Технология PCB - Руководство по высокоскоростному проектированию PCB 6: Применение PowerPCB в проектировании PCB

Печатные платы (PCB) являются опорными элементами цепей и устройств в электронике. Он обеспечивает электрическое соединение между элементами схемы и оборудованием. С быстрым развитием электронных технологий плотность PCB растет. Качественная антиинтерференционная способность конструкции PCB имеет большое влияние. Практика доказала, что даже если принципиальная схема схемы спроектирована правильно, неправильная конструкция печатной платы может негативно повлиять на надежность электронных продуктов. Например, если две параллельные тонкие линии печатной платы находятся рядом друг с другом, это приводит к задержке формы сигнала и образованию отраженного шума в конце линии передачи. Поэтому при проектировании печатных плат следует обратить внимание на использование правильного метода, соблюдение общих принципов проектирования PCB и выполнение требований к антиинтерференционному дизайну.

Ной. Общие принципы проектирования PCB

Чтобы получить оптимальную производительность электронных схем, очень важна компоновка элементов и компоновка проводов. Для разработки высококачественных и недорогих PCB следует придерживаться следующих общих принципов:

1. Подключение

Принцип подключения следующий:

(1) Провода, используемые для входных и выходных зажимов, должны стараться избегать соседних и параллельных. Лучше всего добавить заземление между проводами, чтобы избежать обратной связи.

(2) Минимальная ширина провода печатной платы в основном определяется прочностью сцепления между проводом и изоляционной базой и значением тока, протекающего через них. Когда толщина медной фольги составляет 0,5 мм, а ширина 1 - 15 мм, при прохождении тока 2А температура не превышает 3°C. Таким образом, ширина проволоки 1,5 мм соответствует требованиям. Для интегральных схем, особенно цифровых, обычно выбирается ширина линии от 0,02 до 0,3 мм. Конечно, как можно дольше, используя как можно более широкие линии, особенно линии электропитания и наземные линии. Минимальное расстояние между проводами определяется главным образом сопротивлением изоляции и напряжением пробоя между проводами в худшем случае. Для интегральных схем, особенно цифровых, интервал может быть меньше 5 - 8 мил, если технология позволяет.

(3) Изгиб печатного проводника обычно дугообразный, а прямоугольный или угловой влияет на электрические свойства в высокочастотных схемах. Кроме того, старайтесь избегать использования большой площади медной фольги, иначе медная фольга легко расширяется и выпадает при длительном нагревании. Когда необходимо использовать медную фольгу большой площади, лучше использовать форму сетки. Это помогает устранить летучие газы, образующиеся при нагревании клея между медной фольгой и фундаментом.

2. Расположение

Во - первых, рассмотрим размеры PCB. Когда размер PCB слишком большой, печатная линия будет длинной, сопротивление будет увеличиваться, антишумовая способность будет уменьшена, стоимость увеличится; Если размер PCB слишком мал, охлаждение не очень хорошо, и соседние линии могут быть легко нарушены. После определения размера PCB определяется местоположение специальных компонентов. Наконец, в соответствии с функциональным блоком схемы, все компоненты схемы были распределены.

При определении местоположения специальных компонентов должны соблюдаться следующие принципы:

(1) Сведение к минимуму проводов между высокочастотными элементами, сведение к минимуму их параметров распределения и взаимных электромагнитных помех. Уязвимые компоненты не должны быть слишком близки друг к другу, а входные и выходные компоненты должны быть как можно дальше.

(2) Возможна высокая разность потенциалов между некоторыми частями или проводами, и расстояние между ними должно быть увеличено, чтобы избежать случайного короткого замыкания, вызванного разрядом. Элементы с высоким напряжением должны быть расположены, насколько это возможно, в местах, к которым руки не могут легко добраться во время отладки.

(3) Компоненты весом более 15 г должны быть закреплены с помощью кронштейна, а затем сварены. Компоненты, которые являются крупными, тяжелыми и производят большое количество тепла, не должны устанавливаться на печатных платах, а должны устанавливаться на днище коробки всей машины с учетом проблемы охлаждения. Тепловые элементы должны быть удалены от нагревательных элементов.

(4) Компоновка регулируемых элементов, таких как потенциометры, регулируемые индуктивные катушки, переменные конденсаторы, микропереключатели, должна учитывать структурные требования всей машины. При внутренней настройке машины ее следует поместить на легко настраиваемую печатную плату; При внешней настройке машины ее положение должно соответствовать положению ручки регулировки на панели коробки.

(5) Место, занимаемое отверстием для определения местоположения печатной пластины и неподвижным кронштейном, должно быть зарезервировано.

В соответствии с функциональной ячейкой схемы. При размещении всех компонентов схемы должны соблюдаться следующие принципы:

(1) Расположение функциональных элементов схемы в соответствии с процессом схемы, чтобы макет облегчал поток сигнала, чтобы сигнал оставался, насколько это возможно, в одном направлении.

(2) Основные компоненты каждой функциональной схемы как центр, компоновка вокруг них, детали должны быть равномерно, аккуратно и компактно размещены на PCB. Сведение к минимуму и сокращение числа проводов и соединений между компонентами.

(3) Для схем, работающих на высоких частотах, необходимо учитывать параметры распределения между элементами. В общем, схемы должны быть расположены, насколько это возможно, параллельно. Таким образом, он не только красиво, но и легко устанавливается и сваривается, легко производится серийно.

(4) Компоненты, расположенные на краю монтажной платы, обычно находятся на расстоянии не менее 2 мм от края монтажной платы. Лучшая форма платы - прямоугольник. Пара длины и ширины 3: 2 или 4: 3. Когда размер платы превышает 200 * 150 мм, следует учитывать механическую прочность платы.

3. Прокладка

Центральное отверстие сварочного диска немного больше диаметра провода устройства. Если сварочный диск слишком большой, легко сформировать поддельный припой. Внешний диаметр диска D обычно не меньше (D + 1.2) мм, где D является диаметром выводов. Для цифровых схем высокой плотности минимальный диаметр сварного диска может быть (d + 1.0) мм.

Два. ПХБ и защита цепей от помех

Антиинтерференционная конструкция печатных плат тесно связана с конкретными схемами. Здесь представлены только несколько общих мер по антиинтерференционному проектированию PCB.

1. Конструкция линий электропитания

В зависимости от размера тока печатной платы, максимально увеличить ширину линии электропитания, чтобы уменьшить сопротивление контура. В то же время направление линии электропитания и наземной линии совпадает с направлением передачи данных, что помогает повысить устойчивость к шуму.

2. Проектирование земной линии

При проектировании электроники заземление является важным методом контроля помех. Если заземление и экран правильно сочетаются, большинство проблем с помехами могут быть решены. Земельная структура электроники примерно включает в себя систематическое, пространство ящика (экранированное место), цифровое (логическое) и аналоговое место. Конструкция заземления должна учитывать следующие моменты:

Правильный выбор одноточечного и многоточечного заземления

В низкочастотных схемах рабочая частота сигнала меньше 1 МГц, индуктивное влияние между проводкой и устройством невелико, циклический ток, образованный цепью заземления, оказывает большее влияние на помехи, поэтому следует использовать небольшое заземление. Сопротивление заземления становится очень большим, когда сигнал работает на частоте более 10 МГц. В это время сопротивление заземления должно быть сведено к минимуму, и заземление должно осуществляться с использованием ближайших точек. При рабочей частоте 1½10 МГц, если используется небольшое заземление, длина линии не должна превышать 1 / 20 длины волны, иначе следует использовать многоточечное заземление.

(2) Цифровое заземление отделено от аналогового заземления.

На платах есть как высокоскоростные логические схемы, так и линейные схемы. Они должны быть настолько разделены, насколько это возможно, что заземление между ними не должно смешиваться и должно быть подключено к заземлению зажима питания. Заземление низкочастотных цепей должно быть, насколько это возможно, в одной точке и соединено с землей. Когда фактическая проводка затруднена, она может быть частично последовательно соединена, а затем заземлена параллельно. ВЧ - схемы должны быть многократно последовательно заземлены, заземление должно быть коротким и толстым, а высокочастотные элементы должны быть окружены, насколько это возможно, сетчатой крупномасштабной заземленной фольгой. Максимально увеличить площадь заземления линейной схемы.

(3) Заземление образует замкнутый контур.

При проектировании системы заземления печатной платы, состоящей только из цифровых схем, превращение заземления в замкнутую цепь может значительно повысить шумостойкость. Причина в том, что на печатных платах много элементов интегральных схем, особенно когда есть элементы, которые потребляют много энергии, из - за ограничения толщины земной линии возникает большая разность потенциалов, что приводит к снижению сопротивления шума. Если заземление образует контур, разность потенциалов уменьшается, а шумозащищенность электронных устройств повышается.

(4) Заземление должно быть как можно толще.

Если линия заземления использует очень тонкую линию, потенциал заземления изменяется по мере изменения тока, что приводит к нестабильному уровню сигнала времени в электронике и снижению шумостойкости. Поэтому заземление должно быть настолько толстым, насколько это возможно, чтобы оно могло разрешать в три раза больше тока через печатную плату. По возможности, ширина заземления должна быть больше 3 мм.

Три. конфигурация развязывающего конденсатора

Одним из традиционных методов проектирования PCB является установка соответствующих развязывающих конденсаторов в каждой ключевой части печатной платы. Общие принципы конфигурации развязных конденсаторов:

(1) Подключение электролитического конденсатора мощностью 10 - 100UF к входному концу питания. По возможности лучше подключиться к 100uF или выше.

(2) В принципе, каждый чип ИС должен быть оснащен керамическим конденсатором 0,01 pF. Если зазора между печатными платами недостаточно, можно настроить танталовые конденсаторы 1 - 10pF на каждые 4 - 8 чипов.

(3) Для устройств со слабой антишумовой способностью и большим изменением мощности при выключении, таких как запоминающие устройства RAM и ROM, развязывающие конденсаторы должны быть подключены непосредственно между линией электропитания чипа и линией заземления.

(4) Выводы конденсаторов не должны быть слишком длинными, особенно для высокочастотных шунтирующих конденсаторов.

Кроме того, следует обратить внимание на следующие два момента:

(1) Когда в печатных платах есть контакторы, реле, кнопки и другие компоненты, при их эксплуатации возникает больший искровый разряд, и для поглощения разрядного тока должна использоваться схема RC. Как правило, R берет 1½2K, а C - 2,2½47uF.

(2) Импортное сопротивление CMOS очень высокое и подвержено индукции, поэтому при использовании неиспользуемые клеммы должны быть заземлены или подключены к положительному источнику питания.

Обзор PowerPCB

PowerPCB является программным продуктом американской компании Innoveda.

Пользователи PowerPCB могут выполнять высококачественный дизайн, наглядно демонстрируя все аспекты индустрии электронного дизайна. Метод проектирования, основанный на ограничениях, может сократить время завершения продукта. Вы можете определить безопасное расстояние, правила проводки и правила проектирования высокоскоростных схем для каждого сигнала и применить эти планы к доске, каждому слою, каждому типу сети, каждой сети и каждой группе. Он включает в себя множество функций, включая инструменты кластерной компоновки, динамическое монтажное редактирование, динамическую проверку электрических характеристик, автоматическую маркировку размеров и мощную функцию вывода CAM. Он также может интегрировать сторонние программные инструменты, такие как маршрутизаторы SPECCTRA.

Методы использования PowerPCB

PowerPCB был широко распространен среди меня, и его основные методы использования подробно описаны в учебных материалах. Для большинства моих инженеров по электронике проблема заключалась в том, как перейти к приложениям PowerPCB после того, как я освоил такие инструменты проводки, как TANGO. Поэтому в настоящем документе не рассматриваются такие приложения и учебные материалы, а обсуждаются с использованием более технических навыков.

1. Входные спецификации

Для большинства людей, которые использовали TANGO, когда они впервые начали использовать PowerPCB, они, вероятно, чувствовали, что PowerPCB слишком ограничен. Поскольку PowerPCB основан на предпосылке обеспечения правильности ввода схемы и регулярной передачи схемы в PCB. Таким образом, его принципиальная схема не имеет возможности отключать электрическое соединение или останавливать его в определенном месте по своему усмотрению. Он должен убедиться, что каждое электрическое соединение должно иметь пусковую трубу. Подключатели и концы, или подключение к разъемам, предоставляемым программным обеспечением для передачи информации между различными страницами. Это способ предотвратить ошибки. На самом деле, это также стандартизированный метод ввода схемы, и мы должны следовать ему.

В дизайне PowerPCB все изменения, которые не согласуются с таблицей принципиальных диаграмм, должны быть сделаны в режиме ECO, но он предоставляет пользователям OLE - ссылки, которые могут передавать изменения в схемах в PCB или изменять схемы PCB обратно. Это не только предотвращает ошибки, вызванные небрежностью, но и облегчает реальную необходимость внесения изменений. Однако следует отметить, что при переходе в режим ECO необходимо выбрать опцию « Запись в файл ECO», и операция записи файла ECO будет выполняться только при выходе из режима ECO.

2. Выбор источников питания и заземления

Есть два варианта для установки слоя питания и заземления в PowerPCB, плоскости CAM и разделения / смешивания. Разделение / смешивание в основном используется при совместном использовании нескольких источников питания или заземления, но также может использоваться в случаях, когда есть только один источник питания и заземление. Его основное преимущество заключается в том, что выходная карта соответствует световой карте и легко проверяется. плоскость CAM используется для одного источника питания или заземления. Этот метод является отрицательным. Обратите внимание, что при выходе необходимо добавить 25 - й уровень. 25 - й уровень содержит информацию о заземлении, главным образом о безопасном расстоянии сварочного диска слоя примерно на 20 м от нормального сварного диска, чтобы гарантировать, что сигнал не будет подключен к земле после металлизации отверстия. Это требует, чтобы каждый сварочный диск содержал информацию о 25 - м слое. Когда мы строим нашу собственную библиотеку, мы часто игнорируем эту проблему, что приводит к использованию опций разделения / смешивания.

3. Толкать или не толкать

PowerPCB предлагает очень полезную функцию - автоматический push. Когда мы прокладываем кабель вручную, печатная доска находится под нашим полным контролем, и очень удобно включить функцию автоматического толкания. Но если после завершения предварительной проводки, когда вы хотите автоматическую проводку, лучше всего зафиксировать предварительно проводную линию, иначе программное обеспечение будет думать, что этот отрезок можно переместить во время автоматической проводки, и ваша работа будет полностью свернута, что приведет к ненужным потерям.

4. Увеличение отверстий для определения местоположения

Наши печатные платы обычно требуют добавления некоторых установочных отверстий, но для PowerPCB это размещение устройства, отличного от схемы, которое должно быть сделано в режиме ECO. Но было бы не очень удобно, если бы программное обеспечение принесло нам много ошибок во время последней проверки. В этом случае устройство позиционного отверстия может быть настроено для регистрации не ECO.

Под окном устройства редактирования выберите кнопку « Изменить электрические свойства». В этом окне выберите проект "General" (обычный) и отмените выбранный проект "ECO registration" (регистрация ECO). Таким образом, при проверке PowerPCB не считает, что устройство должно быть сопоставлено с сетевой таблицей, и не будет ошибок, которых не должно быть.

Добавление новых пакетов питания

Поскольку наши международные стандарты не согласуются со стандартами американских компаний программного обеспечения, мы делаем все возможное, чтобы оснастить всех международной библиотекой. Однако новые символы питания и заземления должны быть добавлены в библиотеку, поставляемую с программным обеспечением, иначе он не будет думать, что символ, который вы построили, является источником питания.

Поэтому, когда мы хотим построить символ питания, соответствующий национальному стандарту, нам нужно открыть существующий набор символов питания, выбрать кнопку « Изменить электрическое соединение», нажать кнопку « Добавить» и ввести имя и другую информацию о вашем недавно созданном символе. Затем выберите кнопку "Изменить инкапсуляцию двери", выберите только что созданное имя символа, нарисуйте нужную форму, выйдите из состояния рисования и сохраните. Этот новый символ можно вызвать в схеме.

6. Установка пустых ног

В устройствах, которые мы используем, некоторые сценарии труб являются пустыми выводами, помеченными как NC. Когда мы строим библиотеку, мы должны обратить внимание, иначе выводы, помеченные как NC, будут соединены вместе. Это связано с тем, что при создании библиотеки вы построили NC - выводы в « SINGAL pins», в то время как PowerPCB считает, что выводы в « SINGAL pins» являются неявными и полезными, такими как VCC и GND. Поэтому, если у вас есть NC - штыки, вы должны удалить их из « SINGAL pins», или, другими словами, вам вообще не нужно обращать на них внимание и не нужно использовать их в качестве какого - либо специального определения.

Сравнение выводов триода

В упаковке триода много изменений. Когда мы создаем нашу собственную библиотеку триода, мы часто обнаруживаем, что сетевая таблица схемы не соответствует тому соединению, которое мы хотим. Эта проблема связана главным образом с созданием базы данных.

Поскольку штыри транзисторов обычно помечены E, B, C, при создании собственной библиотеки транзисторов необходимо выбрать флажок « включая буквенно - цифровые штыри» в окне « Изменить электрическое соединение». На этом этапе « ярлык цифрового штырька Text зажигает, вводит тег и изменяет соответствующий штырь транзистора на букву». Таким образом, будет легче идентифицировать при подключении к упаковке PCB.

8. Предварительная обработка поверхностных установок

В настоящее время из - за необходимости миниатюризации все чаще используются устройства для установки поверхностей. В процессе компоновки обработка поверхностно - монтажных устройств очень важна, особенно при компоновке многослойных панелей. Поскольку поверхностно - монтажное оборудование имеет электрическое соединение только на одном слое, в отличие от двухрядного прямого устройства, размещенного на панели в качестве сквозного отверстия, трубка устройства должна быть соединена с поверхностью, когда другие слои должны быть подключены к поверхностному оборудованию. Вытащите короткий провод из ноги, ударьте и подключите его к другому устройству. Это так называемая операция вентиляции (fan - in) и вентиляции (fan - out).

В случае необходимости, мы должны сначала выполнить операции вентиляции и вентиляции устройства установки поверхности, а затем провести проводку. Это потому, что если мы выберем операции вентиляции и вентиляции только в профиле автоматической проводки, программное обеспечение выполнит эту операцию во время проводки. На этом этапе нарисованные линии будут искажены и искажены и будут относительно длинными. Таким образом, после того, как макет будет завершен, мы можем сначала войти в автоматический маршрутизатор и выбрать в файле настройки только операции вентиляции и вентиляции, а не другие варианты проводки, так что линии, нарисованные устройством установки с поверхности, будут короче и аккуратнее.

Добавить чертежи в AUTOCAD

Иногда нам нужно добавить чертежи печатных листов в структуру. На этом этапе файл PCB может быть преобразован в формат, идентифицированный AUTOCAD, с помощью инструмента преобразования. В поле PCB для рисования выберите пункт меню « Выход» в меню « Файл», установите тип сохранения в качестве DXF - файла во всплывающем окне вывода файла и сохраните его. Вы можете открыть это изображение в AUTOCAD.

Конечно, в PADS есть функция автоматической маркировки, которая может маркировать нарисованную печатную пластину и автоматически отображать расположение рамы или отверстия для позиционирования. Следует отметить, что если вы хотите добавить комментарий к другому выходному изображению в слое Drill Drawing, этот слой необходимо добавить, особенно при выходе.

Интерфейс между PowerPCB и ViewDraw

Используя схему ViewDraw, вы можете генерировать таблицы PowerPCB, которые также могут выполнять такие функции, как автоматическая маршрутизация после прочтения PowerPCB в сетевую таблицу. Кроме того, в PowerPCB есть средство связи, которое может динамически связываться и изменяться с принципиальными схемами VIEWDRAW и поддерживать согласованность электрических соединений.

Однако из - за различий между версиями программного обеспечения и более поздними версиями иногда два программного обеспечения не согласуются с определением имени устройства, что может привести к ошибке передачи сетевой таблицы. Чтобы избежать этой ошибки, лучше создать библиотеку для хранения устройств, соответствующих ViewDraw и PowerPCB. Конечно, это касается только некоторых несовместимых устройств. С помощью функции репликации в PowerPCB можно легко скопировать пакеты компонентов из других библиотек в PowerPCB и сохранить их в качестве соответствующих имен в VIEWDRAW.

11. Создание файла Gerber

Раньше, когда мы делали печатные листы, мы копировали графики печатных листов на дискету, а затем отправляли их прямо в типографию. Этот метод плохо засекречен и очень громоздок. Необходимо написать очень подробный документ для типографии. Теперь мы можем использовать PowerPCB для производства файлов gerber непосредственно производителю. Как видно из названия фоторисованного файла, это первый слой проводки, который очень удобен и безопасен как для шелковой сетки, так и для сварки.

Шаги передачи файлов gerber:

A. Изменить APERTURE на 999 в DEVICE SETUP в окне вывода CAM PowerPCB.

При переходе на уровень маршрутизации выберите тип документа routing, а затем выберите рамку панели в layer и то, что необходимо разместить на этом уровне. Непреднамеренно при переключении линии следует удалить LINE и TEXT (если вы не хотите делать медные буквы на дороге в Интернете).

C. При переносе маски сварного материала выберите тип документа SOLD mask и выберите перфорацию в верхней маске сварного материала.

При преобразовании в шелковую сеть выберите тип документа как silk screen, а остальные эталонные шаги B и C.

При передаче данных бурения выберите тип файла NC DRILL и преобразуйте его напрямую.

Обратите внимание, что при передаче файла gerber необходимо предварительно просмотреть его. Графика в предварительном просмотре - это графика, которую вы хотите вывести из gerber, поэтому вы должны внимательно посмотреть, чтобы предотвратить ошибки.

Благодаря опыту проектирования печатных плат, таким как мощная функция PowerPCB, рисование сложных печатных плат больше не раздражает. К счастью, теперь у нас есть инструменты для преобразования TANGO PCB в Power PCB. Научный и технический персонал, знакомый с TANGO, может легко присоединиться к PowerPCB - графике и легко и быстро рисовать удовлетворительные гравюры. Посуда