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Ricerca sulla progettazione di schede PCB ad alta frequenza Protel 99 SE
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Ricerca sulla progettazione di schede PCB ad alta frequenza Protel 99 SE

2022-05-12
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Author:pcb

Con il progresso della tecnologia elettronica, la complessità e il campo di applicazione di Scheda PCB (circuiti stampati) si sono sviluppati rapidamente. Progettisti impegnati in alta frequenza Scheda PCBs deve possedere le conoscenze teoriche di base corrispondenti, e dovrebbe anche avere una ricca esperienza nella produzione di alta frequenza Scheda PCBs. Vale a dire, se si tratta del disegno del diagramma schematico o del disegno del Scheda PCB, dovrebbe essere considerato dall'ambiente di lavoro ad alta frequenza in cui si trova, in modo che un ideale Scheda PCB può essere progettato. Questo articolo studia principalmente alcuni problemi nella progettazione di PCB ad alta frequenza basato su Protel 99 SE da due aspetti del layout manuale e del cablaggio di PCB ad alta frequenza.

Scheda PCB

1Progettazione del layout

Although Protel 99 SE has il function of automatic layout, non può soddisfare pienamente le esigenze di funzionamento dei circuiti ad alta frequenza. Spesso è necessario affidarsi all'esperienza del progettista e secondo la situazione specifica, utilizzare prima il metodo del layout manuale per ottimizzare e regolare la posizione di alcuni componenti, Il layout automatico completa il design complessivo del Scheda PCB. Se il layout è ragionevole o meno influisce direttamente sulla vita, stabilità, EMC (electromagnetic compatibility) of the product, ecc., deve essere considerato dal layout complessivo del circuito, l'accessibilità del cablaggio e la manufacturabilità del Scheda PCB, struttura meccanica, dissipazione del calore, EMI ( Electromagnetic interference), affidabilità, l'integrità del segnale e altri aspetti sono considerati in modo esauriente. Generalmente, i componenti in posizioni fisse relative alle dimensioni meccaniche sono posti per primi, poi vengono posizionati componenti speciali e più grandi, e piccoli componenti sono posizionati. Allo stesso tempo, per tenere conto dei requisiti di cablaggio, il posizionamento dei componenti ad alta frequenza deve essere il più compatto possibile, e il cablaggio delle linee di segnale dovrebbe essere il più breve possibile, riducendo così l'interferenza incrociata delle linee di segnale.


1.1 Posizionamento degli inserti di posizionamento in relazione alle dimensioni meccaniche

Prese di alimentazione, interruttori, interfacce tra Scheda PCBs, indicatori luminosi, ecc. Sono tutti i plug-in di posizionamento relativi alle dimensioni meccaniche. Di solito, l'interfaccia tra l'alimentazione e il Scheda PCB è posizionato al bordo del Scheda PCB, e ci dovrebbe essere una distanza di 3 mm a 5 mm dal bordo del Scheda PCB;  il diodo emettitore luminoso dell'indicatore deve essere posizionato con precisione, se necessario; interruttori e alcuni componenti di messa a punto, Come l'induttanza regolabile, resistenza regolabile, ecc. deve essere posizionato vicino al bordo del Scheda PCB facilitare l'adeguamento e il collegamento; i componenti che devono essere sostituiti frequentemente devono essere posizionati in una posizione con meno componenti per una facile sostituzione.


1.2 Posizionamento di componenti speciali

Tubi ad alta potenza, trasformatori, I tubi raddrizzatori e altri dispositivi di riscaldamento generano molto calore quando lavorano ad alte frequenze, quindi la ventilazione e la dissipazione del calore dovrebbero essere pienamente considerati nel layout, e tali componenti devono essere collocati sul Scheda PCB dove l'aria è facile da circolare. luogo. I tubi raddrizzatori ad alta potenza e i tubi di regolazione dovrebbero essere dotati di radiatori, e deve essere tenuto lontano dal trasformatore. Componenti che hanno paura del calore, come condensatori elettrolitici, devono anche essere tenuti lontani dai dispositivi di riscaldamento, altrimenti l'elettrolita sarà asciugato, con conseguente aumento della resistenza e scarse prestazioni, che influenzerà la stabilità del circuito. Componenti soggetti a guasti, come tubi di regolazione, condensatori elettrolitici, relè, ecc., dovrebbe essere posto in considerazione della facilità di manutenzione. Per i punti di prova che spesso devono essere misurati, Si deve prestare attenzione quando si dispone i componenti per garantire che le barre di prova possano essere facilmente contattate. A causa della perdita di 50 Hz campo magnetico generato all'interno dell'apparecchiatura di alimentazione, quando è collegato ad alcune parti dell'amplificatore a bassa frequenza, interferirà con l'amplificatore a bassa frequenza. Pertanto, devono essere isolati o schermati. Tutti i livelli dell'amplificatore possono essere disposti in linea retta secondo lo schema schematico. Il vantaggio di questa disposizione è che la corrente di terra di ogni livello è chiusa e portata a questo livello, che non influisce sul funzionamento di altri circuiti. Lo stadio di ingresso e quello di uscita dovrebbero essere il più lontano possibile per ridurre l'interferenza parassitaria di accoppiamento tra loro. Considerando il rapporto di trasmissione del segnale tra i circuiti funzionali di ogni unità, anche il circuito a bassa frequenza e il circuito ad alta frequenza dovrebbero essere separati, e il circuito analogico e il circuito digitale dovrebbero essere separati. Il circuito integrato dovrebbe essere posizionato al centro del Scheda PCB, in modo da facilitare il collegamento di cablaggio tra ogni pin e altri dispositivi. Dispositivi quali induttori e trasformatori hanno accoppiamento magnetico e devono essere posizionati ortogonalmente l'uno all'altro per ridurre l'accoppiamento magnetico. Inoltre, hanno tutti un forte campo magnetico, e ci dovrebbe essere uno spazio adeguato o schermatura magnetica intorno a loro per ridurre l'impatto su altri circuiti.

Nelle parti chiave del PCB dovrebbero essere configurati appropriati condensatori di disaccoppiamento ad alta frequenza. Ad esempio, un condensatore elettrolitico da 10 μF a 100 μF dovrebbe essere collegato all'estremità di ingresso dell'alimentazione PCB e un 0,01 pF dovrebbe essere collegato vicino ai pin di alimentazione del circuito integrato. condensatori ceramici. Alcuni circuiti sono inoltre dotati di bobine di choke ad alta frequenza o bassa frequenza appropriate per ridurre l'influenza tra circuiti ad alta e bassa frequenza. Questo punto dovrebbe essere considerato quando si progetta e disegna il diagramma schematico, altrimenti influenzerà le prestazioni del circuito. La distanza tra i componenti dovrebbe essere appropriata e la distanza dovrebbe tenere conto della possibilità di rottura o di accensione tra di essi. Per gli amplificatori con circuiti push-pull e circuiti bridge, occorre prestare attenzione alla simmetria dei parametri elettrici dei componenti e alla simmetria della struttura, in modo che i parametri di distribuzione dei componenti simmetrici siano il più coerenti possibile. Dopo aver completato il layout manuale dei componenti principali, il metodo di bloccaggio dei componenti dovrebbe essere adottato in modo che questi componenti non si muovano durante il layout automatico. Cioè, eseguire il comando Modifica modifica o selezionare Bloccato nelle Proprietà del componente per bloccarlo e non spostarlo più.


1.3 Posizionamento di componenti comuni

Per componenti comuni, come resistenze, condensatori, ecc., dovrebbe essere considerato sotto diversi aspetti, come la disposizione ordinata dei componenti, la dimensione dello spazio occupato, l'accessibilità dei cablaggi e la comodità della saldatura, ecc., e il metodo di layout automatico può essere adottato.


2.

Progettazione del cablaggio

Il cablaggio è il requisito generale per realizzare ad alta frequenza Scheda PCB progettazione sulla base di un layout ragionevole. Il routing include il routing automatico e il routing manuale. Di solito, indipendentemente dal numero di linee di segnale chiave, queste linee di segnale vengono prima instradate manualmente. Dopo il completamento del cablaggio, il cablaggio di queste linee di segnale è attentamente controllato. Dopo che l'ispezione è passata, sono fissi, e poi altri cablaggi vengono instradati automaticamente. Questo è, La combinazione di cablaggio manuale e automatico viene utilizzata per completare il cablaggio del Scheda PCB.

Nel processo di cablaggio di alta frequenza Scheda PCB, Occorre prestare particolare attenzione ai seguenti aspetti:.


2.1

La direzione del cablaggio

Il cablaggio del circuito adotta una linea retta completa secondo la direzione di flusso del segnale, e può essere completato con una linea rotta 45° o una curva ad arco circolare quando è richiesta la tornitura, che può ridurre l'emissione esterna e l'accoppiamento reciproco dei segnali ad alta frequenza. Il cablaggio delle linee di segnale ad alta frequenza dovrebbe essere il più breve possibile. Secondo la frequenza di funzionamento del circuito, la lunghezza del cablaggio della linea di segnale dovrebbe essere ragionevolmente selezionata, che può ridurre i parametri di distribuzione e ridurre la perdita del segnale. Quando si realizzano pannelli bifacciali, il cablaggio è perpendicolare, oblique, o curvo per intersecarsi su due strati adiacenti. Evitare di essere paralleli tra loro, che può ridurre l'interferenza reciproca e l'accoppiamento parassitario. Le linee di segnale ad alta frequenza e le linee di segnale a bassa frequenza dovrebbero essere separate il più possibile, e misure di protezione dovrebbero essere adottate se necessario per evitare interferenze reciproche. Per il terminale di ingresso del segnale con ricezione debole, è facile essere interferito da segnali esterni, e il cavo di terra può essere utilizzato come scudo per circondarlo o schermare il connettore ad alta frequenza. Il cablaggio parallelo dovrebbe essere evitato allo stesso livello, altrimenti saranno introdotti parametri di distribuzione, che influenzerà il circuito. Se è inevitabile, una lamina di rame messa a terra può essere introdotta tra due linee parallele per formare una linea di isolamento. Nei circuiti digitali, per linee di segnale differenziale, dovrebbero essere instradati in coppia, cercare di renderli paralleli e vicini insieme, e hanno poca differenza di lunghezza.


2.2

La forma di cablaggio

Nel processo di cablaggio del PCB Scheda, la larghezza della traccia è determinata dalla forza di adesione tra il filo e il substrato dello strato isolante e dalla forza della corrente che scorre attraverso il filo. Quando lo spessore del foglio di rame è 0.05mm e la larghezza è 1mm a 1.5mm, una corrente di 2A può essere passata. La temperatura non sarà superiore a 3 ℃. Tranne alcune tracce speciali, la larghezza di altre tracce sullo stesso strato deve essere il più coerente possibile. La spaziatura del cablaggio nel circuito ad alta frequenza influenzerà la dimensione della capacità distribuita e dell'induttanza, influenzando così la perdita del segnale, la stabilità del circuito e le interferenze causate dal segnale. In circuiti di commutazione ad alta velocità, La spaziatura dei fili influenzerà il tempo di trasmissione del segnale e la qualità della forma d'onda. Pertanto, la distanza del cablaggio deve essere maggiore o uguale a 0.5 mm, e finché è permesso, the Scheda PCB Il cablaggio dovrebbe utilizzare una linea relativamente ampia. Ci dovrebbe essere una certa distanza tra il filo stampato e il bordo del Scheda PCB ((non inferiore allo spessore della tavola)), che non solo facilita l'installazione e la lavorazione, ma migliora anche le prestazioni di isolamento. Quando si incontra una linea che può essere collegata solo in un grande cerchio nel cablaggio, utilizzare il piombo volante, che è, Collegarsi direttamente con una linea corta per ridurre le interferenze causate da cablaggi a lunga distanza. I circuiti contenenti elementi magnetosensibili sono più sensibili al campo magnetico circostante, e gli angoli del cablaggio sono facili da irradiare onde elettromagnetiche quando i circuiti ad alta frequenza funzionano. I cavi sullo stesso livello non possono avere crossover. Per linee che possono intersecarsi, Il metodo di "perforazione" e "avvolgimento" può essere utilizzato per risolverlo, che è, lasciare un cavo "trapano" dallo spazio sotto i perni di altri dispositivi come resistenze, condensatori, triodi, ecc., o da una linea che può intersecare Un'estremità del piombo "avvolge" sopra di esso. In casi particolari, se il circuito è molto complesso, al fine di semplificare la progettazione, È inoltre consentito utilizzare saltafili per risolvere il problema crossover. Quando la frequenza operativa del circuito ad alta frequenza è alta, anche l'accoppiamento dell'impedenza del cablaggio e dell'effetto antenna devono essere considerati.


2.3

Requisiti di cablaggio per cavi di alimentazione e cavi di terra

Secondo la dimensione della corrente di lavoro differente, cercare di aumentare la larghezza della linea elettrica. L'alta frequenza Scheda PCB dovrebbe utilizzare un filo di terra di grande area il più possibile e posarlo sul bordo del Scheda PCB, che può ridurre l'interferenza dei segnali esterni al circuito; La tensione è più vicina alla tensione di terra. Il metodo di messa a terra dovrebbe essere selezionato in base alla situazione specifica. È diverso dal circuito a bassa frequenza. Il filo di messa a terra del circuito ad alta frequenza dovrebbe essere messo a terra al suolo più vicino o in punti multipli. Il filo di messa a terra dovrebbe essere corto e spesso per ridurre al minimo l'impedenza di terra. I requisiti di corrente consentiti possono raggiungere 3 volte lo standard di corrente di lavoro. Il cavo di messa a terra dell'altoparlante dovrebbe essere collegato al punto di messa a terra dello stadio di uscita dell'amplificatore di potenza sul Scheda PCB, e non devono essere fondate arbitrariamente. Durante il processo di cablaggio, alcuni cavi ragionevoli dovrebbero essere bloccati in tempo per evitare cavi ripetuti. Questo è, eseguire il comando EditselectNet e selezionare Bloccato nelle proprietà di pre-cablaggio per bloccarlo e non spostarlo più.


3. Progettazione di cuscinetti e placcatura in rame


3.1Tamponi e aperture

Nel caso di garantire che la distanza di cablaggio non violi la distanza elettrica progettata, il design del pad dovrebbe essere più grande per garantire una larghezza sufficiente dell'anello. Generalmente, il foro interno del pad è leggermente più grande del diametro del cavo del componente, e il design è troppo grande, ed è facile formare saldatura virtuale durante la saldatura. The outer diameter D of the pad is generally not less than (d+1.2) mm, dove d è il diametro interno del tampone. Per alcuni Scheda PCBs con densità relativamente elevata, the value of the pad can be (d+1.0) mm. La forma del pad è solitamente impostata per essere circolare, ma il pad del circuito integrato confezionato DIP adotta una forma di pista da corsa, che può aumentare l'area del pad in uno spazio limitato, che è utile per la saldatura del circuito integrato. Il collegamento tra il cablaggio e il pad dovrebbe essere una transizione regolare, che è, quando la larghezza del cablaggio che entra nel pad circolare è inferiore al diametro del pad circolare, il disegno a goccia deve essere utilizzato. Va notato che la dimensione del diametro interno d del pad è diversa, e dovrebbe essere considerato in base alla dimensione del diametro effettivo del piombo del componente, come i fori dei componenti, fori di montaggio e fori di fessura. La distanza tra i fori dei cuscinetti dovrebbe anche essere considerata secondo il metodo di installazione dei componenti effettivi. Per esempio, componenti quali resistenze, diodi, I condensatori tubolari e i condensatori hanno due metodi di installazione: "verticale" e "orizzontale". La spaziatura tra questi due metodi è diversa. Inoltre, la progettazione della spaziatura tra i fori del pad dovrebbe anche considerare i requisiti dello spazio tra i componenti, soprattutto la distanza tra i componenti speciali deve essere garantita dalla distanza tra i cuscinetti. In alta frequenza Scheda PCB, il numero di flaconcini deve essere ridotto al minimo, che non solo può ridurre la capacità distribuita, ma anche aumentare la resistenza meccanica del Scheda PCB. In una parola, nella progettazione di alta frequenza Scheda PCB, il design del pad e la sua forma, l'apertura e la spaziatura dei fori non dovrebbero solo considerare la sua particolarità, ma anche soddisfare i requisiti del processo produttivo. La progettazione standardizzata non può solo ridurre il costo del prodotto, ma anche migliorare l'efficienza produttiva garantendo la qualità del prodotto.


3.2Rivestimento di rame

Lo scopo principale del rivestimento in rame è quello di migliorare la capacità anti-interferenza del circuito, e allo stesso tempo, è molto utile per la dissipazione del calore del Scheda PCB e la forza del Scheda PCB. Tuttavia, La lamina di rame a strisce di grandi dimensioni non può essere utilizzata, perché quando il Scheda PCB è usato per troppo tempo, una grande quantità di calore sarà generata, e la striscia di lamina di rame è soggetta all'espansione e alla caduta. Foglio di rame, e collegare la rete con la rete di messa a terra del circuito, in modo che la griglia abbia un migliore effetto schermante. La dimensione della griglia è determinata dalla frequenza di interferenza da schermare. Dopo aver completato la progettazione del routing, tamponi e flaconcini, a DRC (Design Rule Check) should be performed. Le differenze tra il grafico progettato e le regole definite sono elencate in dettaglio nei risultati dell'ispezione, e la rete che non soddisfa i requisiti può essere trovata. Tuttavia, la RDC dovrebbe essere parametrizzata prima del cablaggio prima di eseguire la RDC, che è, esecuzione del comando ToolsDesign Rule Check.


4.Conclusione

La progettazione del circuito ad alta frequenza Scheda PCB è un processo completo, che coinvolge molti fattori, che possono essere direttamente correlate alle prestazioni di funzionamento del circuito ad alta frequenza. Pertanto, i progettisti devono continuamente ricercare ed esplorare nel lavoro reale, accumulare esperienza, E' possibile combinare la nuova tecnologia EDA (Electronic Design Automation) per progettare circuiti ad alta frequenza  Scheda PCB con prestazioni eccellenti.