance karakteristik. Namun, kapasitas dalaman per unit panjang segmen garis dengan impedance karakteristik yang sangat rendah adalah relatif besar, jadi masa lambat transmisi dan impedance karakteristik adalah kurang terkesan oleh kapasitas muatan. Fungsi penting bagi garis penghantaran yang ditamatkan dengan betul ialah garis cabang pendek seharusnya tidak mempunyai kesan pada masa lambat garis. Apabila Z0 adalah 50Ω. Panjang bahagian cabang mesti terbatas kepada 2.5 cm atau kurang. Untuk menghindari bunyi suara.

(4) Jika ada penyembah isyarat kecil di papan, garis isyarat lemah sebelum penyembahan seharusnya jauh dari garis isyarat kuat, dan jejak seharusnya sebaik mungkin pendek, dan jika boleh, gunakan wayar tanah untuk melindunginya.

(5) Jika ada peranti semasa tinggi di papan sirkuit cetak, seperti relai, lampu indikator, speaker, dll., wayar tanah mereka perlu dipisahkan untuk mengurangi bunyi pada wayar tanah. Kawalan tanah peranti-semasa tinggi ini patut Sambung ke bas tanah independen pada papan pemalam dan pesawat belakang, dan wayar tanah independen ini juga patut disambung ke titik tanah seluruh sistem.

(6) Untuk papan dua sisi (atau garis empat lapisan dalam papan enam lapisan). Garis di kedua-dua sisi papan sirkuit seharusnya bertentangan satu sama lain untuk mencegah salib bercakap disebabkan oleh induksi bersama.