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Parlando di come fare una scheda PCB da cinque aspetti
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Parlando di come fare una scheda PCB da cinque aspetti

Parlando di come fare una scheda PCB da cinque aspetti

2022-01-21
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Author:pcb

Tutti sanno che fare un Scheda PCB è quello di trasformare uno schema progettato in un reale PCB bordo.

Per favore, non sottovalutare questo processo. Ci sono molte cose che funzionano in linea di principio ma sono difficili da raggiungere in ingegneria, o è qualcosa che altri possono raggiungere, ma altri non possono. Pertanto, non è difficile fare un Scheda PCB, ma non è un compito 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 Scheda PCB è particolarmente importante. I PCB prodotti da persone diverse hanno caratteristiche diverse. Il risultato, quindi come possiamo fare una buona Scheda PCB?

1. Per chiarire gli obiettivi di progettazione

Quando si riceve un compito di progettazione, prima di tutto, è necessario chiarire l'obiettivo di progettazione, se è un comune Scheda PCB, un Scheda PCB ad alta frequenza, elaborazione di piccoli segnali Scheda PCB, o una Scheda PCB con elaborazione sia ad alta frequenza che a piccoli segnali. Se si tratta di un normale Scheda PCB, Finché il layout e il cablaggio sono razionali e ordinati, e le dimensioni meccaniche sono accurate, se ci sono linee di carico medio e lunghe linee, alcuni mezzi devono essere utilizzati per ridurre il carico. Quando ci sono più di 40 MHz linee di segnale sulla scheda, particolare attenzione dovrebbe essere data a queste linee di segnale, come la conversazione incrociata tra linee. Se la frequenza è maggiore, ci saranno restrizioni più severe sulla lunghezza del cablaggio. Secondo la teoria della rete dei parametri distribuiti, l'interazione tra circuiti ad alta velocità e il loro cablaggio è un fattore decisivo, che non può essere ignorata nella progettazione del sistema. Con l'aumento della velocità di trasmissione del segnale, l'opposizione sulla linea di segnale aumenterà di conseguenza, e il crosstalk tra linee di segnali adiacenti aumenterà proporzionalmente. Solitamente, anche il consumo energetico e la dissipazione del calore dei circuiti ad alta velocità sono grandi. Quando si producono 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 cura per queste linee di segnale. Perché il piccolo segnale è troppo debole, è molto facile essere interferiti da altri segnali forti, e misure di protezione sono spesso necessarie. 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 deve essere presa in considerazione anche nella fase di progettazione. La posizione fisica del punto di prova, l'isolamento del punto di prova e di altri fattori non possono essere ignorati, perché alcuni piccoli segnali e segnali ad alta frequenza non possono essere aggiunti direttamente alla sonda per la misurazione. Inoltre, andrebbe presi in considerazione altri fattori correlati, come il numero di strati della tavola, la forma del pacchetto dei componenti utilizzati, e la resistenza meccanica della tavola. Prima di fare un Scheda PCB, è necessario conoscere gli obiettivi progettuali del progetto.

2. Comprendere la funzione dei componenti utilizzati per il layout e i requisiti di cablaggio

Sappiamo che alcuni componenti speciali hanno particolari requisiti per layout e cablaggio, come gli amplificatori di segnali 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 board OTI, la piccola parte di amplificazione del segnale è inoltre opportunamente adattata con una copertura di schermatura per proteggere le interferenze elettriche randagi. Il chip GLINK utilizzato sulla scheda NTOI adotta il processo ECL, che consuma molta energia e generi 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. Se la scheda è dotata di Altoparlanti o altri dispositivi ad alta potenza, può causare un grave quesito all'alimentazione elettrica, a cui va prestata anche sufficiente attenzione.


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, especially for high-speed ECL circuits. Anche se la velocità del blocco del circuito integrato stesso è molto alta,a causa dell'uso di linee di interconnessione ordinarie sul backplane (circa 30 cm di lunghezza per linea) 2ns ritardo) aumenterà 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 plug-in, perché il tempo di ritardo di trasmissione dei segnali dell'orologio a schede plug-in diverse non è uguale, che può causare l'errore principale del registro dei turni. board, dove la sincronizzazione è critica, la lunghezza delle linee dell'orologio dalla sorgente comune dell'orologio a ogni scheda deve essere uguale.


4.

La considerazione del cablaggio

Con il completamento della progettazione della rete OTNI e della 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.

4.1Linea di trasmissione

Qualsiasi percorso di 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, Le tracce possono essere misurate in metri senza distorsione del segnale. Per circuiti logici più veloci, especially ultra-high-speed ECL. Per circuiti integrati,A causa dell'aumento della velocità di bordo, 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 blocco a diodi Schottky per bordi a caduta rapida, in modo che l'overshoot sia bloccato a un diodo drop 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 rilevante. Per dispositivi della serie HCT, se si utilizzano i metodi di chiusura a diodi Schottky e resistenza in serie, il miglioramento sarà migliore. 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 combinarsi ad alte bit rate, causando gravi distorsioni del segnale e riduzione dell'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. In senso stretto, per dispositivi TTL e CMOS convenzionali con velocità di bordo più lente, le linee di trasmissione non sono molto necessarie. Le linee di trasmissione non sono sempre necessarie anche per dispositivi ECL ad alta velocità con velocità di bordo più elevate. 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.


4.2 Per decidere se utilizzare una linea di trasmissione esistono i seguenti cinque fattori fondamentali:. Sono:

(1) la velocità di bordo del segnale del sistema;

(2) Distanza di collegamento;

(3) carico capacitivo (quanto fan-out);

(4) carico resistivo (metodo di terminazione del cavo);

(5) Percentuale ammissibile di rinculo e superamento (riduzione dell'immunità AC).


4.3

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 solitamente 50Ω e 75Ω, e coppia attorcigliata è di solo 110Ω.

(2) Linea di microstrip sulla scheda stampata: La linea di microstrip è un conduttore di striscia (linea di segnale). Isolato dal piano di terra con un dielettrico. Se lo spessore, la larghezza e la distanza dal piano di terra della linea sono controllabili, anche la sua caratteristica impedenza è controllabile. Il tempo di ritardo di propagazione per unità di lunghezza della linea microstrip dipende solo dalla costante dielettrica e non ha nulla a che fare con la larghezza o la spaziatura della linea.

(3) Stripline in schede stampate: Una stripline è una stripline di rame posizionata nel mezzo di un dielettrico tra due piani conduttivi. Se lo spessore e la larghezza della linea, la costante dielettrica del mezzo, e la distanza tra i due piani conduttivi sono controllabili, poi è controllabile anche l'impedenza caratteristica della linea. Likewise, il tempo di ritardo di propagazione per unità di lunghezza di stripline è indipendente dalla larghezza o dalla spaziatura delle linee; dipende solo dalla permittività relativa del mezzo utilizzato.


4.4

Terminare le linee 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 di terminazione parallela. Pricipalmente è utilizzato per ottenere prestazioni elettriche, inclusa 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 AC, che può efficacemente ridurre la perdita di CC. Una resistenza è collegata 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 schizzo 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 75Ω) in serie con l'uscita del cancello di azionamento. Questo metodo di smorzamento è adatto per l'uso con fili la cui caratteristica impedenza è controllata (come cavi backplane, circuiti stampati senza piani di terra, e la maggior parte dei wire-wrap). La somma è uguale all'impedenza caratteristica della linea di trasmissione. La linea terminata in serie ha lo svantaggio che solo carichi grumi possono essere utilizzati alla terminazione e il tempo di ritardo di propagazione è lungo. Tuttavia, questo può essere superato utilizzando linee di trasmissione ridondanti terminate in serie.


4.5Linea 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 il segnale di andare avanti e indietro 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% dell'oscillazione logica.


4.6Confronto 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 rende il circuito in grado di guidare diverse linee di carico parallelo. L'incremento del tempo di ritardo causato dal carico capacitivo della linea terminale in serie è circa il doppio di quello della linea terminale parallela corrispondente, mentre la linea corta è causata dal 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.


5. Scheda PCB tecnologia di cablaggio

Sia che si scelga una scheda bifacciale o multistrato quando si realizza una Scheda PCB dipendente dalla frequenza di funzionamento, la complessità del circuito e i 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 energia, sono richiesti 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 che sono vicino l'una all'altra, run a ground wire between the two lines, che può funzionare da scudo.

(2) Quando si progetta la linea di trasmissione del segnale, è necessario evitare la curva brusca, in modo da evitare il riflesso causato dall'improvviso cambiamento dell'impedenza caratteristica della linea di trasmissione, e cercare di progettare come una linea di arco uniforme con una certa dimensione.

(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 scegliere un'impedenza caratteristica di 68Ω si ottiene un equilibrio tra tempo di ritardo e consumo energetico. Una linea di trasmissione 50Ω consumerà più energia; Una maggiore impedenza può certamente ridurre il consumo energetico, ma aumenta 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. Tutta, la capacità intrinseca per unità di lunghezza del segmento di linea con bassa impedenza caratteristica è relativamente grande, quindi il tempo di ritardo di trasmissione e l'impedenza caratteristica sono meno influenzati dalla capacità di carico. Una caratteristica importante di una linea di trasmissione corretta terminata è che i tronchi di ramo devono avere un effetto limitato sul tempo di ritardo della linea. Quando Z0 è 50Ω. La lunghezza della linea corta del ramo deve essere limitata a 2.5cm. Per evitare un grande schizzo.

(4) Per tavole bifacciali (o linee a quattro strati in schede a sei strati). Le linee su entrambi i lati del circuito dovrebbero 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, come i relè, indicatori luminosi, altoparlanti, ecc., i loro fili di terra devono essere separati e funzionare separatamente per ridurre il rumore sul filo di terra. I fili 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 dovrebbero 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 dovrebbe essere il più breve possibile, e il PCB Scheda dovrebbe essere schermato con filo di terra se possibile.