Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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Detailieren Sie die grundlegenden Regeln des PCB-Layouts und der Verdrahtung
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Detailieren Sie die grundlegenden Regeln des PCB-Layouts und der Verdrahtung

2022-01-14
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Author:pcb

PCB, auch bekannt als Leiterplatten, Kann Schaltungsanbindung und Funktionsrealisierung zwischen elektronischen Komponenten realisieren, und ist auch ein wichtiger Teil des Stromkreisdesigns. Heute, Dieser Artikel wird die grundlegenden Regeln des PCB-Layouts und der Verdrahtung vorstellen.

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1. Basic Rules of Component Layout
1. Layout entsprechend dem Schaltungsmodul, Die zugehörigen Schaltungen, die die gleiche Funktion realisieren, werden Modul genannt, Die Komponenten im Schaltungsmodul sollten das Prinzip der nahen Konzentration annehmen, and the digital circuit and the analog circuit should be separated;
2. Montieren Sie keine Komponenten und Geräte innerhalb von 1.27mm um nicht montierbare Löcher wie Positionierlöcher und Standardlöcher, und keine Komponenten innerhalb von 3 montieren.5mm (for M2.5) and 4mm (for M3) around mounting holes such as screws;
3. Vermeiden Sie die Platzierung von Durchkontaktierungen unter Komponenten wie horizontal montierten Widerständen, inductors (plug-ins), and electrolytic Kondensatoren to avoid short circuits between the Durchkontaktierungen and the component shell after wave soldering;
4. The distance between the outside of the component and the edge of the board is 5mm;
5. The distance between the outside of the pad of the mounted component and the outside of the adjacent component is greater than 2mm;
6. Metal shell components and metal parts (shielding boxes, etc.) cannot touch other components, und kann nicht in der Nähe von gedruckten Linien und Pads sein, und der Abstand sollte größer als 2mm sein. Die Größe der Positionierlöcher, Befestigungslöcher, elliptical holes and other square holes in the plate is greater than 3mm from the edge of the plate;
7. The heating element cannot be close to the wire and the thermal element; the high-heating element should be evenly distributed;
8. Die Steckdose sollte möglichst um die Leiterplatte herum angeordnet werden, und die an die Steckdose angeschlossenen Busschienenklemmen sollten auf derselben Seite angeordnet sein. Besondere Vorsicht ist zu beachten, dass Steckdosen und andere gelötete Steckverbinder nicht zwischen den Steckverbindern angeordnet werden, um das Löten dieser Buchsen und Steckverbinder zu erleichtern, und das Design und Binden von Stromkabeln. The arrangement spacing of power sockets and welding connectors should be considered to facilitate the insertion and removal of power plugs;
9. Anordnung der anderen Komponenten: Alle IC-Komponenten sind auf einer Seite ausgerichtet, polare Komponenten sind deutlich gekennzeichnet, und die Polaritätsmarkierung auf der gleichen Leiterplatte sollte nicht mehr als zwei Richtungen sein. Wenn zwei Richtungen erscheinen, die beiden Richtungen stehen senkrecht zueinander. ;
10. Die Verkabelung auf der Platine sollte richtig dicht sein. Wenn der Unterschied in der Dichte zu groß ist, es sollte mit Mesh Kupferfolie gefüllt werden, and the mesh should be greater than 8mil (or 0.2mm);
11. Es sollten keine Durchgangslöcher auf den Patchpads sein, um den Verlust von Lötpaste zu vermeiden und die Komponenten zu löten. Important Signal lines are not allowed to pass between the socket pins;
12. Der Patch ist einseitig ausgerichtet, die Zeichenrichtung ist gleich, and the packaging direction is the same;
13. Für Geräte mit Polarität, Die Richtung der Polaritätsmarkierung auf derselben Platine sollte so konsistent wie möglich sein.

2. Component wiring rules
In the area where the wiring area is ≤1mm from the edge of the PCB, und innerhalb von 1mm um das Montageloch, Verkabelung ist verboten; 2. The power line should be as wide as possible and should not be less than 18mil; the signal line width should not be less than 12mil; cpu The incoming and outgoing lines should not be less than 10mil (or 8mil); the line spacing should not be less than 10mil; 3, Das normale Durchgangsloch sollte nicht kleiner als 30mil sein; 4, das Dual in-line: Pad 60mil, aperture 40mil; 55mil (0805 surface mount); 62mil pad, 42mil aperture when plugged directly; electrodeless capacitor: 51*55mil (0805 surface mount); 50mil pad, 28mil Öffnung, wenn sie direkt eingesteckt wird; 5. Beachten Sie, dass Netzkabel und Erdungskabel so weit wie möglich Radial sein sollten, und die Signalleitung kann kein Loopback haben.

2.1 The following systems should pay special attention to anti-electromagnetic interference:
(1) The microcontroller clock frequency is particularly high, und der Buszyklus ist besonders schnell.
(2) The system contains high-power, Hochstrom-Antriebskreise, wie Funkenrelais, Hochstromschalter, etc.
(3) A system with a weak analog signal circuit and a high-precision A/D Umwandlungsschaltung.

2.2 Um die anti-elektromagnetische Störfähigkeit des Systems zu erhöhen, take the following measures:
(1) Select a microcontroller with low frequency: Selecting a microcontroller with low external clock frequency can effectively reduce Lärm and improve the anti-interference ability of the system. Quadratwellen und Sinuswellen gleicher Frequenz, Die Hochfrequenzkomponenten in der Quadratwelle sind viel mehr als die Sinuswelle. Obwohl die Amplitude der Hochfrequenz Teil der Quadratwelle ist kleiner als die der Grundwelle, je höher die Frequenz, Je einfacher es ist, Lärmquelle zu emittieren und zu werden. Die einflussreichen Hochfrequenz Das vom Mikrocontroller erzeugte Rauschen beträgt etwa das 3-fache der Taktfrequenz.

(2) Verringern Sie die Verzerrung in der Signalübertragung Der Mikrocontroller wird hauptsächlich mit Hochgeschwindigkeits-CMOS-Technologie hergestellt. Der statische Eingangsstrom der Signal-Eingangsklemme beträgt etwa 1mA, die Eingangskapazität beträgt etwa 10PF, die Eingangsimpedanz ist ziemlich hoch, und der Ausgangsanschluss der Hochgeschwindigkeits-CMOS-Schaltung hat eine beträchtliche Tragfähigkeit, das heißt einen beträchtlichen Ausgangswert. Das Reflexionsproblem ist sehr ernst, wenn die lange Leitung mit einer relativ hohen Eingangsimpedanz zum Eingangsende geführt wird, was Signalverzerrungen verursacht und das Systemrauschen erhöht. Wenn Tpd>Tr, wird es zu einem Übertragungsleitungsproblem, und Probleme wie Signalreflexion und Impedanzanpassung müssen berücksichtigt werden. Die Verzögerungszeit des Signals auf der Leiterplatte hängt mit der charakteristischen Impedanz der Leitung zusammen, das heißt mit der Dielektrizitätskonstante des Leiterplattenmaterials. Es kann grob davon ausgegangen werden, dass die Übertragungsgeschwindigkeit des Signals auf den Leiterplattenleitungen etwa 1/3 bis 1/2 der Lichtgeschwindigkeit beträgt. Die Tr (Standard Delay Time) üblicher logischer Telefonelemente in Systemen, die aus Mikrocontrollern bestehen, liegt zwischen 3 und 18 ns. Auf der Leiterplatte durchläuft das Signal einen 7W Widerstand und eine 25cm lange Leitung, und die on-line Verzögerungszeit liegt ungefähr zwischen 4 und 20ns. Das heißt, je kürzer die Signalleitungen auf der Leiterplatte, desto besser, und die Länge sollte 25cm nicht überschreiten. Und die Anzahl der Durchgänge sollte so klein wie möglich sein, nicht mehr als 2. Wenn die Anstiegszeit des Signals schneller als die Verzögerungszeit des Signals ist, wird es nach schneller Elektronik verarbeitet. Zu diesem Zeitpunkt sollte die Impedanzanpassung der Übertragungsleitung berücksichtigt werden. Für die Signalübertragung zwischen den integrierten Blöcken auf einer Leiterplatte ist es notwendig, die Situation von Td>Trd zu vermeiden. Je größer die Leiterplatte, desto geringer kann die Geschwindigkeit des Systems zu schnell sein. Eine Faustregel für das Leiterplattendesign wird durch folgende Schlussfolgerungen zusammengefasst: Die Verzögerungszeit der Signalübertragung auf der Leiterplatte sollte nicht größer sein als die Nennverzögerungszeit des verwendeten Gerätes.

(3) Reduce the interference between signal lines:
A step signal with a rise time of Tr at point A is transmitted to terminal B through lead AB. Die Verzögerungszeit des Signals auf der AB-Leitung ist Td. Punkt D, aufgrund der Vorwärtsübertragung des Signals an Punkt A, die Reflexion des Signals nach Erreichen von Punkt B und die Verzögerung der AB-Leitung, Ein Seitenpulssignal mit einer Breite von Tr wird nach Td-Zeit induziert. Punkt C, aufgrund der Übertragung und Reflexion des Signals auf AB, Ein positives Impulssignal mit einer Breite von der doppelten Verzögerungszeit des Signals auf der AB-Leitung, das ist, 2Td, wird induziert werden. Dies ist die Kreuzstörung zwischen Signalen. Die Stärke des Störsignals hängt mit dem/am Signal an Punkt C, und bezieht sich auf den Abstand zwischen Linien. Wenn die beiden Signalleitungen nicht sehr lang sind, Was tatsächlich auf AB zu sehen ist, ist die Überlagerung von zwei Pulsen. Mikrocontroller, die durch CMOS-Prozess hergestellt werden, haben eine hohe Eingangsimpedanz, hohes Geräusch, und hohe Geräuschtoleranz. Die digitale Schaltung wird mit 100~200mv Rauschen überlagert und beeinträchtigt nicht seine Arbeit. Wenn die AB-Linie in der Abbildung ein analoges Signal ist, Diese Art von Störung wird unerträglich. Zum Beispiel, wenn die Leiterplatte eine vierschichtige Platine ist, eines davon ist ein großflächiger Boden, oder eine doppelseitige Platte, wenn die Rückseite der Signalleitung eine großflächige Masse ist, die Interferenzen zwischen diesen Signalen werden kleiner. Der Grund ist, dass die große Erdfläche die charakteristische Impedanz der Signalleitung reduziert, und die Reflexion des Signals an der D-Klemme ist stark reduziert. Die charakteristische Impedanz ist umgekehrt proportional zum Quadrat der dielektrischen Konstante des Mediums zwischen Signalleitung und Masse, und ist proportional zum natürlichen Logarithmus der Dicke des Mediums. Wenn die AB-Leitung ein analoges Signal ist, um die Störung der digitalen Schaltungssignalleitung CD zu AB zu vermeiden, Es sollte eine große Fläche unter der AB-Linie sein, und der Abstand von der AB-Linie zur CD-Linie sollte größer sein als 2~3 mal der Abstand zwischen der AB-Linie und dem Boden. Teilweise Abschirmung kann verwendet werden, Auf der linken und rechten Seite der Leitung auf der Seite mit der Anschlussleitung angeordnet.

(4) Reduce the noise from the power supply While supplying energy to the system, Das Netzteil fügt auch sein Rauschen zum mitgelieferten Netzteil hinzu. Die Reset-Linie, Unterbrechungsleitung, und andere Steuerleitungen des Mikrocontrollers in der Schaltung werden leicht durch externe Geräusche gestört. Starke Störungen im Netz treten über die Stromversorgung in den Stromkreis ein, und auch in batteriebetriebenen Systemen, die Batterie selbst hat Hochfrequenz noise. Analoge Signale in analogen Schaltungen sind widerstandsfähiger gegen Störungen durch Stromquellen.

(5) Pay attention to the Hochfrequenz Eigenschaften von Leiterplatten und Bauteilen. Bei Hochfrequenzen, die Leads, vias, Widerstände, capacitors, und verteilte Induktivität und Kapazität von Steckverbindern auf der Leiterplatte können nicht ignoriert werden. Die verteilte Induktivität des Kondensators kann nicht ignoriert werden, und die verteilte Kapazität der Induktivität kann nicht ignoriert werden. Der Widerstand spiegelt die Hochfrequenz signal, und die verteilte Kapazität der Leitung wird funktionieren. Wenn die Länge größer als 1 ist/20 der entsprechenden Wellenlänge der Rauschfrequenz, ein Antenneneffekt tritt auf, und das Geräusch wird durch das Blei emittiert. Die Durchkontaktierungen der Leiterplatte verursachen eine Kapazität von ca. 0.6pf. Das Verpackungsmaterial einer integrierten Schaltung selbst führt 2~6pf Kapazität ein. Ein Stecker auf einer Leiterplatte hat eine verteilte Induktivität von 520nH. Ein zweireihiger gerader 24-poliger Halter für integrierte Schaltungen, die eine verteilte Induktivität von 4~18nH einführt. Diese kleinen Verteilungsparameter sind für diese Reihe von Mikrocontroller-Systemen mit niedrigeren Frequenzen vernachlässigbar; Besonderes Augenmerk muss auf Hochgeschwindigkeitssysteme gelegt werden.

(6) The arrangement of components should be reasonably partitioned. Die Position der auf der Leiterplatte angeordneten Bauteile sollte vollständig gegen elektromagnetische Störungen berücksichtigt werden. Eines der Grundsätze ist, dass die Leitungen zwischen den Komponenten so kurz wie möglich sein sollten. Im Layout, der analoge Signalteil, der Teil der digitalen Hochgeschwindigkeitsschaltung, and the noise source part (such as relays, Hochstromschalter, etc.) should be reasonably separated, so dass die Signale untereinander gekoppelt sind. Behandeln Sie den Erdungskabel auf der Leiterplatte, Der Stromdraht und der Erdungskabel sind wichtig. Zur Überwindung elektromagnetischer Störungen, das Hauptmittel ist Erdung. Für die doppelseitige Platte, das Grunddraht Layout ist sehr speziell. Durch die Einführung der Ein-Punkt-Erdungsmethode, Die Stromversorgung und die Masse werden von beiden Enden der Stromversorgung mit der Leiterplatte verbunden, mit einem Kontakt für die Stromversorgung und einem Kontakt für den Boden. Auf der Leiterplatte, Es müssen mehrere Erdungskabel vorhanden sein, und diese werden auf dem Kontakt der Rückstromversorgung gesammelt, die sogenannte Einpunkt-Erdung. Die sogenannte Trennung der analogen Masse, digitaler Boden, und Hochleistungsgerät Masse bedeutet, dass die Verkabelung getrennt ist, und alle von ihnen sind zu diesem Erdungspunkt zusammengebracht. Beim Anschluss an andere Signale als die Leiterplatte, geschirmte Kabel werden in der Regel verwendet. Für Hochfrequenz- und Digitalsignale, Das geschirmte Kabel ist an beiden Enden geerdet. Abgeschirmte Kabel für niederfrequente Analogsignale sollten an einem Ende geerdet werden. Schaltungen, die sehr empfindlich gegen Rauschen und Störungen sind oder Schaltungen, die besonders empfindlich sind Hochfrequenz Leiterplatte Geräusche sollten mit einer Metallabdeckung abgeschirmt werden.