هنگامی که سطح سیم کشی PCB بهبود می یابد، طراحی PCB شما کارآمدتر می شود

چیدمان PCB در کل طراحی PCB بسیار مهم است. نحوه دستیابی به سیم کشی سریع و کارآمد و اینکه سیم کشی PCB خود را سطح بالا نشان دهید ارزش مطالعه و یادگیری دارد. ما 7 جنبه را که باید در چیدمان PCB به آنها توجه شود مرتب کرده ایم. بیایید شکاف ها را بررسی و پر کنیم!

1. پردازش زمین مشترک مدارهای دیجیتال و مدارهای آنالوگ

امروزه بسیاری از PCBها دیگر مدارهای تک عملکردی (مدارهای دیجیتال یا آنالوگ) نیستند، بلکه از مخلوطی از مدارهای دیجیتال و مدارهای آنالوگ تشکیل شده اند. بنابراین لازم است تداخل متقابل بین آنها در هنگام سیم کشی به ویژه تداخل نویز در خط زمین در نظر گرفته شود. فرکانس مدارهای دیجیتال زیاد است و حساسیت مدارهای آنالوگ قوی است. برای خطوط سیگنال، خطوط سیگنال فرکانس بالا باید تا حد امکان از دستگاه های مدار آنالوگ حساس دور باشند. برای خطوط زمین، کل PCB فقط یک گره به دنیای خارج دارد، بنابراین مشکل زمین مشترک دیجیتال و آنالوگ باید در داخل PCB حل شود. با این حال، زمین دیجیتال و زمین آنالوگ در واقع در داخل برد جدا شده اند. آنها به یکدیگر متصل نیستند، بلکه فقط در رابطی هستند که PCB به دنیای خارج متصل می شود (مانند دوشاخه ها و غیره). زمین دیجیتال کمی به زمین آنالوگ کوتاه شده است، لطفا توجه داشته باشید که تنها یک نقطه اتصال وجود دارد. همچنین زمین های مختلفی روی PCB وجود دارد که با طراحی سیستم مشخص می شود.

2. خطوط سیگنال بر روی لایه الکتریکی (زمین) گذاشته شده است

هنگام سیم کشی بردهای چاپی چند لایه، خطوط ناتمام زیادی روی لایه خط سیگنال باقی نمی ماند. افزودن لایه های بیشتر باعث ضایعات و افزایش حجم کار تولید می شود و به همین نسبت هزینه تمام شده نیز افزایش می یابد. برای رفع این تناقض، می توانید سیم کشی روی لایه الکتریکی (زمین) را در نظر بگیرید. ابتدا باید لایه قدرت و سپس لایه زمین در نظر گرفته شود. زیرا یکپارچگی سازند حفظ می شود.

3. درمان پایه های اتصال در هادی های بزرگ

در زمین های بزرگ (برق)، پایه های اجزای پرکاربرد به آن متصل می شوند. دست زدن به پایه های اتصال باید به طور جامع در نظر گرفته شود. از نظر عملکرد الکتریکی، بهتر است لنت های پایه قطعات کاملاً به سطح مسی متصل شوند، اما برای جوشکاری مونتاژ قطعات، خطرات پنهانی وجود دارد، مانند: ① جوشکاری به بخاری با قدرت بالا نیاز دارد. . ② ایجاد اتصالات لحیم مجازی آسان است. بنابراین، با در نظر گرفتن عملکرد الکتریکی و الزامات فرآیند، یک لحیم کاری ضربدری ساخته می شود که به آن سپر حرارتی می گویند که معمولاً به عنوان پد حرارتی (Thermal) شناخته می شود. به این ترتیب امکان اتصالات لحیم مجازی به دلیل اتلاف حرارت بیش از حد سطح مقطع در حین جوشکاری را می توان از بین برد. رابطه جنسی بسیار کاهش یافته است. درمان پایه های لایه قدرت (زمین) تخته های چند لایه به همین صورت است.

4. نقش سیستم شبکه در سیم کشی

در بسیاری از سیستم های CAD، سیم کشی بر اساس سیستم شبکه تعیین می شود. اگر شبکه بیش از حد متراکم باشد، اگرچه تعداد کانال ها افزایش یافته است، مراحل بسیار کوچک و مقدار داده در قسمت تصویر بسیار زیاد است. این امر به ناچار الزامات بالاتری برای فضای ذخیره سازی دستگاه خواهد داشت و همچنین بر سرعت محاسبات محصولات الکترونیکی رایانه تأثیر می گذارد. تاثیر زیادی. برخی از مسیرها نامعتبر هستند، مانند مسیرهایی که توسط بالشتک‌های پایه‌های اجزا اشغال شده یا توسط سوراخ‌های نصب و سوراخ‌های نصب اشغال شده‌اند. مش خیلی کم و کانال های بسیار کم تأثیر زیادی بر نرخ مسیریابی خواهد داشت. بنابراین، باید یک سیستم شبکه معقول برای پشتیبانی از سیم کشی وجود داشته باشد. فاصله بین پایه های یک جزء استاندارد {{0}}.1 اینچ (2.54 میلی متر) است، بنابراین اساس سیستم شبکه به طور کلی روی 0}.1 اینچ (2.54 میلی متر) تنظیم می شود. یا مضرب انتگرال کمتر از {{10}}.1 اینچ، مانند: 0.05 اینچ، 0.025 اینچ، 0.02 اینچ و غیره.

5. جابجایی منبع تغذیه و سیم های زمین

حتی اگر سیم کشی در کل برد PCB به خوبی تکمیل شود، تداخل ناشی از عدم توجه کافی به منبع تغذیه و سیم های زمین باعث کاهش عملکرد محصول و حتی گاهی اوقات بر میزان موفقیت محصول می شود. بنابراین، سیم کشی منبع تغذیه و سیم های زمین باید جدی گرفته شود تا تداخل نویز ناشی از منبع تغذیه و سیم های زمین به حداقل برسد تا از کیفیت محصول اطمینان حاصل شود. هر مهندسي كه به طراحي محصولات الكترونيكي مشغول است، علت سر و صدا بين سيم زمين و سيم برق را مي داند. اکنون ما فقط کاهش سر و صدا را توضیح می دهیم: معروف این است که یک نویز بین منبع تغذیه و سیم زمین اضافه شود. خازن ریشه نیلوفر آبی سیم های برق و زمین را تا حد امکان باز کنید. سیم زمین پهن تر از سیم برق است. رابطه آنها این است: سیم زمین > سیم برق > سیم سیگنال. معمولاً عرض سیم سیگنال این است: 0.2~0.3mm، و عرض خوب می‌تواند تا 0 باشد.05~0.07mm. ، سیم برق 1.2 ~ 2.5 میلی متر است. برای مدارهای مدار چاپی دیجیتال، می توان از سیم های زمین عریض برای تشکیل یک حلقه، یعنی برای تشکیل شبکه زمین استفاده کرد (زمین مدارهای آنالوگ را نمی توان به این روش استفاده کرد). از مساحت زیادی از لایه مسی برای سیم های زمین استفاده کنید و موارد استفاده نشده روی برد چاپ شده همه مکان ها به زمین وصل شده و به عنوان سیم زمین استفاده می شود. یا می توان آن را به یک برد چند لایه تبدیل کرد که منبع تغذیه و سیم های زمین هر کدام یک لایه را اشغال می کنند.

6. بررسی قوانین طراحی (DRC)

پس از اتمام طراحی سیم کشی، لازم است به دقت بررسی شود که آیا طرح سیم کشی با قوانین تعیین شده توسط طراح مطابقت دارد یا خیر. همچنین لازم است تأیید شود که آیا قوانین تنظیم شده نیازهای فرآیند تولید تخته چاپی را برآورده می کند یا خیر. بازرسی های عمومی شامل جنبه های زیر است: خط به خط، خط به خط. این که آیا فاصله بین پدهای اجزاء، خطوط و از طریق سوراخ ها، پدهای اجزاء و از طریق سوراخ ها، و از طریق سوراخ ها معقول است، و آیا الزامات تولید را برآورده می کند. آیا سیم های برق و زمین از عرض مناسبی برخوردارند و آیا سیم های برق و زمین به طور محکم کوپل شده اند (امپدانس موج کم)؟ آیا جایی در PCB وجود دارد که بتوان سیم زمین را باز کرد؟ آیا برای خطوط سیگنال کلیدی، مانند طول کوتاه، خطوط حفاظتی، و خطوط ورودی و خروجی به وضوح از هم جدا شده اند، اقداماتی انجام شده است؟ آیا مدار آنالوگ و قطعات مدار دیجیتال دارای سیم زمین مستقل هستند؟ این که آیا گرافیک (مانند نمادها، برچسب ها) که بعداً به PCB اضافه شود، باعث اتصال کوتاه سیگنال می شود. برخی از اشکال خط نامطلوب را اصلاح کنید. آیا خطوط فرآیندی به PCB اضافه شده است؟ اینکه آیا ماسک لحیم کاری الزامات فرآیند تولید را برآورده می کند، آیا اندازه ماسک لحیم کاری مناسب است و آیا علامت کاراکتر روی صفحه دستگاه فشار داده می شود تا بر کیفیت مجموعه الکتریکی تأثیر نگذارد. آیا لبه قاب بیرونی لایه زمین منبع تغذیه در یک برد چند لایه کاهش یافته است؟ اگر فویل مسی لایه زمین منبع تغذیه در خارج از برد قرار گیرد، به راحتی می توان اتصال کوتاه ایجاد کرد.

7. طراحی از طریق

Via (via) یکی از اجزای مهم PCB چند لایه است. هزینه حفاری معمولاً 30 تا 40 درصد هزینه ساخت برد PCB را تشکیل می دهد. به زبان ساده، هر سوراخ روی PCB را می توان یک via نامید. از نقطه نظر عملکردی، vias را می توان به دو دسته تقسیم کرد: یکی برای اتصالات الکتریکی بین لایه ها استفاده می شود. دیگری برای تثبیت یا موقعیت یابی دستگاه ها استفاده می شود. از منظر فرآیندی، vias ها به طور کلی به سه دسته تقسیم می شوند: vias کور، vias مدفون و از طریق vias.

سوراخ های کور در سطوح بالا و پایین تخته های مدار چاپی قرار دارند. دارای عمق مشخصی هستند و برای اتصال مدارهای سطحی و مدارهای داخلی زیر استفاده می شوند. عمق سوراخ ها معمولاً از یک نسبت معین (دیافراگم) تجاوز نمی کند. Buried Vias به سوراخ های اتصالی است که روی لایه داخلی یک برد مدار چاپی قرار دارد و تا سطح برد مدار گسترش نمی یابد. دو نوع سوراخ فوق در لایه داخلی برد مدار قرار دارند. آنها با استفاده از فرآیند شکل دهی از طریق سوراخ قبل از لمینیت تکمیل می شوند. در طول فرآیند تشکیل سوراخ، چندین لایه داخلی ممکن است روی هم قرار گیرند. نوع سوم سوراخ عبوری نامیده می شود که از کل صفحه مدار عبور می کند و می تواند برای اجرای اتصالات داخلی یا به عنوان سوراخ های تعیین موقعیت برای قطعات استفاده شود. از آنجایی که حفره‌های عبوری در فناوری ساده‌تر پیاده‌سازی می‌شوند و هزینه‌های کمتری نیز دارند، در اکثر بردهای مدار چاپی به جای دو سوراخ دیگر استفاده می‌شوند. سوراخ های زیر به عنوان سوراخ های عبوری در نظر گرفته می شوند مگر اینکه طور دیگری مشخص شده باشد.

1. از نقطه نظر طراحی، یک via hole عمدتا از دو قسمت تشکیل شده است، یکی سوراخ مته در وسط، و دیگری ناحیه پد اطراف سوراخ مته است. اندازه این دو قسمت تعیین کننده اندازه via است. بدیهی است که هنگام طراحی PCBهای پرسرعت و چگالی بالا، طراحان همیشه امیدوارند که vias ها تا حد امکان کوچک باشند تا فضای سیم کشی بیشتری روی برد باقی بماند. علاوه بر این، هر چه vias کوچکتر باشد، ظرفیت انگلی خود آنها نیز کوچکتر است. هرچه کوچکتر باشد برای مدارهای پرسرعت مناسب تر است. با این حال، کاهش اندازه سوراخ باعث افزایش هزینه نیز می شود و اندازه سوراخ عبوری را نمی توان به طور نامحدود کاهش داد. با حفاری (دریل) و آبکاری الکتریکی (آبکاری) و سایر فناوری‌های فرآیند محدود می‌شود: هرچه سوراخ کوچک‌تر باشد، حفاری آن سخت‌تر است. هر چه سوراخ بیشتر طول بکشد، انحراف از مرکز آسان تر است. و هنگامی که عمق سوراخ بیش از 6 برابر قطر سوراخ حفر شده باشد، هیچ تضمینی وجود ندارد که دیواره سوراخ به طور یکنواخت با مس پوشش داده شود. به عنوان مثال، ضخامت فعلی (از طریق عمق سوراخ) یک تخته مدار چاپی 6- لایه معمولی حدود 50 میلی‌متر است، بنابراین قطر حفاری که سازنده PCB می‌تواند ارائه دهد تنها به 8 میلی‌متر می‌رسد.

2. ظرفیت انگلی سوراخ ورودی خود سوراخ انگلی نسبت به زمین ظرفیت انگلی دارد. اگر مشخص باشد که قطر سوراخ جداسازی سوراخ ورودی روی لایه زمین D2، قطر پد سوراخ D1 و ضخامت برد PCB T است، ثابت دی الکتریک بستر تخته برابر است با ε، سپس اندازه ظرفیت انگلی سوراخ ورودی تقریباً است: C=1.41εTD1/(D2-D1) تأثیر اصلی ظرفیت انگلی سوراخ ورودی بر مدار این است که افزایش زمان افزایش سیگنال و کاهش سرعت مدار. به عنوان مثال، برای یک برد PCB با ضخامت 50 Mil، اگر یک سوراخ ورودی با قطر داخلی 10 Mil و قطر پد 2{{20} } Mil استفاده می شود، و فاصله بین لنت و سطح مس زمین 32 Mil است، ما تقریباً می توانیم سوراخ via را از طریق فرمول بالا محاسبه کنیم. ظرفیت انگلی تقریباً: C{12}}.41x4.4x{31 }}.050x0.020/(0.{21}}.020)=0.517pF. تغییر در زمان خیز ناشی از این قسمت از ظرفیت عبارت است از: T{25}}.2C (Z0/2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. از این مقادیر می توان دریافت که اگرچه اثر کند کردن تاخیر افزایش ناشی از ظرفیت انگلی یک ویا منفرد چندان واضح نیست، اما اگر چندین بار در سیم کشی برای جابجایی بین لایه ها از vias استفاده شود، طراحان باید با دقت آن را در نظر بگیرند. .

3. اندوکتانس انگلی vias به طور مشابه، ظرفیت های انگلی در vias و inductances انگلی وجود دارد. در طراحی مدارهای دیجیتال پرسرعت، آسیب ناشی از اندوکتانس انگلی vias اغلب بیشتر از تاثیر ظرفیت انگلی است. سلف سری انگلی آن باعث تضعیف سهم خازن بای پس و تضعیف اثر فیلتر کل سیستم قدرت می شود. ما می توانیم از فرمول زیر برای محاسبه اندوکتانس انگلی تقریبی a از طریق استفاده کنیم: L=5.08h [ln (4h/d) + 1] که در آن L به اندوکتانس از via، h طول via و d مرکز است. قطر سوراخ حفر شده است. از فرمول می توان دریافت که قطر سوراخ ورودی تأثیر کمی بر اندوکتانس دارد، اما طول سوراخ ویا بر اندوکتانس تأثیر می گذارد. هنوز هم با استفاده از مثال بالا، اندوکتانس via را می توان به صورت زیر محاسبه کرد: L=5.08x0.050 [ln (4x0.050/0.010) + 1 ]=1.015nH. اگر زمان افزایش سیگنال 1 ثانیه باشد، امپدانس معادل آن عبارت است از: XL=πL/T{20}}.19Ω. هنگامی که جریان با فرکانس بالا از آن عبور می کند، نمی توان چنین امپدانسی را نادیده گرفت. باید توجه ویژه ای به این نکته داشت که خازن بای پس هنگام اتصال لایه برق و لایه زمین نیاز به عبور از دو ویا دارد، بنابراین اندوکتانس انگلی ویاس ها به صورت تصاعدی افزایش می یابد.

4. طراحی Via-hole در PCB پرسرعت از طریق تجزیه و تحلیل فوق در مورد ویژگی های انگلی via-holes، می بینیم که در طراحی PCB با سرعت بالا، سوراخ های به ظاهر ساده اغلب اثرات منفی زیادی بر طراحی مدار می آورند. اثر به منظور کاهش اثرات نامطلوب ناشی از اثرات انگلی vias، سعی کنید موارد زیر را در طراحی انجام دهید:

1. از جنبه های هزینه و کیفیت سیگنال، اندازه مناسب از طریق سوراخ را انتخاب کنید. به عنوان مثال، برای 6-10-طراحی PCB ماژول حافظه لایه، بهتر است از vias 10/20Mil (دریل/پد) استفاده کنید. برای برخی از بردهای با چگالی بالا و اندازه کوچک، می‌توانید از vias 8/18Mil نیز استفاده کنید. سوراخ تحت شرایط فنی فعلی، استفاده از ویای های با اندازه کوچکتر مشکل است. برای اتصالات برق یا زمین، از اندازه های بزرگتر برای کاهش امپدانس استفاده کنید.

2. از دو فرمول مورد بحث در بالا، می توان نتیجه گرفت که استفاده از برد PCB نازکتر برای کاهش دو پارامتر انگلی vias مفید است.

3. سعی کنید لایه های رد سیگنال را روی برد PCB تغییر ندهید، یعنی سعی کنید از vias های غیر ضروری استفاده نکنید.

4. پایه های برق و زمین باید در نزدیکی سوراخ شوند. هرچه لیدهای بین vias و پین ها کوتاه تر باشد، بهتر است، زیرا باعث افزایش اندوکتانس می شوند. در عین حال، سیم برق و زمین باید تا حد امکان ضخیم باشند تا امپدانس کاهش یابد.

5. تعدادی گذرگاه زمین شده را در نزدیکی دریچه های تغییر لایه سیگنال قرار دهید تا یک حلقه بسته برای سیگنال فراهم شود. حتی می‌توانید تعداد زیادی زمین اضافی را روی برد PCB قرار دهید. البته، شما همچنین باید در طراحی خود انعطاف پذیر باشید. مدل via که قبلاً مورد بحث قرار گرفت، موردی است که هر لایه دارای یک پد است. گاهی اوقات، می‌توانیم لنت‌های برخی از لایه‌ها را کاهش دهیم یا حتی حذف کنیم. مخصوصاً زمانی که چگالی سوراخ های ویا بسیار زیاد باشد، ممکن است باعث شود که یک شیار شکسته مدار را در لایه مس ایزوله کند. برای رفع این مشکل می توان علاوه بر جابجایی محل ویاها، قرار دادن ویاس ها در لایه مسی را نیز در نظر گرفت. اندازه پد کاهش می یابد.