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Blog de PCB - PCB Board layout Skills, SMART Engineer Understanding

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PCB Board layout Skills, SMART Engineer Understanding

2022-09-20
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Author:iPCB

PCB Board, also known as printed circuit board (Printed Circuit Board), Puede realizar la conexión de circuitos y la realización de funciones entre componentes electrónicos, También es una parte importante del diseño del Circuito de alimentación. Hoy., Este artículo presenta PCB Board Diseño y cableado.

PCB Board

1. Reglas básicas de diseño de componentes

De acuerdo con la disposición del módulo de Circuito, los circuitos relacionados que realizan la misma función se denominan módulos, los componentes del módulo de circuito deben adoptar el principio de concentración más cercana, y los circuitos digitales y analógicos deben separarse al mismo tiempo;

No instale componentes en el rango de 1,27 mm alrededor del agujero de posicionamiento, el agujero estándar, etc. no instale componentes en el rango de 3,5 mm (m2,5) y 4 mm (m3) alrededor del agujero de montaje, como tornillos;

Evite la colocación de agujeros debajo de resistencias, inductores (plug - INS) y condensadores electrolíticos instalados horizontalmente para evitar cortocircuitos entre los agujeros y la carcasa del componente después de la soldadura de cresta de onda;

La distancia entre el exterior del componente y el borde de la placa es de 5 mm;

La distancia entre el exterior de la almohadilla de montaje y el exterior de los componentes de montaje adyacentes es superior a 2 mm;

Los componentes de la carcasa metálica y las piezas metálicas (cajas de blindaje, etc.) no deben entrar en contacto con otros componentes, no deben estar cerca de la línea de impresión y la almohadilla de soldadura, y el espacio debe ser superior a 2 mm. Las dimensiones de los agujeros cuadrados, como los agujeros de localización, los agujeros de fijación y los agujeros elípticos, están a más de 3 mm del borde de la placa.

El elemento de calefacción no debe estar cerca del conductor ni del elemento de calefacción; Los elementos de alta calefacción deben distribuirse uniformemente;

En la medida de lo posible, las tomas de corriente se colocarán alrededor de la placa de circuito impreso y los terminales de autobuses conectados a las tomas de corriente se colocarán en el mismo lado. Se debe tener especial cuidado de no colocar enchufes de alimentación y otros conectores de soldadura entre los conectores para facilitar la soldadura de estos enchufes y conectores, as í como el diseño y la Unión de cables de alimentación. Se debe tener en cuenta el espaciamiento de las tomas de corriente y las juntas soldadas para facilitar la inserción y eliminación de los enchufes de alimentación;

Disposición de otros componentes: todos los componentes IC están alineados unilateralmente, los componentes polares tienen marcas de polaridad claras, y las marcas de polaridad en el mismo tablero de impresión no deben exceder de dos direcciones. Cuando aparecen dos direcciones, las dos direcciones son perpendiculares entre sí;

El cableado de la placa debe ser lo suficientemente denso, cuando la diferencia de densidad es demasiado grande, debe llenar la lámina de cobre de malla, el tamaño de malla debe ser mayor de 8 mils (o 0,2 mm);

No debe haber agujeros en el tablero de cableado para evitar la pérdida de pasta de soldadura y la soldadura de componentes. Las líneas de señal importantes no deben pasar entre los pines del enchufe;

El parche está alineado en un lado, la dirección del carácter es la misma, la dirección del paquete es la misma;

En el caso de los equipos con polaridad, la dirección de la marca de polaridad en el mismo tablero debe ser lo más consistente posible.


2. Reglas de cableado de componentes

No se permite el cableado en zonas con una superficie de cableado inferior o igual a 1 mm del borde de la placa de PCB y 1 mm alrededor del agujero de montaje;

El cable de alimentación debe ser lo más amplio posible y no debe ser inferior a 18 mils; La anchura de la línea de señal no será inferior a 12 mils; Las líneas de entrada y salida de la CPU no deben ser inferiores a 10 mils (o 8 mils); El espacio entre líneas no debe ser inferior a 10 mils;

El orificio normal no será inferior a 30 mils;

Tipo de inserción en línea de doble fila: forro 60 mils, diámetro de Poro 40 mils; Resistencia de 1 / 4 W: 51 * 55 mils (0805 montaje de superficie); Forro interior 62 mils, diámetro de Poro 42 mils; Condensador sin electrodos: 51 * 55 mil (0805 montaje de superficie); En el mismo eje, la almohadilla es de 50 mils y el diámetro del poro es de 28 mils.

Tenga en cuenta que el cable de alimentación y el cable de tierra deben ser lo más radiantes posible, y el cable de señal no debe ser circular.


3. Cómo mejorar la capacidad anti - interferencia y la compatibilidad electromagnética

¿Cómo mejorar la capacidad anti - interferencia y la compatibilidad electromagnética al desarrollar productos electrónicos con procesadores?

3.1 se prestará especial atención a la lucha contra las interferencias electromagnéticas en los siguientes sistemas:

Un sistema con una frecuencia de reloj particularmente alta y un ciclo de bus particularmente rápido.

El sistema incluye un circuito de conducción de alta potencia y alta corriente, como un relé generador de chispas, un interruptor de alta corriente, etc.

Sistema con circuito de señal analógica débil y circuito de conversión a / D alto.


3.2 adoptar las siguientes medidas para mejorar la capacidad del sistema de lucha contra las interferencias electromagnéticas:

Selección de Microcontrolador de baja frecuencia: la selección de Microcontrolador con baja frecuencia de reloj externo puede reducir eficazmente el ruido y mejorar la capacidad anti - interferencia del sistema. El componente de alta frecuencia de la Onda cuadrada es mucho mayor que la onda sinusoidal. Aunque la amplitud del componente de alta frecuencia de la Onda cuadrada es menor que la de la onda fundamental, cuanto mayor es la frecuencia, más fácil es emitir y convertirse en la fuente de ruido. El ruido de alta frecuencia producido por el Microcontrolador es aproximadamente tres veces mayor que la frecuencia del reloj.

Reducir la distorsión en la transmisión de la señal

El Microcontrolador se fabrica principalmente mediante tecnología CMOS de alta velocidad. La corriente de entrada estática de la señal de entrada es de aproximadamente 1 ma, la Capacitancia de entrada es de aproximadamente 10 PF, la Impedancia de entrada es bastante alta, la salida del circuito CMOS de alta velocidad tiene una gran capacidad de carga, es decir, un gran valor de salida. Cuando se introduce una línea larga en una entrada con una Impedancia de entrada más alta, el problem a de reflexión es muy grave, lo que conduce a una distorsión de la señal y a un aumento del ruido del sistema. Cuando TPD > TR, se convierte en un problem a de línea de transmisión, debe considerar la reflexión de la señal y el emparejamiento de impedancia. El tiempo de retardo de la señal en la placa de circuito impreso está relacionado con la impedancia característica del conductor, es decir, con la constante dieléctrica del material de la placa de circuito impreso. Se puede pensar que la velocidad de transmisión de la señal en el plomo de la placa de circuito impreso es de aproximadamente 1 / 3 a 1 / 2 de la velocidad de la luz. En un sistema de Microcontroladores, el TR (tiempo de retardo estándar) de los componentes telefónicos lógicos comunes está entre 3 y 18 ns. En una placa de circuito impreso, la señal pasa a través de una resistencia de 7 W y un cable de 25 cm de largo, y el tiempo de retardo del cable es de aproximadamente 4 ~ 20 ns. Es decir, cuanto más corta sea la línea de señal en el circuito impreso, no debe exceder de 25 cm de longitud. Cuando el tiempo de subida de la señal es más rápido que el tiempo de retardo de la señal, se procesa de acuerdo con la electrónica rápida. En este caso, debe considerarse la correspondencia de impedancia de la línea de transmisión. Para la transmisión de señales entre bloques integrados en una placa de circuito impreso, debe evitarse el caso de TD > TRD. Cuanto más grande es la placa de circuito impreso, más rápido es el sistema.

Reducir la interferencia cruzada entre las líneas de señal: la señal de paso con el tiempo de subida del punto a tr se transmite al extremo B a través del cable AB. El tiempo de retardo de la señal en la línea AB es TD. En el punto d, debido a la transmisión hacia adelante de la señal del punto A, la reflexión de la señal después de llegar al punto B y el retraso de la línea AB, Después del tiempo TD, se detecta una señal de pulso de página de ancho tr. En el punto C, debido a la transmisión y reflexión de la señal en AB, se genera una señal de pulso positivo, es decir, 2td, que tiene el doble de ancho que el tiempo de retardo de la señal en la línea AB. Esta es la interferencia cruzada entre las señales. La intensidad de la señal de interferencia está relacionada con la di / at de la señal en el punto C, que está relacionada con la distancia entre líneas. Cuando dos líneas de señal no son muy largas, lo que realmente se ve en AB es la superposición de dos pulsos. El Microcontrolador fabricado por el proceso CMOS tiene alta Impedancia de entrada, Alto ruido y alta tolerancia al ruido. El circuito digital se superpone con ruido de 100 ~ 200 MV sin afectar su funcionamiento. Si la línea AB en la figura es una señal analógica, la interferencia se vuelve insoportable. Por ejemplo, cuando una placa de circuito impreso es una placa de cuatro capas, una de las cuales es una placa de tierra grande o una placa de doble cara, la interferencia cruzada entre las señales se reduce cuando el lado opuesto de la línea de señal es una gran superficie. La razón es que la gran superficie del suelo reduce la impedancia característica de la línea de señal y la reflexión de la señal en el extremo D se reduce en gran medida. La impedancia característica es inversamente proporcional al cuadrado de la constante dieléctrica entre la línea de señal y el suelo, y es proporcional al Logaritmo natural del espesor del Medio. Si la línea AB es una señal analógica, con el fin de evitar la interferencia de la línea de señal de circuito digital CD a AB, debe haber una gran área de tierra debajo de la línea AB. La distancia entre la línea AB y la línea CD debe ser 2 ~ 3 veces mayor que la distancia entre la línea AB y la tierra. Se puede utilizar el blindaje local, el cable de puesta a tierra se coloca en un lado de la conexión del cable a la izquierda y a la derecha del cable.

Reducir el ruido de la fuente de alimentación

Al suministrar energía al sistema, la fuente de alimentación también aumentará el ruido de la fuente de alimentación. Las líneas de reinicio, las líneas de interrupción y otras líneas de control del Microcontrolador en el circuito son susceptibles a la interferencia del ruido externo. La fuerte interferencia en la red eléctrica entra en el circuito a través de la fuente de alimentación. Incluso en el sistema de alimentación de la batería, la batería tiene ruido de alta frecuencia. Las señales analógicas en el circuito analógico son más resistentes a la interferencia de la fuente de alimentación.

Prestar atención a las características de alta frecuencia de las placas y componentes de circuitos impresos

En el caso de alta frecuencia, no se puede descuidar la Inductancia distribuida y la Capacitancia de los cables, a través de agujeros, resistencias, condensadores y conectores en la placa de circuito impreso. La Inductancia distribuida del condensador no puede ser ignorada, y la Capacitancia distribuida de la Inductancia no puede ser ignorada. La resistencia produce un reflejo de la señal de alta frecuencia, y la Capacitancia distribuida del cable funcionará. Cuando la longitud es mayor de 1 / 20 de la longitud de onda correspondiente a la frecuencia de ruido, se producirá un efecto de antena y el ruido se transmitirá a través de los cables. El orificio de la placa de circuito impreso produce una Capacitancia de aproximadamente 0,6 PF. El material de embalaje del circuito integrado introduce condensadores de 2 ~ 6 PF. Un conector en una placa de circuito con una Inductancia distribuida de 520nh. Un enchufe IC de 24 pines de doble fila con Inductancia distribuida de 4 ~ 18 NH. Para esta serie de sistemas de microcontroladores de baja frecuencia, estos pequeños parámetros distribuidos pueden ser ignorados. Debe prestarse especial atención a los sistemas de alta velocidad.

La disposición de los componentes debe dividirse razonablemente

La posición de los componentes dispuestos en la placa de circuito impreso debe tener plenamente en cuenta el problema de la interferencia electromagnética. Uno de los principios es que los cables entre los componentes deben ser lo más cortos posible. En la disposición, la parte de la señal analógica, la parte del circuito digital de alta velocidad y la parte de la fuente de ruido (por ejemplo, relés, interruptores de alta corriente, etc.) deben separarse razonablemente para permitir el acoplamiento de la señal entre ellos.

G cable de tierra de procesamiento

En una placa de circuito impreso, el cable de alimentación y el cable de tierra son importantes. Para superar la interferencia electromagnética, el método principal es la puesta a tierra. Para los paneles de doble cara, el diseño del cable de tierra es muy especial. Mediante un método de puesta a tierra de un solo punto, la fuente de alimentación y la puesta a tierra se conectan desde ambos extremos de la fuente de alimentación a la placa de circuito impreso, un contacto para la fuente de alimentación y un contacto para la puesta a tierra. En una placa de circuito impreso, debe haber varios cables de tierra de bucle que se reunirán en los contactos de la fuente de alimentación de bucle, que se llama tierra de un solo punto. La separación de la puesta a tierra analógica, la puesta a tierra digital y la puesta a tierra de equipos de alta potencia significa que el cableado está separado y todo está conectado a este punto de puesta a tierra. Los cables blindados se utilizan generalmente cuando se conectan a señales fuera de la placa de circuito impreso. Para señales de alta frecuencia y digitales, los cables blindados están conectados a tierra en ambos extremos. El cable blindado para señales analógicas de baja frecuencia estará conectado a tierra en un extremo. Los circuitos que sean muy sensibles al ruido y a las perturbaciones o a los ruidos de alta frecuencia en particular estarán protegidos por una cubierta metálica.

Hacer pleno uso del condensador de desacoplamiento

Un buen condensador de desacoplamiento de alta frecuencia puede eliminar componentes de alta frecuencia de hasta 1 GHz. Los condensadores cerámicos de chip o multicapa tienen mejores características de alta frecuencia. Al diseñar una placa de circuito impreso, se a ñadirá un condensador de desacoplamiento entre la fuente de alimentación de cada circuito integrado y el suelo. El condensador de desacoplamiento tiene dos funciones: por un lado, es el condensador de almacenamiento de energía del circuito integrado, que proporciona y absorbe la energía de carga y descarga del circuito integrado en el momento de abrir y cerrar la puerta del vehículo; Por otro lado, evita el ruido de alta frecuencia del dispositivo. La Capacitancia típica de desacoplamiento del circuito digital es de 0,1 UF. La Inductancia distribuida del condensador de desacoplamiento es de 5nh y su frecuencia de resonancia paralela es de aproximadamente 7 MHz, lo que significa que tiene un buen efecto de desacoplamiento para el ruido inferior a 10 MHz. El ruido apenas funciona. Los condensadores 1uf y 10uf tienen una frecuencia de resonancia paralela superior a 20mhz, lo que puede eliminar el ruido de alta frecuencia. Si la fuente de alimentación se envía a la placa de Circuito, los condensadores de alta frecuencia de 1uf o 10uf suelen ser beneficiosos, incluso si el sistema de alimentación de la batería lo requiere. Se a ñadirá un condensador de carga y descarga o un condensador de almacenamiento y descarga por cada 10 CI, y el tamaño del condensador puede ser de 10 UF. No se utilizan condensadores electrolíticos. El Condensador electrolítico se enrolla en dos capas de película de plutonio. La estructura enrollada se muestra como Inductancia a alta frecuencia. Use un condensador biliar o un condensador de policarbonato. La selección del valor de la Capacitancia de desacoplamiento no es estricta, se puede calcular de acuerdo con C = 1 / F; Es decir, 10 MHz requiere 0,1 UF, que puede estar entre 0,1 y 0,01 UF para un sistema de microcontroladores.


3. Experiencia en la reducción del ruido y las interferencias electromagnéticas.

Si se puede utilizar un chip de baja velocidad, no se necesita un chip de alta velocidad. Chips de alta velocidad para posiciones críticas.

Las resistencias se pueden conectar en serie para reducir la velocidad de conversión de los bordes superior e inferior del Circuito de control.

Trate de proporcionar algún tipo de amortiguación para relés, etc.

Use reloj de frecuencia que cumpla con los requisitos del sistema.

El generador de reloj debe estar lo más cerca posible del equipo que utiliza el reloj, y la carcasa del Oscilador de cristal de cuarzo debe estar conectada a tierra.

La bobina de tierra sale del área del reloj y hace que la línea del reloj sea lo más corta posible.

El circuito de accionamiento de E / s debe estar lo más cerca posible del borde de la placa de circuito impreso y salir de la placa de circuito impreso lo antes posible. Las señales que entren en la placa de circuito impreso se filtrarán y las señales de la zona de alto ruido también se filtrarán. Al mismo tiempo, se debe utilizar el método de resistencia terminal en serie para reducir la reflexión de la señal.

El extremo no utilizado del MCD debe estar conectado a un alto nivel, o conectado a tierra, o definido como el extremo de salida. Los extremos del CI que deben conectarse a la tierra de la fuente de alimentación deben estar bien conectados y no deben flotar.

No permita que los terminales de entrada de los circuitos de puerta no utilizados floten, ponga a tierra los terminales de entrada positivos del amplificador operativo no utilizado y conecte los terminales de entrada negativos a los terminales de salida.

La placa de circuito impreso debe utilizar en la medida de lo posible 45 líneas en lugar de 90 líneas para reducir la transmisión externa y el acoplamiento de señales de alta frecuencia.

La placa de circuito impreso se divide en función de la frecuencia y las características del interruptor de corriente, y la distancia entre los elementos ruidosos y los no ruidosos debe ser mayor.

La conexión de un solo punto de la fuente de alimentación y la puesta a tierra de un solo punto de la placa de un solo panel y la placa de doble cara, el cable de alimentación y el cable de tierra deben ser lo más gruesos posible. Si la economía es lo suficientemente fuerte, utilice placas multicapa para reducir la Inductancia capacitiva de la fuente de alimentación y el suelo.

Mantenga el reloj, el bus y las señales de selección de chips lejos de las líneas de E / S y los conectores.

Las líneas analógicas de entrada de tensión y los terminales de referencia de tensión deben mantenerse lo más alejados posible de las líneas de señal de circuitos digitales, especialmente los relojes.

Para los dispositivos A / D, las partes digitales y analógicas deben ser uniformes, no cruzadas.

La interferencia de la línea de reloj perpendicular a la línea de E / s es menor que la de la línea de E / s paralela, y el pin del elemento de reloj está lejos del cable de E / S.

El PIN del componente debe ser lo más corto posible, y el pin del condensador de desacoplamiento debe ser lo más corto posible.

Las líneas clave deben ser lo más gruesas posible, y los dos lados deben estar conectados a tierra con protección. Las líneas de alta velocidad deben ser cortas y rectas.

No conecte líneas sensibles al ruido con líneas de conmutación de alta corriente y alta velocidad en paralelo.

No deje rastros bajo cristales de cuarzo o dispositivos sensibles al ruido.

21) circuitos de señal débiles, no formen circuitos de corriente alrededor de circuitos de baja frecuencia.

22) no forme un bucle para ninguna señal y, si es inevitable, haga que el área del bucle sea lo más pequeña posible.

23) un condensador de desacoplamiento por IC. Se a ñadirá un pequeño condensador de derivación de alta frecuencia al lado de cada Condensador electrolítico.

24) Use large-capacity tantalum capacitors or polycooled capacitors instead of electrolytic capacitors as circuit charging and discharging energy storage capacitors. Cuando se utilizan condensadores tubulares, Las cajas deben estar conectadas a tierra PCB Board.