Tin tức về PCB - Làm thế nào để cáp hợp lý trong thiết kế bảng mạch

Dây bảng mạch PCB có thể được cho là một nghệ thuật. Một thiết kế bảng mạch tuyệt vời phải xem xét tất cả các khía cạnh, bao gồm cả việc thực hiện các nguyên tắc mạch và chức năng, cũng phải xem xét các đặc tính điện như EMI, EMC, ESD, tính toàn vẹn tín hiệu và các tính năng khác, cũng như cấu trúc cơ học và tản nhiệt của chip công suất cao. Sau đó xem xét tính thẩm mỹ của bảng mạch. Điều này cũng rất quan trọng trong ngành công nghiệp bảng sao chép PCB của chúng tôi.

Trước khi bạn bắt đầu học cách khám phá bố cục PCB, bạn có thể thấy các quy tắc khác nhau cho bố cục PCB trong các cuốn sách tham khảo khác nhau. Mặc dù nhiều quy tắc có thể có cùng ý nghĩa ở một mức độ nào đó, nhưng chúng khác nhau. Trong thực tiễn bố cục thực tế sẽ có trọng tâm khác nhau, thậm chí sẽ xuất hiện xung đột giữa các quy tắc. Ví dụ: Quy tắc một là đường dẫn truyền tín hiệu ngắn nhất có thể, quy tắc hai là đường dây cao tốc cần kết hợp trở kháng.

Khi xem xét cách bố trí của bus DDR MEMORY, chip MEMERY được đóng gói trong SOP không thể thực hiện Quy tắc Một cho tất cả các TRACK. Cách tiếp cận đúng đắn là đạt được tất cả các Tracks trong một khoảng thời gian tương đối ngắn với việc xem xét đầy đủ các trận đấu trở kháng. Do đó, sự không tương thích giữa các quy tắc trong hệ thống dây điện thực tế khiến người đọc sử dụng chúng một cách có ý thức và hiệu quả trong quá trình dây điện, tạo ra tất cả các loại nghi ngờ và thậm chí bị choáng ngợp bởi loại quy tắc chung này hoặc loại quy tắc chung khác. Cần nhấn mạnh rằng các quy tắc dây khác nhau chỉ là nguyên tắc hướng dẫn và quá trình dây thực tế nên được kết hợp với sự thỏa hiệp liên tục để đạt được hiệu quả tối đa. Tôi nghĩ rằng miễn là bạn có ý thức chú ý đến các quy tắc này trong hệ thống dây điện thực tế, ít nhiều sẽ góp phần vào hiệu quả của hệ thống dây điện.

1. Từ quan điểm của toàn bộ hệ thống, phân tích bản chất của từng tín hiệu mô-đun, xác định vị trí của nó trong toàn bộ hệ thống, do đó xác định mức độ ưu tiên của mô-đun trong bố cục và hệ thống dây điện có ý nghĩa quan trọng đối với toàn bộ hệ thống, đòi hỏi quá trình dây điện thực tế.

Quy tắc bố trí tổng thể yêu cầu phân biệt giữa mô-đun là mạch analog hay kỹ thuật số, cho dù đó là mạch tần số cao hay thấp, cho dù đó là nguồn gây nhiễu chính hay tín hiệu quan trọng nhạy cảm, v.v. Do đó, trước khi bố trí, cần phải phân tích cẩn thận các thuộc tính của từng tín hiệu mô-đun, bao gồm các thuộc tính mô-đun, chức năng, Nguồn điện, tần số tín hiệu cụ thể, dòng điện, cường độ dòng điện, vv để xác định cách bố trí mô-đun trên bảng PCB. Thông thường, khi xác định cấu trúc cơ học, một hệ thống phức tạp sẽ có N cách bố trí khác nhau, đòi hỏi một số thỏa hiệp thường xuyên để tìm ra cách bố trí tốt nhất từ quan điểm của hệ thống.

Trong các mô-đun kỹ thuật số, sẽ có một đồng hồ, chẳng hạn như đồng hồ cho SDRAM, và mạch đồng hồ là yếu tố chính ảnh hưởng đến EMC. Phần lớn tiếng ồn của mạch tích hợp có liên quan đến tần số đồng hồ và nhiều sóng hài của nó. Nếu tín hiệu đồng hồ ở dạng sóng sin, nếu không được xử lý đúng cách, nó sẽ "đóng góp" cho hệ thống tần số đó hoặc nguồn gây nhiễu của bội số tần số đó. Nếu tín hiệu đồng hồ ở dạng sóng vuông, nó sẽ tạo ra tiếng ồn cho hệ thống. Nguồn nhiễu tần số phân tán. Trong khi đó, CLOCK vẫn là một tín hiệu dễ bị nhiễu. Nếu đồng hồ bị nhiễu, ảnh hưởng đến hệ thống kỹ thuật số có thể tưởng tượng được. Do đó, mô-đun mạch đồng hồ là một mô-đun quan trọng, với các quy tắc khác nhau được ưu tiên trong quá trình bố trí và định tuyến.

Hiện tại, các mô-đun ngắt khác nhau cũng tồn tại trong nhiều hệ thống phần cứng nhúng. Kích hoạt ngắt bao gồm kích hoạt mức và kích hoạt cạnh. Khi gặp phải sự gián đoạn được thiết lập để tăng dọc theo, các kích hoạt được kích hoạt liên tục do nhiễu bên ngoài, cuối cùng dẫn đến hiện tượng RTOS bị chặn do không thể xử lý được.

Phân tích hai bố cục mạch đơn giản theo nguyên tắc này. Trong một nền tảng phần cứng điện thoại di động mà tôi đã chạm vào, mạch độ sáng của màn hình được thực hiện bằng cách sử dụng tín hiệu PWM với độ rộng xung khác nhau và mạch tích hợp RC để thiết lập các điện áp đèn nền khác nhau. So với CLOCK, tín hiệu PWM có tác động tương tự đối với EMI của toàn bộ hệ thống. Nhưng nếu bạn phân tích kỹ hơn một chút, bạn nên biết rằng nếu tín hiệu PWM của IC được thiết lập trên một con đường ngắn nhất có thể trước khi truyền trên bảng mạch PCB, nghĩa là, điện trở và điện dung càng gần PWM càng tốt. Pin được đặt sao cho PWM can thiệp vào hệ thống có thể được giảm thiểu. Trong thiết kế của nền tảng phần cứng điện thoại di động, phần tần số vô tuyến và phần âm thanh là cốt lõi của hệ thống, hệ thống dây của hai phần này chiếm một vị trí cốt lõi tuyệt đối và đặt chúng ở vị trí ưu tiên khi đi dây. Do đó, trong bố cục thực tế và hệ thống dây điện, các đường tín hiệu của hai mô-đun này được bố trí ở mức trung gian tương ứng và được che chắn ở các lớp lân cận bằng cách sử dụng các lớp nguồn và tầng nối đất, các mô-đun khác càng xa hai mô-đun này càng tốt để không gây nhiễu. Ngoài ra, hãy thử xem xét chi tiết rằng tín hiệu âm thanh với đầu vào MIC rất nhỏ cần được khuếch đại đến một mức độ nào đó trước khi được đưa vào Audio ADC. Chúng ta biết rằng tỷ lệ tín hiệu nhiễu truyền kênh theo nghĩa trừu tượng là thước đo tác động của tiếng ồn đối với hệ thống. Có thể tham chiếu chéo, tiếng ồn nhỏ vượt qua kênh trước khi tín hiệu âm thanh được khuếch đại, trong khi tín hiệu âm thanh đi vào kênh sau khi tín hiệu âm thanh được khuếch đại. Nếu đường dẫn của kênh này không thể đi qua khu vực có nguồn gây nhiễu mạnh, nên khuếch đại tín hiệu âm thanh trước khi truyền.

Ví dụ, bus của một hệ thống phức tạp thường được kết nối với một loại thiết bị. Ví dụ, một bus I2C có thể kết nối với 127 slave. Trong một số nền tảng phần cứng set-top box, DEMODULATOR, TUNER và E2PROM thường được kết nối. Điều này cũng đòi hỏi phải phân biệt giữa các thiết bị khác nhau về tần số của bus dùng chung và các thiết bị được sử dụng thường xuyên nên được đặt ở vị trí tương đối quan trọng. Ví dụ: giao diện EMI trên nền tảng QAMI5516 ở trên sử dụng cả thiết bị SDRAM và FLASH. Dựa trên sự hiểu biết về hệ thống, SDRAM được đưa vào mã chạy của hệ điều hành thời gian thực, với Flash hoạt động như một phương tiện lưu trữ. SDRAM có nhiều hoạt động đọc và ghi hơn Flash trong quá trình chạy của hệ thống phần mềm, vì vậy quá trình cáp nên được hoàn thành trước tiên. Hãy xem xét vị trí của SDRAM.

2. Ý tưởng mô-đun, có cấu trúc không chỉ được phản ánh trong thiết kế nguyên tắc phần cứng, mà còn trong bố cục và hiệu ứng dây. Các nền tảng phần cứng ngày nay ngày càng tích hợp và các hệ thống ngày càng phức tạp. Tất nhiên, cho dù nó là một sơ đồ phần cứng là cần thiết. Trong thiết kế bố cục PCB, phương pháp thiết kế mô-đun và có cấu trúc vẫn được sử dụng. Nếu bạn đã tiếp xúc với FPGA hoặc CPLD quy mô lớn, bạn sẽ biết rằng thiết kế IC phức tạp chắc chắn đòi hỏi một cách tiếp cận mô-đun từ trên xuống. Do đó, là một kỹ sư phần cứng, trước tiên phải có ý thức kết hợp các ý tưởng thiết kế mô-đun trong sơ đồ và thiết kế dây PCB trên tiền đề của sự hiểu biết về kiến trúc tổng thể của hệ thống. Ví dụ, IC-QAMI5516 chính của nền tảng phần cứng set-top box TV kỹ thuật số có các mô-đun sau: ST20: CPU RISC 32 bit với đồng hồ 180 MHZ

PTI: TRANSPORT STREAM Bộ xử lý DISPLAY: Giải mã MPEG-2, Bộ xử lý hiển thị DEMODULATOR: QAM Bộ giải điều chế MEMORY INTERFACE: Giao diện MEMORY khác nhau cần thiết cho các hệ thống ứng dụng khác nhau STBUS: Giao tiếp dữ liệu Bus ngoại vi cho từng mô-đun: UART, SMARTCARD, IIC, GPIO, PWM và các thiết bị ngoại vi phổ biến khác AUDIO: Giao diện đầu ra âm thanh VEDIO: Quá trình thiết kế mô-đun của giao diện đầu ra video QAMI5516 không nhất thiết yêu cầu kỹ sư phần cứng phải hiểu tất cả các khía cạnh của hệ thống, nhưng khi thiết kế nền tảng phần cứng, không thể tránh khỏi yêu cầu phần giao diện của các mô-đun IC khác nhau được sử dụng trong các ứng dụng thực tế phải được coi là một hệ thống con. Xử lý: Ví dụ, mạch âm thanh và mạch video nên được thực hiện trong một khu vực đầy đủ khi bố trí và định tuyến. Làm như vậy không chỉ tiếp tục ý tưởng về thiết kế mô-đun IC, mà còn tạo điều kiện tách vật lý của bảng PCB khi cần thiết, giảm khớp nối điện giữa các mô-đun khác nhau và tạo điều kiện vận hành toàn bộ hệ thống. Chúng tôi biết rằng kiểm tra trong gỡ lỗi phần cứng là dễ dàng nhất. Phương pháp xử lý lỗi thiết kế nguyên tắc mạch là "đau đầu, đau chân chữa chân", tức là trong nền tảng QAMI5516 nói trên, nếu có vấn đề với phần âm thanh của mạch, điều đầu tiên cần làm là kiểm tra và xác minh mô-đun âm thanh.

Ý tưởng mô đun hóa cũng được phản ánh trong hệ thống cáp của xe buýt hệ thống. Thông thường, xe buýt được chia thành ba loại: xe buýt CONROL, xe buýt DATA và xe buýt ADDR. Ví dụ, SMI trong QAMI5516 ở trên sử dụng SDRAM 16M hoạt động ở tần số 100 MHZ, đòi hỏi phải thống nhất nhóm bus này thành một tổng thể để xem xét kết hợp trở kháng trong quá trình định tuyến. Trong quá trình định tuyến thực tế, không thể bố trí thưa thớt những đường này.

Ý tưởng mô-đun cũng có lợi cho việc bố trí bảng mạch PCB.

Ý tưởng mô-đun cũng có lợi cho việc mở rộng hoặc sửa đổi các chức năng của hệ thống phần cứng.

3. Chú ý đến tính toàn vẹn của nguồn điện, ưu tiên xử lý nguồn điện và dây mặt đất trong bố cục và hệ thống dây điện. Trong bất kỳ hệ thống điện tử nào, sự can thiệp của nguồn gây nhiễu vào hệ thống không gì khác ngoài hai cách: một là truyền qua dây dẫn, một là truyền qua không gian bằng bức xạ điện từ. Khớp nối. Trong các hệ thống tần số thấp, nó chủ yếu là con đường đầu tiên. Trong các hệ thống tần số cao, một phần lớn nguyên nhân gây nhiễu là do truyền qua dây dẫn. Trong số này, rõ ràng hơn là tiếng ồn do IC tạo ra can thiệp vào toàn bộ hệ thống thông qua nguồn điện và mặt đất. Do đó, tính toàn vẹn của nguồn điện hoặc chất lượng của nguồn điện là rất quan trọng đối với khả năng chống nhiễu của toàn bộ hệ thống. Tính toàn vẹn năng lượng thực sự là một phần của tính toàn vẹn tín hiệu, nhưng được liệt kê riêng ở đây, xem xét tầm quan trọng của năng lượng đối với tất cả các hệ thống. Cần lưu ý rằng làm như vậy trong hệ thống thực tế không dễ dàng. Sẽ luôn có những tần số khác nhau của tiếng ồn trong hệ thống. Trong thiết kế mạch và bố trí PCB và hệ thống dây điện, nó chỉ đơn giản là cố gắng giảm tiếng ồn ở các tần số khác nhau và do đó cải thiện hiệu suất chống ồn tổng thể của hệ thống. Đồng thời, trong các hệ thống phức tạp, giảm tiếng ồn của hệ thống không phải là thay đổi giá trị của một hoặc hai tụ điện, mà là chú ý đến sự tích tụ của hiệu ứng lọc nguồn. Trong thiết kế phần cứng của điện thoại, có PMU chuyên dụng để quản lý và cung cấp năng lượng cho từng mô-đun, nhưng PMU đến từ VBAT. Không thể tưởng tượng được nếu nguồn điện của bộ khuếch đại hoạt động âm thanh nhạy cảm không được lọc mà được lấy trực tiếp từ VBAT hoặc, giống như mạch cung cấp năng lượng cho SDRAM, không được lọc, Và tiếng ồn chuyển mạch trong phần này của mạch kỹ thuật số được phép làm ô nhiễm toàn bộ VBAT. Hậu quả là gì?

Nếu có đủ sự chú ý được dành cho tính toàn vẹn của nguồn điện, thì phần này tương đối dễ xử lý sau khi kết hợp các mô-đun được mô tả ở trên và phân tích cẩn thận từng mô-đun. Các quy tắc thông thường của IC Power VCC thường được xử lý bằng các tụ điện bỏ qua và các tụ điện tách rời và cố gắng giữ các tụ điện này gần đầu vào nguồn của IC khi bố trí bảng. Nếu bạn đang ở trong một hệ thống đòi hỏi cao, bạn cũng có thể sử dụng mạch LCCL (nối tiếp một cuộn cảm hoặc hạt từ, nối tiếp một tụ điện phân và một tụ gốm, sau đó nối tiếp một cuộn cảm nhỏ. Các giá trị cụ thể cần phải tuân theo tần số tương ứng để xác định) cho các tần số nhạy cảm khác nhau. Tôi đã từng làm một hệ thống phức tạp. Vì không có tụ điện bypass trên nguồn điện lõi của bộ giải điều chế hệ thống, tỷ lệ lỗi sau khi bộ giải điều chế là không thể chịu đựng được. Để xử lý các GND khác nhau trong hệ thống, thường cần phân tích đường dẫn trở lại của dòng điện. Dòng điện có đặc tính luôn chọn đường trở lại với trở kháng tối thiểu. Đây là một nguyên tắc cốt lõi có thể được hiểu từ việc có một chế độ "lát đồng" trong hệ thống dây PCB. "lát đồng" thường được sử dụng trong mạng GND. Tất cả các tín hiệu kỹ thuật số có thể được trừu tượng hóa thành các mạch cấp cổng cơ bản nhất. GND cũng là một phần của đường dẫn trả về tín hiệu. GND là làm cho tổng trở kháng trên đường tín hiệu nhỏ hơn bằng cách "đặt đồng". "Gần mặt đất" và "giảm thiểu trở kháng mặt đất" cũng dựa trên những cân nhắc như vậy.

Trên đây là giới thiệu về bố trí hợp lý trong thiết kế bảng mạch. Ipcb cũng được cung cấp cho các nhà sản xuất PCB và công nghệ sản xuất PCB.