Công nghệ PCB - Kỹ thuật thực hành tốt nhất cho định tuyến tốc độ cao của bảng PCB

Thiết kế bảng mạch cũng đòi hỏi thêm nỗ lực khi đặt các mạch tốc độ cao. Mạng nhạy cảm phải được định tuyến theo các quy tắc tốc độ cao cụ thể và nhiều yêu cầu thiết kế tốc độ cao khác phải tuân thủ. Chúng bao gồm mọi thứ từ sự tổ chức của sơ đồ cho đến vị trí của các thành phần. Chúng tôi sẽ nghiên cứu tất cả những điều này khi thảo luận về công nghệ định tuyến tốc độ cao để giúp bạn hoàn thành đường kết thúc của thiết kế PCB tiếp theo của bạn.

Những cân nhắc thiết kế tốc độ cao trước khi bố trí PCB

So với những gì được sử dụng trên các bảng mạch tiêu chuẩn, việc kết nối thành công các mạch tốc độ cao đòi hỏi sự chuẩn bị nhiều hơn. Trong khi cân bằng các yêu cầu sản xuất và lắp ráp thông thường của bảng mạch, đường dẫn tín hiệu, định tuyến trở kháng được kiểm soát và EMI phải được xem xét trong thiết kế tốc độ cao. Điều cần thiết là bắt đầu chuẩn bị trước khi bố trí thậm chí bắt đầu để giữ tất cả các nhu cầu này theo thứ tự:

Sơ đồ: Để giúp kết nối dây tốc độ cao của bạn, điều đầu tiên bạn có thể làm là bắt đầu với một sơ đồ sạch sẽ. Trong quá trình bố trí PCB, nên có một dòng logic mạch tốc độ cao dễ theo dõi. Bất kỳ hướng dẫn nào cũng nên được truyền đạt cho nhân viên bố trí để tránh bất kỳ sự nhầm lẫn nào trong tương lai.

Lớp xếp chồng: Dây dây tốc độ cao thường đòi hỏi cấu hình lớp dải hoặc microstrip. Điều này cung cấp một lớp che chắn cho định tuyến dấu vết nhạy cảm, giúp ngăn ngừa các vấn đề EMI và duy trì tính toàn vẹn tín hiệu của mạch. Trước khi bắt đầu bố trí, bạn nên đạt được một thỏa thuận với nhà sản xuất hợp đồng PCB của bạn về xếp chồng để cung cấp cho bạn một nền tảng làm việc và đảm bảo khả năng sản xuất của bảng mạch.

Quy tắc thiết kế: Ngoài các quy tắc chiều rộng và khoảng cách tiêu chuẩn, cũng sẽ có một bộ quy tắc thiết kế tốc độ cao và hạn chế mới. Chúng sẽ bao gồm các loại mạng cụ thể, cặp khác biệt, chiều dài dấu vết và topology, và các quy tắc định tuyến được kiểm soát trở kháng. Ngoài ra cũng có thể có các yêu cầu cụ thể cho vias mù và chôn vùi, vias vi mô và các hạn chế tốc độ cao khác.

Một khi các mục này được chọn từ danh sách việc cần làm của bạn, bạn có thể bắt đầu bố trí PCB.

Kỹ thuật bố trí và định tuyến cho thiết kế PCB tốc độ cao

Mặc dù có nhiều công nghệ dây tốc độ cao để thảo luận, chủ đề đầu tiên được thảo luận là vị trí thành phần. Dây cáp tốt bắt đầu với bố trí thành phần tốt, bất kể bảng mạch có được thiết kế cho tốc độ cao hay không.

Vị trí thành phần

Sử dụng các phương pháp đặt thành phần tiêu chuẩn, bắt đầu với các đầu nối và các thiết bị CPU và bộ nhớ lớn. Để có được con đường tín hiệu tốt nhất trong khi tiếp tục đặt các bộ phận, hãy làm theo dòng chảy logic của sơ đồ. Nhiều thiết bị CPU và bộ nhớ quan trọng hơn sẽ yêu cầu một số lượng lớn tụ bypass, vì vậy hãy chắc chắn đặt chúng ngay lập tức, nếu không có thể không có đủ không gian để đặt chúng trong tương lai. Khi đặt, hãy nhớ để dự trữ không gian cho các kênh định tuyến và vias trong toàn bộ ngăn xếp bảng. Ngoài các yêu cầu tốc độ cao, hãy nhớ rằng vị trí của bạn vẫn cần tuân thủ các quy tắc thiết kế cho khả năng sản xuất (DFM), và xem xét các yêu cầu phân tán nhiệt của các thành phần tạo nhiệt.

Đường trốn thoát

Bây giờ bạn đã sẵn sàng để định tuyến, nhưng bạn cần tạo các tuyến thoát cho tất cả các thiết bị tinh tế trước khi bạn bắt đầu đặt dấu vết. Nếu bạn đang đối phó với một phần lớn, chẳng hạn như một gói BGA với hàng trăm hoặc hàng ngàn pin trong nó, bạn có thể truy cập mỗi pin để định tuyến. Khả năng truy cập này thường được đạt được bằng cách định tuyến đường chéo từ hàng pin bên ngoài đến lỗ thông qua.

Đối với hàng chân tiếp theo, dấu vết rất ngắn thường được sử dụng để kết nối với các lỗ thông qua giữa các miếng đệm BGA, được gọi là mẫu xương chó. Tuy nhiên, nếu cỡ pin BGA quá tốt, bạn có thể cần sử dụng vias, micro vias hoặc cả hai trong công nghệ pad, nhưng trước tiên bạn phải có được sự chấp thuận của các công nghệ PCB này từ nhà sản xuất. Một lời khuyên hữu ích ở đây là các nhà sản xuất thành phần thường cung cấp các mẫu dây được đề xuất cho các bộ phận của họ, vì vậy hãy chắc chắn kiểm tra ở đó để tiết kiệm một số thời gian.

Tuyến đi theo dõi

Sau khi hoàn thành định tuyến thoát, đã đến lúc định tuyến các bảng còn lại. Nếu bạn đã thiết lập đầy đủ các quy tắc thiết kế, bạn có thể sử dụng các công cụ định tuyến tương tác tự động hoặc các công cụ định tuyến lô để hoàn thành định tuyến này bằng tay. Bất kể bạn sử dụng phương pháp nào, các điểm sau đây nên được ghi nhớ để đảm bảo định tuyến thành công:

Các đường dẫn tín hiệu tốc độ cao phải được giữ ngắn và định tuyến từ điểm đến điểm.

Các dấu vết nhạy cảm nên được định tuyến trên lớp bên trong được đặt giữa các phẳng tham chiếu trong cấu hình dải.

Các cặp khác biệt phải được dây theo cặp. Sử dụng khả năng tự động hóa của hệ thống thiết kế của bạn để định tuyến các dấu vết này và đảm bảo rằng các cặp không bị gián đoạn bởi đường hoặc các trở ngại khác.

Đối với các nhóm mạng có chiều dài phải phù hợp, bắt đầu với kết nối dài nhất. Đối với các mạng còn lại trong nhóm, một hàm điều chỉnh được thêm vào mỗi dấu vết để phù hợp với mạng đầu tiên được định tuyến với cùng chiều dài. Điều chỉnh thường được thực hiện bằng cách thêm một hình sóng hoặc topology trombone vào dấu vết để mở rộng dấu vết, và nó thường được thực hiện tự động bởi một công cụ CAD.

Không định tuyến các đường kỹ thuật số nhạy cảm thông qua nguồn cung cấp điện ồn ào hoặc các khu vực tương tự của các mạch.

Máy bay điện và mặt đất

Thiết kế mạng phân phối điện sạch (PDN) cho PCB tốc độ cao là rất quan trọng đối với sự thành công tổng thể của thiết kế. Các thành phần tốc độ cao tạo ra tiếng ồn nhiều hơn trên bảng mạch do tỷ lệ chuyển đổi của chúng, được kiểm soát bởi tụ bộ bypass. Điều quan trọng là phải nhớ rằng phẳng mặt đất sẽ được sử dụng như phẳng tham chiếu để trả về tín hiệu. Hãy cẩn thận không định tuyến các dấu vết nhạy cảm nơi các con đường trả về tín hiệu này bị chặn bởi dày đặc thông qua vị trí, cắt bảng mạch hoặc phẳng tách, vì điều này sẽ làm giảm tính toàn vẹn tín hiệu của các dấu vết này.

Như bạn có thể thấy, dây cao tốc không chỉ là đặt một số dấu vết độc đáo trên bảng. Nhiều khía cạnh của bố trí PCB phải được hoàn thành bằng cách định tuyến để hoàn thành thiết kế tốc độ cao. Như chúng tôi đã nói ở đầu, tất cả bắt đầu với việc thiết lập bảng một cách chính xác với nhà sản xuất hợp đồng PCB của bạn trước khi bố trí bắt đầu.

Làm việc với CM PCB của bạn để có được công nghệ định tuyến tốc độ cao tốt nhất

Mặc dù thường có thể làm cho các thiết kế PCB cũ hoạt động bằng cách chuyển đổi các ngăn xếp lớp thành bố trí, các thiết kế tốc độ cao nên bắt đầu với các ngăn xếp được cấu hình rõ ràng. Mặc dù các nhà thiết kế PCB thường quen thuộc với các cấu hình lớp bảng khác nhau, nhưng có nhiều biến khác cần được xem xét cho thiết kế tốc độ cao. Chúng bao gồm vật liệu bảng mạch, dây điện trở kiểm soát, cặp lớp và quy trình lắp ráp. Điều tốt nhất bạn có thể làm là tham khảo ý kiến ​​của nhà sản xuất hợp đồng PCB của bạn trước để đảm bảo rằng bạn đang sử dụng cấu hình lớp tối ưu nhất cho thiết kế của bạn.