Dettaglio le regole di base del layout e del cablaggio PCB

PCB, also known as Printed Circuit Boards, can realize circuit connection and function realization between electronic components, and is also an important part of power circuit design. Today, Questo articolo introdurrà le regole di base del layout PCB e del cablaggio.

1. Basic Rules of Component Layout
1. Layout secondo il modulo del circuito, the related circuits that realize the same function are called a module, i componenti nel modulo del circuito dovrebbero adottare il principio della concentrazione vicina, and the digital circuit and the analog circuit should be separated;
2. Non montare componenti e dispositivi entro 1.27mm around non-mounting holes such as positioning holes and standard holes, e non montare componenti entro 3.5mm (for M2.5) and 4mm (for M3) around mounting holes such as screws;
3. Evitare di posizionare via sotto componenti come resistenze montate orizzontalmente, inductors (plug-ins), and electrolytic condensatori to avoid short circuits between the vias 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, ecc.) cannot touch other components, and cannot be close to printed lines and pads, e la distanza dovrebbe essere maggiore di 2mm. La dimensione dei fori di posizionamento, fastener installation holes, 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. La presa di corrente dovrebbe essere disposta intorno alla scheda stampata il più possibile, and the bus bar terminals connected to the power socket should be arranged on the same side. Particolare attenzione deve essere prestata a non disporre prese di corrente e altri connettori saldati tra i connettori, in order to facilitate the soldering of these sockets and connectors, e la progettazione e la legatura dei cavi elettrici. The arrangement spacing of power sockets and welding connectors should be considered to facilitate the insertion and removal of power plugs;
9. Disposizione di altri componenti: tutti i componenti IC sono allineati su un lato, polar components are marked clearly, e la marcatura di polarità sulla stessa scheda stampata non dovrebbe essere più di due direzioni. When two directions appear, le due direzioni sono perpendicolari l'una all'altra. ;
10. Il cablaggio sulla scheda dovrebbe essere correttamente denso. When the difference in density is too large, dovrebbe essere riempito con fogli di rame mesh, and the mesh should be greater than 8mil (or 0.2mm);
11. There should be no through-holes on the patch pads, in modo da evitare la perdita di pasta di saldatura e causare la saldatura dei componenti. Important signal lines are not allowed to pass between the socket pins;
12. Il cerotto è allineato unilateralmente, the character direction is the same, and the packaging direction is the same;
13. For devices with polarity, la direzione della marcatura di polarità sulla stessa scheda deve essere il più coerente possibile.

2. Component wiring rules
In the area where the wiring area is ¤1mm from the edge of the PCB, ed entro 1mm intorno al foro di montaggio, wiring is prohibited; 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, the normal via hole should not be less than 30mil; 4, Il doppio in linea: 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 aperture when plugged directly; 5. Si noti che il cavo di alimentazione e il cavo di massa dovrebbero essere il più possibile Radiale, e la linea del segnale non può avere loopback.

2.1 The following systems should pay special attention to anti-electromagnetic interference:
(1) The microcontroller clock frequency is particularly high, and the bus cycle is particularly fast.
(2) The system contains high-power, high-current drive circuits, come i relè generatori di scintille, high-current switches, ecc.
(3) A system with a weak analog signal circuit and a high-precision A/D circuito di conversione.

2.2 Per aumentare la capacità di interferenza anti-elettromagnetica del sistema, take the following measures:
(1) Select a microcontroller with low frequency: Selecting a microcontroller with low external clock frequency can effectively reduce rumore and improve the anti-interference ability of the system. Onde quadrate e sinusoidali della stessa frequenza, the high frequency components in the square wave are much more than the sine wave. Anche se l'ampiezza del alta frequenza component of the square wave is smaller than that of the fundamental wave, maggiore è la frequenza, the easier it is to emit and become a noise source. L'influente alta frequenza noise generated by the microcontroller is about 3 times the clock frequency.

(2) Reduce the distortion in signal transmission The microcontroller is mainly manufactured with high-speed CMOS technology. The static input current of the signal input terminal is about 1mA, la capacità di ingresso è di circa 10PF, the input impedance is quite high, e il terminale di uscita del circuito CMOS ad alta velocità ha una notevole capacità di carico, che è, un notevole valore di produzione. The reflection problem is very serious when the long line is led to the input end with a relatively high input impedance, che causerà distorsione del segnale e aumenterà il rumore del sistema. When Tpd>Tr, it becomes a transmission line problem, e problemi quali la riflessione del segnale e la corrispondenza dell'impedenza devono essere presi in considerazione. The delay time of the signal on the printed circuit board is related to the characteristic impedance of the lead, that is, related to the dielectric constant of the printed circuit board material. Si può approssimativamente considerare che la velocità di trasmissione del segnale sui cavi stampati è di circa 1/3 to 1/2 della velocità della luce. The Tr (standard delay time) of commonly used logic telephone elements in systems composed of microcontrollers is between 3 and 18 ns. Sul circuito stampato, the signal passes through a 7W resistor and a 25cm long lead, e il tempo di ritardo on-line è approssimativamente compreso tra 4 e 20ns. That is to say, più brevi sono i cavi del segnale sul circuito stampato, the better, e la lunghezza non deve superare 25cm. And the number of vias should be as small as possible, non più di 2. When the rise time of the signal is faster than the delay time of the signal, è elaborato secondo elettronica veloce. At this time, la corrispondenza dell'impedenza della linea di trasmissione deve essere considerata. For the signal transmission between the integrated blocks on a printed circuit board, it is necessary to avoid the situation of Td>Trd. The larger the printed circuit board, meno la velocità del sistema può essere troppo veloce. A rule of thumb for printed circuit board design is summarized by the following conclusions: The delay time of the signal transmission on the printed circuit board should not be greater than the nominal delay time of the device used.

(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. The delay time of the signal on the AB line is Td. Al punto D, due to the forward transmission of the signal at point A, il riflesso del segnale dopo aver raggiunto il punto B e il ritardo della linea AB, a page pulse signal with a width of Tr will be induced after Td time. Al punto C, due to the transmission and reflection of the signal on AB, un segnale di impulso positivo con una larghezza del doppio del tempo di ritardo del segnale sulla linea AB, that is, 2Td, will be induced. Questa è l'interferenza incrociata tra i segnali. The strength of the interfering signal is related to the di/al punto C del segnale, and is related to the distance between lines. Quando le due linee di segnale non sono molto lunghe, what is actually seen on AB is the superposition of two pulses. I microcontrollori prodotti dal processo CMOS hanno un'elevata impedenza di ingresso, high noise, e alta tolleranza al rumore. The digital circuit is superimposed with 100~200mv noise and does not affect its work. Se la linea AB nella figura è un segnale analogico, this kind of interference becomes intolerable. Per esempio, se il circuito stampato è una scheda a quattro strati, one of which is a large-area ground, o una tavola bifacciale, when the reverse side of the signal line is a large-area ground, l'interferenza incrociata tra tali segnali diventerà più piccola. The reason is that the large area of ground reduces the characteristic impedance of the signal line, e la riflessione del segnale al terminale D è notevolmente ridotta. The characteristic impedance is inversely proportional to the square of the dielectric constant of the medium between the signal line and the ground, ed è proporzionale al logaritmo naturale dello spessore del mezzo. If the AB line is an analog signal, per evitare l'interferenza della linea di segnale del circuito digitale CD ad AB, there should be a large area of ground below the AB line, e la distanza dalla linea AB alla linea CD dovrebbe essere maggiore di 2 ~ 3 volte la distanza tra la linea AB e il suolo. Partial shielding can be used, I fili di terra e di terra sono disposti sui lati sinistro e destro del cavo sul lato con la giunzione del cavo.

(4) Reduce the noise from the power supply While supplying energy to the system, l'alimentazione aggiunge anche il suo rumore all'alimentazione fornita. The reset line, linea di interruzione, and other control lines of the microcontroller in the circuit are easily disturbed by external noise. Forti disturbi sulla rete entrano nel circuito attraverso l'alimentazione elettrica, e anche in sistemi alimentati a batteria, the battery itself has alta frequenza noise. Analog signals in analog circuits are more resistant to interference from power sources.

(5) Pay attention to the alta frequenza characteristics of printed circuit boards and components. In caso di alta frequenza, the leads, vias, resistors, capacitors, and distributed inductance and capacitance of connectors on the printed circuit board cannot be ignored. L'induttanza distribuita del condensatore non può essere ignorata, and the distributed capacitance of the inductor cannot be ignored. La resistenza rifletterà la alta frequenza signal, e la capacità distribuita del cavo funzionerà. When the length is greater than 1/20 della lunghezza d'onda corrispondente della frequenza del rumore, an antenna effect will occur, e il rumore sarà emesso attraverso il cavo. The vias of the printed circuit board cause a capacitance of about 0.6pf. The packaging material of an integrated circuit itself introduces 2~6pf capacitance. Un connettore su un circuito stampato ha un'induttanza distribuita di 520nH. A double row straight 24-pin integrated circuit holder, che introduce un'induttanza distribuita di 4~18nH. These small distribution parameters are negligible for this line of microcontroller systems at lower frequencies; special attention must be paid to high-speed systems.

(6) The arrangement of components should be reasonably partitioned. The position of the components arranged on the printed circuit board should be fully considered against electromagnetic interference. Uno dei principi è che i cavi tra i componenti devono essere il più brevi possibile. In the layout, la parte del segnale analogico, the high-speed digital circuit part, and the noise source part (such as relays, high-current switches, ecc.) should be reasonably separated, in modo che i segnali tra di loro siano accoppiati l'uno all'altro. Handle the ground wire on the printed circuit board, il cavo di alimentazione e il cavo di massa sono importanti. Per superare le interferenze elettromagnetiche, the main means is grounding. Per il pannello bifacciale, the ground wire layout is very particular. Adottando il metodo di messa a terra a punto singolo, the power supply and the ground are connected to the printed circuit board from both ends of the power supply, with one contact for the power supply and one contact for the ground. On the printed circuit board, ci devono essere più fili di terra di ritorno, and these will be gathered on the contact of the return power supply, which is the so-called single-point grounding. The so-called separation of analog ground, digital ground, e dispositivo ad alta potenza a terra significa che il cablaggio è separato, and all of them are brought together to this grounding point. When connecting to signals other than the printed circuit board, Di solito vengono utilizzati cavi schermati. For high frequency and digital signals, il cavo schermato è messo a terra ad entrambe le estremità. Shielded cables for low-frequency analog signals should be grounded at one end. Circuits that are very sensitive to noise and interference or circuits that are particularly alta frequenza PCB board noise should be shielded with a metal cover.