Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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Forschung über Protel 99 SE Hochfrequenz PCB Board Design
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Forschung über Protel 99 SE Hochfrequenz PCB Board Design

2022-05-12
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Author:pcb

Mit dem Fortschritt der elektronischen Technologie, Komplexität und Anwendungsbereich von Leiterplatte (printed circuit boards) have developed rapidly. Designer, die sich mit Hochfrequenzen beschäftigen Leiterplattes muss über entsprechende dieoretische Grundkenntnisse verfügen, und sollte auch reiche Erfahrung in der Produktion von Hochfrequenzen haben Leiterplattes. Das heißt:, ob es sich um die Zeichnung des Schaltplans oder die Gestaltung des Leiterplatte, Es sollte von der Hochfrequenz-Arbeitsumgebung aus betrachtet werden, in der es sich befindet, so dass ein Ideal Leiterplatte kann gestaltet werden. Dieses Papier untersucht hauptsächlich einige Probleme beim Design von Hochfrequenz-Leiterplatten basierend auf Protel 99 SE aus zwei Aspekten des manuellen Layouts und der Verdrahtung von Hochfrequenz-Leiterplatten.

Leiterplatte

1 Layout design
Although Protel 99 SE has the function of automatic layout, Es kann die Arbeitsbedürfnisse von Hochfrequenzschaltungen nicht vollständig erfüllen. Oft ist es notwendig, sich auf die Erfahrung des Designers und entsprechend der spezifischen Situation zu verlassen., Verwenden Sie zuerst die Methode des manuellen Layouts, um die Position einiger Komponenten zu optimieren und anzupassen, Automatisches Layout vervollständigt das Gesamtdesign der Leiterplatte. Ob das Layout vernünftig ist oder nicht wirkt sich direkt auf das Leben aus, Stabilität, EMC (electromagnetic compatibility) of the product, etc., Es muss aus dem Gesamtlayout der Leiterplatte betrachtet werden, die Zugänglichkeit der Verkabelung und die Herstellbarkeit der Leiterplatte, mechanische Struktur, Wärmeableitung, EMI ( Electromagnetic interference), Zuverlässigkeit, Signalintegrität und andere Aspekte werden umfassend berücksichtigt. Allgemein, Bauteile in festen Positionen bezogen auf mechanische Abmessungen werden zuerst platziert, dann werden spezielle und größere Bauteile platziert, und kleine Bauteile werden platziert. Zur gleichen Zeit, um die Anforderungen der Verkabelung zu berücksichtigen, Die Platzierung hochfrequenter Bauteile sollte möglichst kompakt sein, und die Verkabelung der Signalleitungen sollte so kurz wie möglich sein, Dadurch werden Querstörungen von Signalleitungen reduziert.


1.1 Placement of positioning inserts in relation to mechanical dimensions
Power sockets, Schalter, Schnittstellen zwischen Leiterplattes, Kontrollleuchten, etc. sind alle Positionierungs-Plug-ins bezogen auf mechanische Abmessungen. Normalerweise, die Schnittstelle zwischen Netzteil und Leiterplatte wird am Rand des Leiterplatte, und es sollte einen Abstand von 3 mm bis 5 mm vom Rand des Leiterplatte; die Leuchtdiode des Indikators sollte bei Bedarf genau angebracht werden; Schalter und einige Feinabstimmungskomponenten, Wie einstellbare Induktivität, einstellbarer Widerstand, etc. sollte nah am Rand des Leiterplatte Anpassung und Anschluss zu erleichtern; Komponenten, die häufig ausgetauscht werden müssen, müssen für einen einfachen Austausch in einer Position mit weniger Komponenten platziert werden.


1.2 Placement of special components
High-power tubes, Transformatoren, Gleichrichterrohre und andere Heizgeräte erzeugen viel Wärme, wenn sie mit hohen Frequenzen arbeiten, Lüftung und Wärmeableitung sollten daher vollständig in der Anlage berücksichtigt werden, und solche Bauteile sollten auf dem Leiterplatte wo die Luft leicht zirkulieren kann. Ort. Hochleistungsgleichrichterrohre und Einstellrohre sollten mit Heizkörpern ausgestattet werden, und sollte vom Transformator ferngehalten werden. Komponenten, die Angst vor Hitze haben, wie Elektrolytkondensatoren, sollte auch von Heizgeräten ferngehalten werden, sonst wird der Elektrolyt getrocknet, was zu erhöhtem Widerstand und schlechter Leistung führt, die die Stabilität der Schaltung beeinträchtigen. Komponenten, die anfällig für Ausfälle sind, wie Einstellrohre, Elektrolytkondensatoren, Relais, etc., sollte unter Berücksichtigung der Wartungsfreundlichkeit platziert werden. Für Prüfpunkte, die oft gemessen werden müssen, Bei der Anordnung der Bauteile ist darauf zu achten, dass die Prüfstäbe leicht kontaktiert werden können. Aufgrund des 50-Hz-Leckage-Magnetfeldes, das innerhalb des Netzteils erzeugt wird, wenn es an einige Teile des Niederfrequenzverstärkers angeschlossen ist, Es wird den Niederfrequenzverstärker stören. Daher, sie müssen isoliert oder abgeschirmt sein. Alle Stufen des Verstärkers können in einer geraden Linie nach dem Schaltplan angeordnet werden. Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass der Bodenstrom jeder Ebene geschlossen und auf dieser Ebene fließt, das die Arbeit anderer Schaltkreise nicht beeinträchtigt. Die Eingangs- und Ausgangsstufe sollten so weit wie möglich entfernt sein, um die parasitären Kupplungsstörungen zwischen ihnen zu reduzieren. Berücksichtigung des Signalübertragungsverhältnisses zwischen den Funktionsschaltungen jeder Einheit, Niederfrequenzschaltung und Hochfrequenzschaltung sollten ebenfalls getrennt werden, und die analoge Schaltung und die digitale Schaltung sollten getrennt werden. Die integrierte Schaltung sollte in der Mitte des Leiterplatte, um die Verkabelung zwischen jedem Pin und anderen Geräten zu erleichtern. Geräte wie Induktoren und Transformatoren haben eine magnetische Kopplung und sollten orthogonal zueinander platziert werden, um die magnetische Kopplung zu reduzieren. Darüber hinaus, sie alle haben ein starkes Magnetfeld, und es sollte ein angemessen großer Raum oder eine magnetische Abschirmung um sie herum sein, um die Auswirkungen auf andere Schaltkreise zu verringern.

An wichtigen Stellen der Leiterplatte sollten geeignete Hochfrequenz-Entkopplungskondensatoren konfiguriert werden. Zum Beispiel sollte ein Elektrolytkondensator von 10 μF bis 100 μF an das Eingangsende der PCB-Stromversorgung angeschlossen werden, und ein 0,01 pF sollte in der Nähe der Netzteilpins der integrierten Schaltung angeschlossen werden. Keramikkondensatoren. Einige Schaltungen sind auch mit geeigneten Hochfrequenz- oder Niederfrequenz-Drosselspulen ausgestattet, um den Einfluss zwischen Hoch- und Niederfrequenzschaltungen zu verringern. Dieser Punkt sollte beim Entwerfen und Zeichnen des Schaltplans berücksichtigt werden, da er sonst die Leistung der Schaltung beeinflusst. Der Abstand zwischen den Bauteilen sollte angemessen sein, und der Abstand sollte berücksichtigen, ob eine Möglichkeit des Ausfalls oder der Zündung zwischen ihnen besteht. Bei Verstärkern mit Push-Pull-Schaltungen und Brückenschaltungen sollte auf die Symmetrie der elektrischen Parameter der Komponenten und die Symmetrie der Struktur geachtet werden, damit die Verteilungsparameter der symmetrischen Komponenten so konsistent wie möglich sind. Nach Abschluss des manuellen Layouts der Hauptkomponenten sollte die Methode der Komponentenverriegelung übernommen werden, damit sich diese Komponenten während des automatischen Layouts nicht bewegen. Das heißt, führen Sie den Befehl Änderung bearbeiten aus oder wählen Sie Gesperrt in den Eigenschaften der Komponente aus, um sie zu sperren und nicht mehr zu verschieben.


1.3 Placement of common components
For common components, wie Widerstände, Kondensatoren, etc., Es sollte unter mehreren Aspekten betrachtet werden, wie die geordnete Anordnung von Bauteilen, die Größe des besetzten Raumes, die Zugänglichkeit der Verkabelung und die Bequemlichkeit des Schweißens, etc., und die Methode des automatischen Layouts kann übernommen werden.


2. Design of wiring
Wiring is the general requirement for realizing high-frequency Leiterplatte Entwurf auf der Grundlage eines angemessenen Layouts. Routing umfasst automatisches Routing und manuelles Routing. Normalerweise, unabhängig von der Anzahl der Schlüsselsignalleitungen, Diese Signalleitungen werden zuerst manuell geroutet. Nachdem die Verkabelung abgeschlossen ist, Die Verkabelung dieser Signalleitungen wird sorgfältig geprüft. Nachdem die Inspektion bestanden ist, werden fixiert, und dann werden andere Verkabelungen automatisch geroutet. Das ist, Die Kombination aus manueller und automatischer Verkabelung wird verwendet, um die Verkabelung der Leiterplatte.

Im Verdrahtungsprozess von Hochfrequenzen Leiterplatte, Besondere Aufmerksamkeit sollte folgenden Aspekten gewidmet werden:.

2.1 The direction of wiring
The wiring of the circuit adopts a full straight line according to the flow direction of the signal, und kann mit einer 45° gebrochenen Linie oder einer Kreisbogenkurve vervollständigt werden, wenn Drehen erforderlich ist, die externe Emission und gegenseitige Kopplung von Hochfrequenzsignalen reduzieren kann. Die Verdrahtung von hochfrequenten Signalleitungen sollte so kurz wie möglich sein. Entsprechend der Betriebsfrequenz der Schaltung, Die Länge der Signalleitung sollte angemessen gewählt werden, die Verteilungsparameter reduzieren und den Verlust des Signals verringern können. Bei der Herstellung von doppelseitigen Platten, die Verkabelung ist senkrecht, schräg, oder gekrümmt, um sich auf zwei benachbarten Schichten zu schneiden. Vermeiden Sie, parallel zueinander zu sein, die gegenseitige Interferenz und parasitäre Kopplung reduzieren können. Hochfrequente Signalleitungen und niederfrequente Signalleitungen sollten so weit wie möglich getrennt werden, Gegebenenfalls sollten Schutzmaßnahmen ergriffen werden, um gegenseitige Eingriffe zu verhindern. Für den Signaleingang mit schwachem Empfang, Es ist leicht, durch externe Signale gestört zu werden, und der Erdungskabel kann als Abschirmung verwendet werden, um ihn zu umgeben oder den Hochfrequenzstecker abzuschirmen. Parallelverdrahtung sollte auf gleicher Ebene vermieden werden, sonst werden Verteilungsparameter eingeführt, die die Schaltung beeinflussen. Wenn es unvermeidlich ist, Eine geerdete Kupferfolie kann zwischen zwei parallelen Linien eingeführt werden, um eine Isolationslinie zu bilden. In digitalen Schaltungen, für Differenzsignalleitungen, sie sollten paarweise geroutet werden, versuchen, sie parallel und dicht zusammen zu machen, und haben wenig Unterschied in der Länge.


2.2 The form of wiring
In the wiring process of the Leiterplatte, Die Breite der Leiterbahn wird durch die Haftfestigkeit zwischen dem Draht und dem Isolierschichtsubstrat und die Stärke des durch den Draht fließenden Stroms bestimmt. Wenn die Dicke der Kupferfolie 0 ist.05mm und die Breite ist 1mm bis 1.5mm, ein Strom von 2A kann übergeben werden. Die Temperatur wird nicht höher als 3 ℃sein. Bis auf einige spezielle Spuren, Die Breite anderer Spuren auf derselben Schicht sollte so gleichmäßig wie möglich sein. Der Abstand der Verdrahtung in der Hochfrequenzschaltung beeinflusst die Größe der verteilten Kapazität und Induktivität, dadurch den Verlust des Signals beeinträchtigt, die Stabilität der Schaltung und die durch das Signal verursachten Störungen. In Hochgeschwindigkeitsschaltkreisen, Der Abstand der Drähte beeinflusst die Übertragungszeit des Signals und die Qualität der Wellenform. Daher, Der Abstand der Verkabelung sollte größer oder gleich 0 sein.5 mm, und solange es erlaubt ist, the Leiterplatte Verkabelung sollte eine relativ breite Leitung verwenden. Es sollte ein bestimmter Abstand zwischen dem bedruckten Draht und der Kante des Leiterplatte ((nicht weniger als die Dicke der Platte)), das nicht nur Montage und Bearbeitung erleichtert, verbessert aber auch die Isolationsleistung. Wenn Sie auf eine Leitung stoßen, die nur in einem großen Kreis in der Verdrahtung angeschlossen werden kann, Verwenden Sie die fliegende Leine, das ist, Verbinden Sie sich direkt mit einer kurzen Leitung, um die Störungen zu reduzieren, die durch Fernverdrahtung verursacht werden. Schaltungen, die magneto-empfindliche Elemente enthalten, reagieren empfindlicher auf das umgebende Magnetfeld, und die Ecken der Verkabelung sind leicht, elektromagnetische Wellen auszustrahlen, wenn Hochfrequenzschaltungen arbeiten. Verkabelung auf der gleichen Ebene darf keine Frequenzweiche haben. Für Linien, die sich schneiden können, Die Methode des "Bohrens" und "Wickelns" kann verwendet werden, um es zu lösen, das ist, Lassen Sie eine Blei "bohren" aus dem Spalt unter den Stiften anderer Geräte wie Widerstände, Kondensatoren, Trioden, etc., oder von einer Linie, die sich schneiden kann Ein Ende der Leitung "wickelt" sich darüber. In besonderen Fällen, wenn die Schaltung sehr komplex ist, um das Design zu vereinfachen, Es ist auch erlaubt, Drahtbrücken zu verwenden, um das Crossover-Problem zu lösen. Wenn die Betriebsfrequenz der Hochfrequenzschaltung hoch ist, Auch die Impedanzanpassung der Verkabelung und der Antenneneffekt müssen berücksichtigt werden.


2.3 Wiring requirements for power cables and ground cables
According to the size of different working current, Versuchen Sie, die Breite der Stromleitung zu erhöhen. Die Hochfrequenz Leiterplatte Verwenden Sie so viel wie möglich einen großflächigen Erdungsdraht und legen Sie ihn auf den Rand des Leiterplatte, das die Störung von externen Signalen in die Schaltung reduzieren kann; Die Spannung ist näher an der Erdungsspannung. Die Erdungsmethode sollte entsprechend der spezifischen Situation ausgewählt werden. Es unterscheidet sich von der Niederfrequenzschaltung. Der Erdungskabel der Hochfrequenzschaltung sollte an der nächsten Masse oder an mehreren Punkten geerdet werden. Der Erdungsdraht sollte kurz und dick sein, um die Erdungsimpedanz zu minimieren. Die zulässigen Stromanforderungen können das Dreifache des Arbeitsstromstandards erreichen. Der Erdungskabel des Lautsprechers sollte mit dem Erdungspunkt der Ausgangsstufe des Leistungsverstärkers auf der Leiterplatte, und darf nicht willkürlich geerdet werden. Während der Verkabelung, Einige vernünftige Verkabelung sollte rechtzeitig verriegelt werden, um wiederholte Verkabelung zu vermeiden. Das ist, Führen Sie den Befehl EditselectNet aus und wählen Sie Gesperrt in den Vorverdrahtungseigenschaften aus, um es zu sperren und nicht mehr zu verschieben.


3. Design von Pads und Kupferplattierung

3.1 Pads and Apertures
In the case of ensuring that the wiring spacing does not violate the designed electrical spacing, Das Design des Pads sollte größer sein, um eine ausreichende Ringbreite zu gewährleisten. Allgemein, Das Innenloch des Pads ist etwas größer als der Bleidurchmesser des Bauteils, und das Design ist zu groß, und es ist einfach, virtuelles Schweißen während des Schweißens zu bilden. The outer diameter D of the pad is generally not less than (d+1.2) mm, wobei d der Innendurchmesser des Pads ist. Für einige Leiterplattes mit relativ hoher Dichte, the value of the pad can be (d+1.0) mm. Die Form des Pads ist normalerweise kreisförmig eingestellt, aber das Pad der DIP verpackten integrierten Schaltung nimmt eine Rennstreckenform an, die Fläche des Pads auf begrenztem Raum vergrößern kann, was für das Löten der integrierten Schaltung vorteilhaft ist. Die Verbindung zwischen der Verkabelung und dem Pad sollte ein reibungsloser Übergang sein, das ist, wenn die Breite der Verdrahtung, die in das kreisförmige Pad eintritt, kleiner als der Durchmesser des kreisförmigen Pad ist, das Tropfendesign sollte verwendet werden. Es sollte beachtet werden, dass die Größe des Innendurchmessers d des Pads unterschiedlich ist, und es sollte entsprechend der Größe des tatsächlichen Bauteilleitungsdurchmessers betrachtet werden, wie Bauteillöcher, Montagelöcher und Nutlöcher. Der Lochabstand der Pads sollte auch entsprechend der Montagemethode der eigentlichen Komponenten berücksichtigt werden. Zum Beispiel, Komponenten wie Widerstände, Dioden, und Rohrkondensatoren haben zwei Installationsmethoden: "vertikal" und "horizontal". Der Lochabstand dieser beiden Methoden ist unterschiedlich. Darüber hinaus, Das Design des Padlochabstands sollte auch die Spaltanforderungen zwischen Komponenten berücksichtigen, Insbesondere der Spalt zwischen speziellen Komponenten muss durch den Lochabstand zwischen den Pads gewährleistet werden. In der Hochfrequenz Leiterplatte, die Anzahl der Durchkontaktierungen sollte minimiert werden, die nicht nur die verteilte Kapazität reduzieren kann, aber auch die mechanische Festigkeit der Leiterplatte. In einem Wort, bei der Auslegung von Hochfrequenzen Leiterplatte, das Design des Pads und seine Form, Öffnung und Lochabstand sollten nicht nur ihre Besonderheit berücksichtigen, aber auch die Anforderungen des Produktionsprozesses erfüllen. Standardisiertes Design kann nicht nur Produktkosten senken, Verbesserung der Produktionseffizienz bei gleichzeitiger Gewährleistung der Produktqualität.


3.2 Copper plating
The main purpose of copper coating is to improve the anti-interference ability of the circuit, und gleichzeitig, Es ist sehr vorteilhaft für die Wärmeableitung der Leiterplatte und die Stärke der Leiterplatte. Allerdings, großflächige Streifen Kupferfolie kann nicht verwendet werden, denn wenn die Leiterplatte wird zu lange verwendet, eine große Menge an Wärme erzeugt wird, und der Streifen Kupferfolie ist anfällig für Ausdehnung und Absturz. Kupferfolie, und verbinden Sie das Netz mit dem Erdungsnetz der Schaltung, damit das Gitter eine bessere Abschirmwirkung hat. Die Größe des Netzes wird durch die zu abschirmende Störfrequenz bestimmt. Nach Abschluss des Entwurfs der Routing, Pads und Vias, a DRC (Design Rule Check) should be performed. Die Unterschiede zwischen dem entworfenen Diagramm und den definierten Regeln sind in den Inspektionsergebnissen detailliert aufgeführt, und das Netzwerk, das die Anforderungen nicht erfüllt, kann gefunden werden. Allerdings, Die DRC sollte vor der Verkabelung parametrisiert werden, bevor die DRC ausgeführt wird, das ist, Ausführung des Befehls ToolsDesign Rule Check.


4 Conclusion
The design of high-frequency circuit Leiterplatte ist ein komplexer Prozess, mit vielen Faktoren, die in direktem Zusammenhang mit der Arbeitsleistung von Hochfrequenzschaltungen stehen können. Daher, Designer müssen kontinuierlich forschen und in der tatsächlichen Arbeit erforschen, Erfahrungen sammeln, and combine new EDA (Electronic Design Automation) technology to design high-frequency circuit Leiterplatte mit ausgezeichneter Leistung.