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Come è fatta una buona scheda PCB
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Come è fatta una buona scheda PCB

2022-01-18
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Author:pcb

Tutti sanno che fare un Scheda PCB È quello di trasformare uno schema progettato in un vero e proprio circuito stampato. Per favore, non sottovalutare questo processo. Ci sono molte cose che funzionano in linea di principio ma sono difficili da raggiungere in ingegneria, o Ciò che altri possono ottenere, altri non possono, quindi non è difficile fare un Scheda PCB, ma non è facile fare un buon lavoro di una Scheda PCB. Le due principali difficoltà nel campo della microelettronica sono l'elaborazione di segnali ad alta frequenza e segnali deboli. A questo proposito, il livello di produzione di Scheda PCB è particolarmente importante. Lo stesso principio di progettazione, gli stessi componenti, e i PCB Scheda prodotti da persone diverse hanno caratteristiche diverse. Quindi come possiamo fare un buon PCB Scheda? Sulla base della nostra esperienza passata, vorrei parlare delle mie opinioni sui seguenti aspetti:

Scheda PCB

1. Per chiarire l'obiettivo progettuale
Quando si riceve un compito di progettazione, prima di tutto,, a small-signal processing Scheda PCB, or a Scheda PCB con elaborazione sia ad alta frequenza che a piccoli segnali. Se è un comune Scheda PCB, Finché il layout e il cablaggio sono ragionevoli e ordinati, e le dimensioni meccaniche sono accurate, se esistono linee a carico medio e lunghe, devono essere utilizzati determinati metodi per ridurre il carico. Quando ci sono più di 40 MHz linee di segnale sulla scheda, Si dovrebbe prestare particolare attenzione a queste linee di segnale, come la conversazione incrociata tra le linee. Se la frequenza è più alta, ci saranno restrizioni più severe sulla lunghezza del cablaggio. Secondo la teoria della rete dei parametri distribuiti, l'interazione tra i circuiti ad alta velocità e il loro cablaggio è un fattore decisivo, che non può essere ignorato nella progettazione del sistema. Con l'aumento della velocità di trasmissione del cancello, l'opposizione sulla linea del segnale aumenterà di conseguenza, e il crosstalk tra linee di segnale adiacenti aumenterà proporzionalmente. Di solito, il consumo energetico e la dissipazione del calore dei circuiti ad alta velocità sono anche grandi. Quando si realizza PCB ad alta velocità Si dovrebbe prestare sufficiente attenzione alla scheda. Quando ci sono segnali deboli di livello millivolt o anche di livello microvolt sulla scheda, è necessaria particolare attenzione per queste linee di segnale. Perché il piccolo segnale è troppo debole, è molto facile essere interferiti da altri segnali forti, and shielding measures are often necessary. Riduce notevolmente il rapporto segnale/rumore. Di conseguenza, il segnale utile è sopraffatto dal rumore e non può essere estratto efficacemente. La messa in servizio del consiglio dovrebbe essere presa in considerazione anche nella fase di progettazione. Fattori quali la posizione fisica del punto di prova e l'isolamento del punto di prova non possono essere ignorati, perché alcuni piccoli segnali e segnali ad alta frequenza non possono essere aggiunti direttamente alla sonda per la misurazione. Inoltre, andrebbero considerati altri fattori correlati, come il numero di strati della scheda, la forma del pacchetto dei componenti utilizzati, e la resistenza meccanica della tavola. Before making a Scheda PCB, è necessario conoscere gli obiettivi progettuali del progetto.

2. Comprendere la funzione dei componenti utilizzati per i requisiti di layout e cablaggio
Sappiamo che alcuni componenti speciali hanno requisiti speciali per il layout e il cablaggio, come gli amplificatori di segnale analogici utilizzati in loti e aph. Gli amplificatori di segnale analogici richiedono alimentazione stabile e piccola ondulazione. La parte del piccolo segnale analogico dovrebbe essere tenuta lontana dal dispositivo di alimentazione il più possibile. Sul consiglio OTI, la piccola parte di amplificazione del segnale è inoltre appositamente attrezzata con una copertura di schermatura per proteggere le interferenze elettromagnetiche randagi. Il chip glink utilizzato sulla scheda NTOI adotta il processo ECL, che consuma molta energia e genera calore. Particolare attenzione deve essere data al problema della dissipazione del calore durante il layout. Se si utilizza la dissipazione naturale del calore, il chip GLINK deve essere posizionato in un luogo in cui la circolazione dell'aria sia relativamente regolare. , e il calore dissipato non può avere un grande impatto su altri chip.If the board is equipped with loudspeakers or other high-power devices, can cause a serious pollution to the power supply, which should also be paid enough attention.

3.Considerazione del layout dei componenti

Uno dei primi fattori da considerare nel layout dei componenti è la prestazione elettrica. I componenti che sono strettamente correlati al cablaggio dovrebbero essere posizionati insieme il più possibile. Soprattutto per alcune linee ad alta velocità, il layout deve essere il più breve possibile. Segnale di alimentazione e piccoli dispositivi di segnale per separare. Sulla premessa di soddisfare le prestazioni del circuito, è anche necessario considerare che i componenti sono posizionati in modo ordinato e bello, che è conveniente per la prova. Anche le dimensioni meccaniche della scheda e la posizione della presa devono essere attentamente considerate. I tempi di messa a terra e di propagazione delle interconnessioni nei sistemi ad alta velocità sono anche le prime considerazioni nella progettazione del sistema. Il tempo di trasmissione sulla linea di segnale ha una grande influenza sulla velocità complessiva del sistema, specialmente per circuiti ECL ad alta velocità. Anche se la velocità del blocco del circuito integrato stesso è molto alta, a causa dell'uso di linee di interconnessione ordinarie sul piano posteriore (circa 30 cm di lunghezza). 2ns ritardo) aumenta il tempo di ritardo, che può ridurre notevolmente la velocità del sistema. Componenti di lavoro sincroni come registratori di turni e contatori sincroni sono posizionati sulla stessa scheda, Il tempo di ritardo della trasmissione non è uguale, che può causare l'errore principale del registro dei turni. Se non può essere posizionato su una tavola, la lunghezza delle linee di clock dalla sorgente di clock comune a ogni scheda plug-in deve essere uguale in luoghi in cui la sincronizzazione è critica.


4.La considerazione del cablaggio

Con il completamento della progettazione di OTNI e rete in fibra stellare, Ci saranno più schede con linee di segnale ad alta velocità superiori a 100MHz da progettare in futuro. Qui verranno introdotti alcuni concetti di base delle linee ad alta velocità.

Linea di trasmissione: Qualsiasi percorso del segnale "lungo" su un circuito stampato può essere considerato una linea di trasmissione.Se il tempo di ritardo di propagazione della linea è molto più breve del tempo di aumento del segnale, eventuali riflessi prodotti durante l'aumento del segnale saranno annegati. Overshoot, kickback e squillo non sono più presenti. Per la maggior parte dei circuiti MOS correnti, poiché il rapporto tra tempo di salita e tempo di ritardo di trasmissione in linea è molto più grande, traces can be measured in meters without signal distortion. For faster logic circuits, especially ultra-high-speed ECL. For integrated circuits, due to the increase in edge speed, se non sono adottate altre misure, la lunghezza delle tracce deve essere notevolmente ridotta per mantenere l'integrità del segnale. Ci sono due modi per far funzionare i circuiti ad alta velocità su linee relativamente lunghe senza gravi distorsioni della forma d'onda. TTL utilizza il bloccaggio a diodi Schottky per bordi a caduta rapida, in modo che l'overshoot sia bloccato a una goccia del diodo sotto il potenziale del suolo. Ciò riduce l'entità del successivo kickback, Il bordo ascendente più lento permette l'overshoot, ma è attenuato dall'impedenza di uscita relativamente elevata (50-80Ω) del circuito allo stato di livello "H" . Inoltre, a causa dell'elevata immunità dello stato di livello "H", il problema del rinculo non è molto evidente. For HCT series devices, se si utilizzano i metodi di chiusura a diodi Schottky e resistenza di serie, il miglioramento sarà migliorato. l'effetto sarà più evidente.A bit rate più alti e edge rate più veloci, i metodi di formatura TTL descritti sopra sono alquanto inadeguati quando c'è fan-out lungo la linea del segnale. A causa delle onde riflesse nella linea, tenderanno a combinare ad alte velocità di bit, causando gravi distorsioni del segnale e ridotta immunità alle interferenze. Pertanto, per risolvere il problema della riflessione, un altro metodo è solitamente utilizzato nel sistema ECL: il metodo di corrispondenza dell'impedenza di linea. In questo modo è possibile controllare i fucili e garantire l'integrità del segnale. Per dispositivi TTL e CMOS convenzionali con velocità di bordo più lente, le linee di trasmissione non sono molto necessarie. Per dispositivi ECL ad alta velocità con velocità di bordo più elevate, le linee di trasmissione non sono sempre necessarie. Ma quando si utilizzano linee di trasmissione, Hanno il vantaggio di poter prevedere ritardi del filo e controllare riflessi e oscillazioni attraverso l'abbinamento di impedenza.

4.1Esistono cinque fattori fondamentali per decidere se utilizzare una linea di trasmissione:

Essi sono: (1) velocità di bordo del segnale di sistema, (2) distanza di cablaggio (3) carico capacitivo (quanto fan-out), (4) carico resistivo (metodo di terminazione della linea); (5) Percentuale ammissibile kickback e overshoot (riduzione dell'immunità AC).


4.2.

Diversi tipi di linee di trasmissione

(1) Cavo coassiale e coppia attorcigliata: sono spesso utilizzati nella connessione tra i sistemi. L'impedenza caratteristica del cavo coassiale è solitaria 50Ω e 75Ω, e la coppia attorcigliata è solitamente 110Ω.

(2) Linea di microstrip sul circuito stampato: La linea di microstrip è un conduttore di striscia (linea di segnale) separato dal piano di terra da un dielettrico. Se lo spessore, width, e la distanza dal piano di terra della linea sono controllabili, anche la sua caratteristica impedenza è controllabile.

(3) Stripline nel bordo stampato: La stripline è una stripline di rame posizionata al centro del dielettrico tra due strati di piani conduttivi. Se lo spessore e la larghezza della linea, la costante dielettrica del mezzo, and the distance between the two conductive planes are controllable, poi è controllabile anche l'impedenza caratteristica della linea.


4.3Terminare la linea di trasmissione

Quando l'estremità ricevente di una linea è terminata con una resistenza pari all'impedenza caratteristica della linea, la linea di trasmissione è chiamata linea terminale parallela. Pricipalmente è usato per ottenere prestazioni elettriche, compresa la guida di carichi distribuiti. A volte per risparmiare energia, un condensatore 104 è collegato in serie con la resistenza terminale per formare un circuito di terminazione CA, che può efficacemente ridurre la perdita di CC. Un resistore è collegato in serie tra il conducente e la linea di trasmissione, e la fine della linea non è più collegata alla resistenza terminale. Questo metodo di terminazione è chiamato terminazione di serie. Sovraccarico e squillo su linee più lunghe possono essere controllati con tecniche di smorzamento in serie o terminazione in serie. Lo smorzamento di serie è ottenuto utilizzando una piccola resistenza (solitamente da 10 a 75 Ω) in serie con l'uscita del cancello di azionamento. Utilizzato in combinazione con linee la cui caratteristica impedenza è controllata (come cavi backplane, circuiti stampati senza piani di terra), e la maggior parte degli involucri metallici, ecc.). Il valore della resistenza di serie e l'impedenza di uscita del circuito (cancello di azionamento) quando terminato in serie è uguale alla linea di trasmissione. Characteristic Impedance. Il cablaggio in serie ha gli svantaggi di utilizzare solo carichi grumi alla terminazione e lunghi tempi di ritardo di propagazione. Tuttavia, Ciò può essere superato utilizzando linee di trasmissione ridondanti terminate in serie.


4.4Linea di trasmissione non terminata

Le linee di trasmissione possono essere utilizzate senza terminazione in serie o parallela se il tempo di ritardo della linea è molto più breve del tempo di aumento del segnale, se il ritardo di andata e ritorno (il tempo necessario per viaggiare avanti e indietro del segnale sulla linea di trasmissione) per una linea non definita è più lungo che per un segnale pulsato Se il tempo di salita è breve, Il kickback dovuto alla non terminazione è di circa il 15% dello swing logico.


4.5

Confronto tra diversi metodi di terminazione

Sia il cablaggio parallelo del terminale che il cablaggio di serie del terminale hanno i loro vantaggi. Quale usare, o entrambi, dipende dalle preferenze del progetto e dai requisiti di sistema. Il vantaggio principale del cablaggio di terminazione parallela è l'alta velocità del sistema e la trasmissione completa e priva di distorsioni del segnale sul cavo. Il carico sulla lunga linea non influenzerà il tempo di ritardo di propagazione del annullamento di azione che guida la lunga linea né la velocità del bordo del segnale, ma aumenterà il tempo di propagazione del segnale lungo la linea lunga. Quando si guida una grande ventola, il carico può essere distribuito lungo la linea attraverso il tronco di diramazione invece del terminale dove il carico deve essere raggruppato insieme come nella terminazione di serie. Il metodo di terminazione in serie consente al circuito di guidare diverse linee di carico parallele. L'incremento del tempo di ritardo causato dal carico capacitivo nella linea di terminazione di serie è circa il doppio di quello della linea di terminazione parallela corrispondente, mentre la linea corta ha il bordo a causa del carico capacitivo. La velocità viene rallentata e il tempo di ritardo del drive gate è aumentato, tutta, il crosstalk del filo a serie è inferiore a quello del filo a terminazione parallela, principalmente perché l'ampiezza del segnale trasmesso lungo il filo di serie è solo metà dell'oscillazione logica, quindi la corrente di commutazione è anche solo metà della corrente di commutazione a terminazione parallela, e l'energia del segnale è piccola e la conversazione incrociata è piccola. La scelta di una scheda bifacciale o multistrato durante la realizzazione di un PCB Scheda dipende dalla frequenza di funzionamento, dalla complessità del sistema di circuito e dai requisiti per la densità di assemblaggio. Scegli una scheda multistrato quando la frequenza dell'orologio super 200MHZ. Se la frequenza di funzionamento supera i 350MHz, il circuito stampato con PTFE come lo strato dielettrico è selezionato, perché la sua attenuazione ad alta frequenza è più piccola, la capacità parassitaria è più piccola e la velocità di trasmissione è più veloce. Per risparmiare il consumo energetico, sono necessari i seguenti principi per il cablaggio del circuito stampato:

(1) Ci dovrebbe essere più spazio possibile tra tutte le linee di segnale parallele per ridurre il crosstalk. Se ci sono due linee di segnale vicine l'una all'altra, eseguire un filo di terra tra le due linee, che può fungere da scudo.

(2) Quando si progetta la linea di trasmissione del segnale, è necessario evitare brusche curve per evitare il riflesso causato dall'miglioramento dell'impedenza caratteristica della linea di trasmissione.

(3) La larghezza della linea stampata può essere calcolata secondo la formula di calcolo dell'impedenza caratteristica della linea microstrip e della striscia. L'impedenza caratteristica della linea microstrip sul circuito stampato è generalmente compresa tra 50 e 120Ω. Per ottenere una grande impedenza caratteristica, la larghezza della linea deve essere resa molto stretta. Ma le linee molto sottili non sono facili da realizzare. Considerando vari fattori, è generalmente opportuno scegliere un valore di impedenza di circa 68Ω, perché scegliendo un'impedenza caratteristica di 68Ω si ottiene un equilibrio tra tempo di ritardo e consumo energetico. Una linea di trasmissione 50Ω consumo più energia; una maggiore impedenza può certamente ridurre il consumo energetico, ma aumenterà il tempo di ritardo della trasmissione. Il tempo di ritardo di propagazione aumenta e l'impedenza caratteristica diminuisce a causa della capacità negativa della linea. Tuttavia, la capacità intrinseca per unità di lunghezza del segmento di linea con bassa impedenza caratteristica è relativamente grande, quindi il tempo di ritardo della trasmissione e l'impedenza caratteristica sono meno influenzati dalla capacità di carico. Una caratteristica importante di una linea di trasmissione correttamente terminata è che i tronchi di ramo dovrebbero avere un effetto limitato sul tempo di ritardo della linea. Quando Z0 è 50Ω. La lunghezza della linea corta del ramo deve essere limitata all'interno di 2,5 cm. Per evitare grandi squilli.

(4) Per tavole bifacciali (o linee a quattro strati in schede a sei strati). Le linee su entrambi i lati del circuito devono essere perpendicolari l'una all'altra per evitare l'induzione reciproca e il crosstalk.

(5) Se ci sono dispositivi ad alta corrente sulla scheda stampata, quali relè, luci di segnalazione, altoparlanti, ecc., i loro fili di terra dovrebbero essere separati e funzionare separatamente per ridurre il rumore sul cavo di terra. I cavi di terra di questi dispositivi ad alta corrente dovrebbero essere collegati a un bus di terra separato sulla scheda plug-in e sul backplane, e questi cavi di terra separati devono anche essere collegati al punto di terra dell'intero sistema.

(6) Se c'è un piccolo amplificatore di segnale sulla scheda, la linea di segnale deve essere tenuta lontana dalla linea di segnale forte, e la traccia deve essere il più breve possibile, e

Scheda PCB dovrebbe essere schermato con un filo di terra se possibile.