Příprava návrhu plošných spojů
1. Informace, které mají být poskytnuty s hardwarem C
●Přesné schéma zapojení, včetně papírových i elektronických souborů a bezchybných síťových tabulek.
● Oficiální kusovník s kódy komponent. Hardwarový inženýr by měl poskytnout DATOVÝ LIST nebo fyzický objekt pro komponenty, které nejsou v knihovně pouzder, a specifikovat pořadí, ve kterém jsou piny definovány.
● Uveďte obecné uspořádání desky plošných spojů nebo umístění důležitých jednotek a základních obvodů. Uveďte strukturní schémata desky plošných spojů, která by měla uvádět tvar desky plošných spojů, montážní otvory, umístění součástek, zakázané oblasti a další relevantní informace.
2. Základní požadavky na design před designem
● Vysokovýkonné komponenty a sítě 1 A nebo více.
● Důležité hodinové signály, diferenciální signály a vysokorychlostní digitální signály.
● Analogové slabé signály a další snadno rušivé signály.
● Další speciální požadované signály.
3. Poznámky ke zvláštním požadavkům
● Diferenciální rozvodné vedení, sítě vyžadující stínění, sítě s charakteristickou impedancí, sítě se stejným zpožděním atd.
● Zakázané zóny zapojení pro speciální součástky, odsazení pájecí pasty, otvory pro pájecí rezisty a další speciální strukturální požadavky.
● Pečlivě si přečtěte schémata, abyste pochopili architekturu obvodu a provozní podmínky obvodu.
● Na základě důkladné komunikace s hardwarovými inženýry ověřte kritické sítě v desce plošných spojů a pochopte konstrukční požadavky na vysokorychlostní součástky.
Proces návrhu
1. Balení pevných součástí
● Otevřete tabulku sítě a procházejte všechny balíčky, abyste se ujistili, že balíčky všech komponent jsou správné a že knihovna komponent obsahuje balíčky všech komponent. A že všechny informace v tabulce sítě jsou psány velkými písmeny, takže jedna strana je zatížena problémy nebo kusovník desek plošných spojů není souvislý. A že specifické názvy komponent jsou pojmenovány v souladu se standardizovaným pojmenováním společnosti. Standardní komponenty jsou všechny zabaleny v unifikované knihovně komponent společnosti.
● U balíčků, které neexistují v knihovně komponent, by měl hardwarový inženýr poskytnout DATASHEET komponenty nebo fyzický objekt pro sestavení knihovny osobou specializovanou na sestavení knihovny a požádat druhou stranu o potvrzení.
2. Vytvořte rám desky plošných spojů
● Vytvořte soubor s deskou plošných spojů (PCB) podle výkresu struktury desky plošných spojů nebo odpovídající šablony, včetně montážních otvorů, zón bez zapojení a dalších souvisejících informací.
● Kótování. Přesná struktura desky plošných spojů by měla být uvedena ve vrstvě vrtání a uzavřené kótování není možné.
3. Importovat síťovou tabulku
● Importujte netlist a vyřešte všechny problémy s načítáním. Každý software EDA je jiný. Podívejte se na návody, jak to řešit.
● Pokud používáte software EDA, je nutné netlist importovat více než dvakrát (bez zobrazení jakékoli výzvy), aby se potvrdila správnost importu.
4. Rozvržení desky plošných spojů
● Prvním krokem je určení referenčního bodu. Referenční bod se obvykle nachází v průsečíku levé a dolní hraniční čáry (nebo v průsečíku prodlužovacích čar) nebo na první plošce vložky plošného spoje.
Jakmile je určen referenční bod, rozvržení a zapojení součástek bude založeno na tomto referenčním bodě. Pro rozvržení se doporučuje mřížka 10-25 MIL.
● Nejprve zajistěte a uzamkněte všechny prvky s ohledem na požadavky na umístění, dle potřeby.
● Základní principy rozvržení:
① Řiďte se zásadou, že obtížné je třeba upřednostnit před snadným a velké je třeba upřednostnit před malým.
② Rozvržení: Můžete se podívat na schéma a hrubé rozvržení poskytnuté hardwarovým inženýrem a umístit hlavní původní zařízení podle vzoru toku signálu.
③ Celkový počet propojovacích vedení je co nejkratší, s nejkratšími kritickými signálními vedeními.
④ Silné signály, slabé signály, signály vysokého napětí a signály slabého napětí by měly být zcela odděleny.
⑤ Vysokofrekvenční komponenty by měly být dostatečně rozmístěny.
⑥ Oddělte analogové a digitální signály.
● Pro součásti obvodu stejné struktury by se mělo používat symetrické uspořádání, kdykoli je to možné.
● Optimalizujte rozvržení podle kritérií rovnoměrného rozložení, vyváženého těžiště a esteticky příjemného uspořádání.
● Součásti ve stejné řadě by měly být zarovnány ve směru X nebo Y. Polarizované diskrétní součástky ve stejné řadě by měly být také zarovnány ve směru X nebo Y, aby se usnadnila výroba a ladění.
● Součásti by měly být umístěny tak, aby usnadnily ladění a údržbu, žádné malé součásti by neměly být umístěny vedle velkých součástí a kolem součástí, které je třeba ladit, by měl být dostatek prostoru. Součásti generující teplo by měly mít dostatek prostoru pro odvod tepla. Tepelné součásti by měly být udržovány v dostatečné vzdálenosti od součástí generujících teplo.
● Součásti zapojené do dvojité řady by měly být od sebe vzdáleny více než 2 mm.
- mm. Malé SMD součástky, jako jsou rezistory a kondenzátory, by měly být od sebe vzdáleny více než 0.7 mm. Vnější strana kontaktů SMD součástek by měla být od vnější strany kontaktů sousedních součástek kazety vzdálena více než 2 mm. Zásuvná zařízení nesmí být umístěna do 5 mm od krimpované součástky. SMD součástky nesmí být umístěny do 5 mm od pájecí plochy.
● Oddělovací kondenzátor integrovaného obvodu by měl být co nejblíže k napájecímu pinu čipu, přičemž principem nejbližší blízkosti je vysoká frekvence. Mezi ním, napájecím zdrojem a zemí by měl být vytvořen co nejkratší obvod.
● Obtoková kapacita by měla být rovnoměrně rozložena po celém integrovaném obvodu.
● Při rozmisťování komponent by se měly komponenty používající stejný zdroj napájení umístit co nejvíce pohromadě, aby se usnadnilo budoucí rozdělení zdrojů napájení.
● Umístění odporových a kapacitních součástek používaných pro účely impedančního přizpůsobení by mělo být racionálně navrženo podle jejich vlastností.
Rozložení odpovídajících kondenzátorů a rezistorů by mělo být jasně definováno a odpovídající svorky pro více zátěží musí být umístěny na nejvzdálenějším konci signálu.
● Uspořádání odpovídajícího rezistoru by mělo být blízko budicího konce signálu a vzdálenost obecně nepřesahuje 500
● Upravte znaky. Aby bylo zajištěno, že informace o znacích budou po sestavení jasně čitelné, nesmí být všechny znaky na horním disku. Všechny znaky by měly být ve směru X a Y konzistentní. Velikost znaků a tuh by měla být jednotná.
● Umístěte bod MARK na desku plošných spojů.
5. Zapojení plošných spojů
●Prioritizace kabeláže
① Princip volné hustoty: Začněte zapojovat od zařízení s jednoduchým připojením na desce plošných spojů a začněte zapojovat od oblasti s nejvolnějším připojením, abyste regulovali individuální stav.
② Princip priority jádra: například DDR RAM a další klíčové součásti by měly mít prioritní zapojení, podobné signálové přenosové linky by měly poskytovat vyhrazenou vrstvu, napájení a zemní smyčku. Ostatní vedlejší signály by měly být posuzovány jako celek a neměly by být v konfliktu s klíčovými signály.
③Priorita klíčových signálních linek: napájení, analogové malé signály, vysokorychlostní signály, hodinové signály a synchronizační signály a další prioritní zapojení klíčových signálů.
● Pravidla pro uzemňovací obvod.
Pravidlo minimální smyčky znamená, že signální linka a její smyčka tvořící kruh by měly být co nejmenší, plocha kruhu by měla být co nejmenší, čím menší je plocha kruhu, tím méně vyzařuje do okolního světa a tím menší je také příjem rušení z okolního světa. Pro účely tohoto pravidla je třeba při rozdělení zemní roviny zohlednit rozložení zemní roviny a důležité zarovnání signálu, aby se předešlo problémům způsobeným drážkami zemní roviny atd.: u dvouvrstvé desky by v případě ponechání dostatečného prostoru pro napájení měla být ponechána část země pro vyplnění odkazu, aby se umožnilo zvětšení některých potřebných otvorů, které budou připojeny k oběma stranám signálu efektivně připojeného k měřiči, některé klíčové signály se snaží izolovat použití země pro některé vyšší frekvence, což vyžaduje zvláštní pozornost. U některých vyšších frekvencí je třeba věnovat zvláštní pozornost signálové smyčce zemní roviny a doporučuje se použití vícevrstvých desek.
● Ovládání scramblování:
Vzájemné rušení mezi různými sítěmi na desce plošných spojů způsobené dlouhým paralelním zapojením je způsobeno především rolí rozložené kapacity a rozložené indukčnosti mezi paralelními vedeními. Hlavním opatřením k překonání rušení je zvětšení vzdálenosti mezi paralelními vedeními a dodržování pravidla 3 W.
● Stínící ochrana:
Pravidla pro zemní smyčku odpovídají minimalizaci plochy signální smyčky, zejména pro některé z důležitějších signálů, jako jsou hodinové signály a synchronizační signály. U některých obzvláště důležitých, zejména vysokofrekvenčních signálů, by se mělo zvážit použití konstrukce stínění měděného kabelu, tj. izolace levého a pravého pevného vedení tkaninou nahoru a dolů, ale také zvážení toho, jak efektivně kombinovat stínění země a skutečné zemní roviny.
● Pravidla pro řízení směru zarovnání:
Sousední vrstvy směřují do ortogonální struktury, aby se zabránilo různým signálovým linkám v sousedních vrstvách ve stejném směru a snížilo se tak zbytečné rušení mezi vrstvami. Pokud je kvůli strukturálním omezením desky obtížné se této situaci vyhnout, zejména při vysoké rychlosti přenosu signálu, je třeba zvážit izolaci zemnící roviny vodičů a izolaci signálové linky zemnící roviny.
● Pravidla pro impedanční přizpůsobení:
Šířka vedení by měla být v celé síti konzistentní. Změny v šířce vedení mohou způsobit nerovnoměrnost charakteristické impedance vedení a odrazy při vyšších přenosových rychlostech, čemuž je třeba se při návrhu co nejvíce vyhnout. Za určitých podmínek, jako jsou přívodní vodiče konektorů, přívodní vodiče pouzder BGA a podobné konstrukce, nemusí být možné se změnám v šířce vedení vyhnout a efektivní délka mezilehlých nekonzistencí by měla být minimalizována.
- Pravidla pro řízení délky trasy:
Pravidla pro řízení délky zarovnání, tj. pravidlo krátkých vedení, by se v návrhu měla snažit co nejvíce zkrátit délku vedení, aby se snížily problémy s rušením způsobeným délkou zarovnání. Zejména u některých důležitých signálních vedení, jako je vedení hodin, je nutné umístit oscilátor co nejblíže k zařízení. Pro řízení více zařízení je třeba rozhodnout, jaký typ síťové topologie použít podle konkrétní situace.
- Pravidla pro zkosení:
Při návrhu desek plošných spojů je třeba se vyhnout ostrým a pravým úhlům, které by mohly generovat nežádoucí záření a zhoršit výkon procesu. Všechny úhly mezi vodiči by měly být ≥ 135°.
- Pravidla integrity pro výkonové a zemní vrstvy:
V oblastech s vysokou hustotou vodivých otvorů je třeba dbát na to, aby se otvory nepropojovaly ve vyhloubených oblastech napájecí a zemní vrstvy, což by mohlo vést k rozdělení planární vrstvy, což by mohlo poškodit integritu planární vrstvy a následně vést ke zvětšení plochy smyčky signálních vodičů v zemní vrstvě.
- Pravidlo 3W:
Aby se snížilo riziko manipulace mezi linkami, je třeba zajistit dostatečnou vzdálenost mezi linkami. Pokud střed linky není menší než trojnásobek šířky linky, může se dosáhnout toho, aby se 3 % elektrického pole vzájemně nerušilo, což je známé jako pravidlo 70 W. Pokud chcete dosáhnout toho, aby se 3 % elektrického pole vzájemně nerušilo, můžete použít pravidlo 98 W.
●Pravidlo 20H:
Protože elektrické pole mezi napájecí a zemnící vrstvou je proměnné, elektromagnetické rušení je vyzařováno ven na okrajích desky. Tomu se říká okrajový efekt. Je možné zmenšit napájecí vrstvu směrem dovnitř tak, aby elektrické pole bylo vedeno pouze v mezích zemnící vrstvy. V jednotkách jednoho H (tloušťka dielektrika mezi napájecí a zemnící vrstvou) omezí vnitřní zmenšení o 20 H 70 % elektrického pole na uzemněný okraj; vnitřní zmenšení o 100 H omezí 98 % elektrického pole.
Pravidla nastavení
1. Uspořádání pořadí stohování
● Ve vysokorychlostních digitálních obvodech by měly být napájecí a zemnící vrstvy co nejblíže u sebe, bez jakýchkoli mezi nimi umístěných vodičů.
Všechny vrstvy zapojení jsou co nejblíže rovině, přičemž jako izolační vrstva je preferována zemní rovina.
● Aby se minimalizovalo rušení mezi signály, měly by být směry signálů sousedních vrstev zapojení navzájem kolmé, a pokud není možné se stejnému směru vyhnout, je třeba se všemi prostředky vyhnout překrývání signálů ve stejném směru sousedních vrstev signálu.
● Můžete nastavit několik impedančních vrstev podle požadavků. Impedanční vrstvy by měly být jasně označeny dle potřeby, věnujte pozornost výběru referenční vrstvy a uspořádejte všechny signály s impedančními požadavky nad impedanční vrstvou.
2.Sšířka řádku, řádkování
● Pokud je průměrný signálový proud relativně velký, je nutné zvážit vztah mezi šířkou vedení a proudem. Podrobnosti naleznete v následující tabulce, která ukazuje proudonosnost měděno-platinových vodičů různých tlouštěk a šířek.
3.Nastavení překrytí
Následující tabulka může být použita pro nastavení perforačních podložek a průměrů otvorů.
