Thiết kế điện tử - Quy trình thiết kế PCB Bảng mạch PCB sáu lớp

Quy trình thiết kế PCB Bảng mạch PCB sáu lớp

Các nhà sản xuất chế biến chip SMT mô tả chi tiết quá trình thiết kế PCB của bảng mạch và các vấn đề cần chú ý. Trong quá trình thiết kế, các nguyên tắc bố trí khác nhau được áp dụng cho các thành phần phổ biến và một số thành phần đặc biệt; So sánh ưu và nhược điểm của hệ thống dây điện thủ công, hệ thống dây điện tự động và hệ thống dây điện tương tác; Giới thiệu mạch in bảng mạch và phương pháp giảm nhiễu giữa các mạch và các biện pháp liên quan. Kết hợp kinh nghiệm thiết kế cá nhân, lấy thiết kế bảng mạch lõi di động tự động dựa trên ARM làm ví dụ, giới thiệu ngắn gọn về quá trình thiết kế PCB của bảng mạch bốn lớp và các vấn đề liên quan cần lưu ý.

Bảng mạch in (PCB) đóng một vai trò trong việc hỗ trợ các thành phần mạch và thiết bị điện tử trong khi cung cấp kết nối điện giữa các thành phần mạch và thiết bị. Trong thực tế, PCB được thiết kế không chỉ đơn giản là sắp xếp và sửa chữa các thành phần, nhưng pin của các thành phần được kết nối cũng rất đơn giản. Chất lượng của nó có ảnh hưởng lớn đến khả năng chống nhiễu của sản phẩm. Nó thậm chí còn đóng một vai trò quyết định trong hiệu suất của các sản phẩm trong tương lai. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ điện tử, kích thước của các thành phần và sản phẩm ngày càng nhỏ hơn và tần suất làm việc ngày càng cao hơn, điều này làm tăng đáng kể mật độ của các thành phần trên PCB và cũng làm tăng độ khó của thiết kế và xử lý PCB. Do đó, có thể nói rằng thiết kế PCB luôn là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong phát triển và thiết kế điện tử. 1 Bố trí cái gọi là bố trí, có nghĩa là tất cả các thành phần trong sơ đồ mạch được bố trí hợp lý trên một miếng PCB có diện tích hạn chế. Từ quan điểm tín hiệu, có ba loại chính của bảng tín hiệu kỹ thuật số, bảng tín hiệu analog và bảng tín hiệu lai. Khi thiết kế bảng mạch tín hiệu hỗn hợp, chúng ta phải suy nghĩ cẩn thận và đặt các thành phần theo cách thủ công trên bảng để tách các thành phần kỹ thuật số và analog.

Trong quá trình sắp xếp bố trí PCB, vấn đề quan trọng nhất là: các bộ phận vận hành như công tắc, nút bấm, núm và các bộ phận cấu trúc khác (gọi tắt là "các bộ phận đặc biệt") phải được sắp xếp trước ở các vị trí được chỉ định (thích hợp). Sau khi đặt, bạn có thể thiết lập các đặc tính của các bộ phận và chọn các mục LOCK, điều này có thể tránh được việc di chuyển sai các bộ phận trong tương lai; Đối với vị trí của các thành phần khác, tốc độ dây và hiệu suất điện tối ưu phải được xem xét. Tối ưu hóa, cũng như nhiều yếu tố như công nghệ sản xuất và chi phí trong tương lai. Cái gọi là "cân bằng" thường là một thách thức đối với trình độ và kinh nghiệm của một nhà thiết kế.

Nguyên tắc sắp xếp các bộ phận đặc biệt

1. Dây điện giữa các thành phần nên được rút ngắn càng tốt và giảm thiểu các thông số phân phối và nhiễu điện từ lẫn nhau. Những bộ phận dễ bị nhiễu điện từ không nên được đặt quá gần nhau, và các bộ phận đầu vào và đầu ra nên được giữ càng xa nhau càng tốt.

2. Có thể có sự khác biệt tiềm năng cao giữa một số bộ phận hoặc dây, do đó khoảng cách giữa chúng nên được tăng lên để tránh ngắn mạch ngẫu nhiên do xả; Đồng thời, từ quan điểm an toàn, các bộ phận điện áp cao nên được sắp xếp càng nhiều càng tốt ở những nơi không dễ tiếp cận khi vận hành.

3. Đối với các thiết bị lớn có khối lượng trên 15g, chúng nên được cố định bằng giá đỡ trước khi hàn. Những bộ phận lớn, nặng và nóng không nên được lắp đặt trên bảng mạch in, nhưng trên tấm đế của toàn bộ máy; Và nên xem xét vấn đề giải nhiệt. Ngoại trừ các thiết bị bảo vệ nhiệt độ).

4. Việc bố trí các yếu tố có thể điều chỉnh như chiết áp có thể điều chỉnh, cuộn cảm, tụ điện biến đổi, công tắc vi mô, v.v. nên xem xét các yêu cầu cấu trúc của toàn bộ máy. Nếu điều chỉnh được thực hiện bên trong máy, nó nên được đặt trên bảng mạch in để dễ dàng điều chỉnh; Nếu điều chỉnh được thực hiện bên ngoài máy, vị trí của nó phải phù hợp với vị trí của núm điều chỉnh trên bảng điều khiển khung gầm.

Name

1. Sắp xếp vị trí của từng đơn vị mạch theo quy trình mạch để bố trí thuận tiện cho việc lưu thông tín hiệu và cố gắng giữ tín hiệu theo cùng một hướng.

2. Với các thành phần cốt lõi của mỗi mạch chức năng làm trung tâm, bố trí xung quanh nó, các thành phần phải được sắp xếp đồng đều, gọn gàng và nhỏ gọn trên PCB. Giảm thiểu và rút ngắn dây dẫn và kết nối giữa các thiết bị.

3. Đối với mạch hoạt động ở tần số cao, các thông số phân phối giữa các yếu tố phải được xem xét. Trong điều kiện bình thường, mạch nên được sắp xếp song song càng nhiều càng tốt, không chỉ có thể đạt được hiệu quả thẩm mỹ mà còn dễ dàng lắp đặt hàn và sản xuất hàng loạt.

4. Các thành phần nằm ở cạnh của bảng mạch, thường cách cạnh bảng mạch không ít hơn 2mm; Hình dạng tốt nhất của bảng mạch là hình chữ nhật, có thể có tỷ lệ khung hình 3: 2 hoặc 4: 3. Khi kích thước bảng lớn hơn 200mm * 150mm, độ bền cơ học của bảng nên được xem xét. Nếu trong quá trình thiết kế thực tế, kích thước mong muốn của bảng mạch PCB không thể được xác định ngay từ đầu, thiết kế có thể lớn hơn một chút. Sau khi công việc thiết kế PCB hoàn tất, bạn có thể chọn hình bảng thiết kế Redefine Board Shape trong Protel DXP để cắt PCB gốc một cách chính xác.

Ngoài ra, theo kinh nghiệm làm việc thực tế của tôi, nếu bạn muốn mở rộng hoặc giảm một số tính năng của bảng hiện có, bạn sẽ cần phải thiết kế lại một PCB mới. Trong bố cục thực tế, bạn có thể tham khảo bố cục trên bo mạch chủ và tự sắp xếp các thành phần ở vị trí thích hợp; Trong quá trình định tuyến, các điều chỉnh được thực hiện theo nhu cầu thực tế để tăng thêm tỷ lệ phân phối.

2 Hệ thống dây điện đề cập đến việc kết nối tất cả các dây theo sơ đồ nguyên tắc bằng cách thiết lập sơ đồ dây của lá đồng sau khi bố trí. Rõ ràng, mức độ hợp lý của bố cục sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tỷ lệ thành công của hệ thống dây điện, vì vậy thường cần điều chỉnh bố cục thích hợp trong suốt quá trình dây điện. Thiết kế hệ thống dây điện có thể sử dụng hệ thống dây điện hai lớp và hệ thống dây điện một lớp; Đối với các thiết kế cực kỳ phức tạp, một sơ đồ dây nhiều lớp cũng có thể được xem xét.

Trong thiết kế PCB, hệ thống dây điện là một bước quan trọng để hoàn thành thiết kế sản phẩm. Có thể nói rằng tất cả các công việc chuẩn bị trước đó đã được thực hiện cho nó. Cáp PCB bao gồm cáp một mặt, cáp hai mặt và cáp nhiều lớp. Có hai cách để cáp: cáp tự động và cáp tương tác.

Trong thiết kế PCB, các nhà thiết kế thường muốn có thể sử dụng dây tự động. Trong điều kiện bình thường, không có vấn đề gì với bảng mạch tín hiệu kỹ thuật số thuần túy (đặc biệt là ở mức tín hiệu thấp và mật độ bảng thấp) sử dụng hệ thống dây tự động. Tuy nhiên, khi thiết kế tín hiệu analog. Khi sử dụng tín hiệu hỗn hợp hoặc bảng mạch tốc độ cao, nếu hệ thống dây điện tự động cũng được sử dụng, các vấn đề có thể xảy ra và thậm chí có thể dẫn đến các vấn đề nghiêm trọng về hiệu suất mạch.

Hiện tại, mặc dù đã có một số công cụ định tuyến tự động rất mạnh mẽ và thường có thể đạt được tỷ lệ phân phối 100%, nhưng giao diện tổng thể không đẹp lắm, đôi khi hệ thống định tuyến bị xáo trộn và hệ thống định tuyến giữa hai chân không phải là đường dẫn ngắn nhất (tối ưu). Đối với thiết kế mạch tương đối phức tạp, cố gắng không sử dụng hệ thống dây tự động hoàn toàn. Trước khi áp dụng hệ thống dây điện tự động, trước tiên sử dụng phương pháp tương tác để định tuyến trước những đường dây có yêu cầu nghiêm ngặt. Đồng thời, các cạnh của đầu vào và đầu ra nên tránh song song liền kề để tránh nhiễu phản xạ; Dây của hai lớp liền kề phải vuông góc với nhau, và tính song song dễ dàng tạo ra khớp nối ký sinh. Bạn có thể thêm ràng buộc này vào các quy tắc liên kết. Tỷ lệ phân phối của hệ thống dây tự động phụ thuộc vào bố cục tốt. Các quy tắc dây nên được đặt trước, bao gồm số lượng uốn cong, số lượng lỗ thủng và số bước. Nói chung, trước tiên khám phá tuyến đường đô thị, trước tiên nhanh chóng kết nối đường ngắn; Sau đó, hệ thống dây mê cung được thực hiện, trước tiên tối ưu hóa đường dây toàn cầu của đường dây được đặt, có thể ngắt kết nối đường dây đã đặt theo yêu cầu và định tuyến lại để cải thiện hiệu quả tổng thể. Khi định tuyến bằng tay, để đảm bảo thực hiện đúng mạch, cần tuân theo một số quy tắc thiết kế chung: cố gắng sử dụng mặt phẳng mặt đất làm mạch điện; Tách mặt phẳng mặt đất tương tự được mô tả từ mặt phẳng mặt đất kỹ thuật số được mô tả; Nếu mặt phẳng mặt đất được tách ra bởi các đường tín hiệu, thì để giảm sự can thiệp của mặt đất đối với vòng lặp hiện tại, dấu vết tín hiệu phải vuông góc với mặt phẳng mặt đất; Các mạch analog phải càng gần cạnh của bảng càng tốt và các mạch kỹ thuật số càng gần đầu kết nối nguồn càng tốt. Điều này được thực hiện để giảm hiệu ứng di/dt gây ra bởi các công tắc kỹ thuật số.

Mạch PCB và mạch chống nhiễu Thiết kế chống nhiễu và mạch cụ thể có mối quan hệ chặt chẽ, cũng là một vấn đề kỹ thuật rất phức tạp. Dưới đây là một giới thiệu ngắn gọn dựa trên kinh nghiệm trong quá trình thiết kế PCB. 1. Thiết kế dây nguồn. Theo kích thước của dòng PCB, làm cho chiều rộng của dây nguồn càng dày càng tốt (trong các quy tắc thiết kế dây, các quy tắc ràng buộc mới có thể được thực hiện cho chiều rộng dây của dây nguồn và dây mặt đất tương ứng), giảm điện trở vòng lặp và đặc biệt chú ý đến dây nguồn, Đường dây mặt đất được cung cấp theo hướng ngược lại với hướng truyền dữ liệu và tín hiệu, giúp tăng cường khả năng chống ồn. 2. Thiết kế dây nối đất. Dây nối đất vừa là một loại dây nguồn đặc biệt, vừa là một loại dây tín hiệu. Ngoài việc tuân theo các nguyên tắc thiết kế của dây nguồn, cần phải thực hiện: mặt đất kỹ thuật số và mặt đất tương tự nên được tách biệt; Nếu có cả mạch logic và tuyến tính trên bảng, chúng nên được tách ra càng nhiều càng tốt; Các mạch tần số thấp nên được nối đất càng đơn giản càng tốt. Các điểm là song song, nếu dây thực tế là khó khăn, nó có thể được một phần trong chuỗi, sau đó song song; Các mạch tần số cao nên được nối tiếp với nhiều điểm. Dây nối đất nên ngắn và dày. Sử dụng đồng dạng lưới xung quanh các yếu tố tần số cao bất cứ khi nào có thể; Cố gắng mở rộng chiều rộng của đường dây điện và đường dây mặt đất. Tốt nhất là làm cho dây nối đất rộng hơn dây nguồn. Mối quan hệ giữa chiều rộng của chúng là Ground Wire>Power Wire>Signal Wire. 3. Việc nối đất của hệ thống mạch kỹ thuật số tạo thành vòng khép kín, tức là tạo thành mạng lưới nối đất, có thể cải thiện khả năng chống ồn. 4. Dòng điện kỹ thuật số không nên chảy qua thiết bị tương tự, dòng điện tốc độ cao không nên chảy qua thiết bị tốc độ thấp. 5. Thêm tụ điện tách rời giữa các dây nguồn, cải thiện khả năng chống nhiễu của mạch nguồn.