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PCB科技 - 如何使用良好的PCB佈局更快地製作高品質電路板

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如何使用良好的PCB佈局更快地製作高品質電路板

2021-10-06
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Author:Downs

為了獲得更好更快的 印刷電路板, 設計師在設計時需要注意3個主要方面 電路板:建築材料, 組件互連和佈線佈局.

建築材料

在印刷電路板設計過程中,設計者主要考慮印刷電路板資料的兩個主要特性。 其中一個是介電常數,另一個是損耗角正切。 介電常數影響訊號通過電路板的速度。 損耗角正切是指由於資料中的吸收而損失的信號量。 雖然FR4是用於構建低頻電路的常見資料,但對於頻率超過1 GHz的電路,仍然需要更高質量的資料。

組件互動

高頻板設計師, 考慮組件和組件之間的連接點非常重要 印刷電路板. The use of surface mount devices (SMD) has smaller structural features and lead lengths, 所以這個問題可以在很大程度上得到解决. 然而, 隨著頻率的新增, 包括SMD形式的無源元件可能具有非理想特性. 設計師必須考慮到這一點,並對這些特徵進行補償.

電路板

軌跡佈局

一旦設計師滿意地確定了建築材料和組件的選擇,他/她必須致力於在低功率環境中實現高速運行。 這包括:

. 儘量減少車輛譟音的產生

. 最小化記錄道之間的串擾

. 减少地面反彈的影響

. 阻抗匹配

. 正確的訊號線終端

最小化譟音產生

减少譟音主要有兩個方面。 其中一個是全面配電,另一個涉及電力雜訊濾波。

為了在整個印刷電路板上分配電源,設計者可以使用電源平面或電源匯流排網絡。 通常,多層印刷電路板上的電源層由兩個或多個金屬層組成,這些金屬層將Vcc和GND傳輸到設備。 由於電源平面幾乎覆蓋了印刷電路板的整個區域,囙此這些平面的直流電阻很低。 囙此,功率平面保持Vcc電平恒定,同時將Vcc電平均勻分佈到所有設備。 它還提供雜訊保護、極高的電流吸收能力和對印刷電路板攜帶的訊號的良好遮罩。

電源平面的另一種選擇是電源匯流排,它由兩條或兩條以上的寬金屬跡線組成,將Vcc和GND傳輸到設備。 由於這種方法比電源板便宜,所以兩層印刷電路板經常使用它們。 當使用電源匯流排網絡進行設計時,設計者需要確保軌跡寬度盡可能寬。 然而,與功率平面相比,功率匯流排網絡的直流電阻要低得多。

分離承載類比和數位電源的飛機和電源匯流排有助於最大限度地减少空氣雜訊的產生,因為它可以防止兩者之間的相互作用。 然而,全數位系統可能沒有單獨的類比功率平面,除非設計者在現有層上創建分區島或分離平面,否則添加新功率平面可能會非常昂貴。

儘管建議將系統上的類比電源和數位電源之間的這些平面分開,但這兩種電路類型之間仍可能存在一些不必要的互動。

最小化記錄道之間的互動

水平線之間訊號的不必要耦合可能導致串擾。 設計者可以通過適當的佈線以及在層堆棧中使用微帶和帶狀線佈局來最小化串擾。

當被迫使用相鄰的兩個訊號層時,設計者通過以與下一層中的軌跡成一定角度的管道路由一層中的所有軌跡來最小化串擾。 他們用於最小化串擾的其他科技是最小化訊號層與其相鄰平面之間的距離,以及新增兩個訊號層之間的距離。

减少地面反彈的影響

使用更快的數位器件並减少輸出開關時間,當釋放負載電容時,器件輸出將顯示更高的瞬態電流。 此外,一個設備可能有多個輸出同時從邏輯高電平切換到邏輯低電平。 同時,向地面注入電流可能會暫時提高地電位,導致基線改變。 這種現象是地面反彈。 影響接地反彈的主要條件包括負載電容、插座電感和同時開關輸出的數量。

設計師使用以下設計方法來减少地面反彈:

. 將過孔放置在電容器墊附近,或在它們之間使用短而寬的痕迹

. 使用從電源引脚到電源平面、孤島或去耦電容器的寬和短軌跡。 這通過减少串聯電感來减少接地反彈的可能性,瞬態電壓從電源引脚下降到電源平面。

. 將每個接地針腳或通孔連接到接地層。 菊花鏈導致共亯接地路徑,從而新增回路電流回路的電阻和電感

. 按照IC製造商的建議添加去耦電容器。 去耦電容器必須盡可能靠近設備的電源和接地引脚。

. 將開關輸出移動到盡可能靠近封裝接地引脚的位置

. 避免上拉電阻器,並使用更多下拉電阻器

.使用多層 印刷電路板 使用單獨的Vcc和GND平面,以利用Vcc GND平面的固有電容

. 使用同步設計,因為它們不受同步開關引脚的影響

. 接地引脚和電源引脚之間的距離非常近,囙此减少了互感,因為兩個引脚的電流方向相反。

. 通過在電容器墊上使用較大的通孔尺寸來最小化去耦電容器中的電感

. 使用表面貼裝電容器最小化引線電感

. 使用有效串聯電阻較低的電容器

阻抗匹配和正確的訊號線端接。 沿不匹配阻抗線來回反射的訊號將在負載接收器處引起振鈴。 振鈴會導致接收器的錯誤觸發,因為它會降低接收器的動態範圍。 設計者通過使用適當的訊號線終端來消除反射,使源阻抗等於軌跡阻抗和負載阻抗。

為了正確匹配阻抗並終止訊號線,設計師可以通過以下方法確保信號完整性:

. 不要在時鐘傳輸線中使用過孔,因為過孔會引起阻抗變化和反射

. 保持筆直。 不要使用直角折彎,而是使用曲線軌跡

. 盡可能多地使用點對點時鐘軌跡,並終止時鐘訊號以最小化反射

. 使用外部設備緩衝負載並限制負載電容

. 在每個開關輸出端串聯新增10至27歐姆的電阻,以限制電流

. 放置合適的終端電阻,確保傳輸線和終端之間的阻抗匹配等於線路阻抗

. 參攷平面中的層間佈線時鐘跟踪層以最小化雜訊

. 跟踪長度保持在5釐米以下,阻抗保持在65歐姆以下,金屬延遲保持在940 ps以下,電感值保持在40 nH以下,跟踪電容保持在20 pF以下,總電容保持在30 pF以下,特別是對於關鍵的高速佈線。

總之

In addition to choosing suitable high-frequency 資料, 設計師也可以使用許多更好的 印刷電路板佈局 to make them work properly at high frequencies. 自每個 印刷電路板 是唯一的, 必須針對其應用進行定制. 使用 印刷電路板 CAD或設計工具包軟件可以幫助設計師,因為套裝軟體提供了廣泛的功能.