Vorbereitung des PCB-Designs
1. Mit der Hardware bereitzustellende Informationen C
● Genaue schematische Diagramme, einschließlich Papier- und elektronischer Dateien und fehlerfreier Netzwerktabellen.
● Eine offizielle Stückliste mit Komponentencodes. Der Hardwareingenieur sollte für Komponenten, die nicht in der Paketbibliothek enthalten sind, ein DATENBLATT oder ein physisches Objekt bereitstellen und die Reihenfolge angeben, in der die Pins definiert sind.
● Geben Sie einen allgemeinen Aufbau der Leiterplatte bzw. die Position wichtiger Einheiten und Kernschaltkreise an. Stellen Sie Leiterplattenstrukturdiagramme bereit, die die Form der Leiterplatte, Befestigungslöcher, Positionierungskomponenten, verbotene Bereiche und andere relevante Informationen angeben sollten.
2. Grundlegende Designanforderungen vor dem Design
● Hochstromkomponenten und -netzwerke von 1 A oder mehr.
● Wichtige Taktsignale, Differenzsignale und digitale Hochgeschwindigkeitssignale.
● Analoge Kleinsignale und andere leicht störbare Signale.
● Andere speziell erforderliche Signale.
3. Hinweise zu Sonderwünschen
● Differenzielle Verteilungsleitungen, Netzwerke, die eine Abschirmung erfordern, Netzwerke mit charakteristischer Impedanz, Netzwerke mit gleicher Verzögerung usw.
● Verbotene Verdrahtungszonen für spezielle Komponenten, Lötpastenversatz, Lötstopplacköffnungen und andere strukturelle Sonderanforderungen.
● Lesen Sie die Schaltpläne sorgfältig durch, um die Schaltungsarchitektur und die Betriebsbedingungen der Schaltung zu verstehen.
● Bestätigen Sie die kritischen Netzwerke auf der Leiterplatte und verstehen Sie die Designanforderungen für Hochgeschwindigkeitskomponenten auf der Grundlage einer gründlichen Kommunikation mit Hardwareingenieuren.
Designprozess
1. Verpackung der festen Komponenten
● Öffnen Sie die Netzwerktabelle und durchsuchen Sie alle Pakete, um sicherzustellen, dass die Pakete aller Komponenten korrekt sind und dass die Komponentenbibliothek die Pakete aller Komponenten enthält. Alle Informationen in der Netzwerktabelle sind großgeschrieben, sodass keine Probleme auftreten oder die PCB-Stückliste nicht durchgängig ist. Die spezifische Benennung der Komponenten entspricht der standardisierten Benennung des Unternehmens. Standardkomponenten sind alle in der einheitlichen Komponentenbibliothek des Unternehmens verpackt.
● Bei Paketen, die nicht in der Komponentenbibliothek vorhanden sind, sollte der Hardwareingenieur das DATENBLATT der Komponente oder das physische Objekt zum Erstellen der Bibliothek durch eine auf das Erstellen der Bibliothek spezialisierte Person bereitstellen und die andere Partei um Bestätigung bitten.
2. Leiterplattenrahmen erstellen
● Erstellen Sie eine PCB-Datei entsprechend der PCB-Strukturzeichnung oder der entsprechenden Vorlage, einschließlich Montagelöchern, verdrahtungsfreien Zonen und anderen zugehörigen Informationen.
● Bemaßung. Der genaue Aufbau der Leiterplatte muss in der Bohrebene angegeben werden, eine geschlossene Bemaßung ist nicht möglich.
3. Netzwerktabelle importieren
● Importieren Sie die Netzliste und beheben Sie alle Ladeprobleme. Jede EDA-Software ist anders. Lesen Sie in den Tutorials nach, wie Sie damit umgehen.
● Wenn Sie EDA-Software verwenden, muss die Netzliste mehr als zweimal importiert werden (ohne dass eine Warnmeldung angezeigt wird), um zu bestätigen, dass der Import korrekt ist.
4. PCB-Layout
● Der erste Schritt besteht darin, den Referenzpunkt zu bestimmen. Im Allgemeinen wird der Referenzpunkt am Schnittpunkt der linken und unteren Begrenzungslinien (oder am Schnittpunkt der Verlängerungslinien) oder am ersten Pad des Leiterplatteneinsatzes festgelegt.
Sobald der Referenzpunkt festgelegt ist, basieren das Komponentenlayout und die Verdrahtung auf diesem Referenzpunkt. Für das Layout wird ein 10-25 MIL-Raster empfohlen.
● Sichern und verriegeln Sie bei Bedarf zunächst alle Elemente mit Positionierungsanforderungen.
● Grundprinzipien des Layouts:
① Befolgen Sie den Grundsatz, das Schwierige vor das Einfache und das Große vor das Kleine zu stellen.
2 Layout: Sie können sich auf das vom Hardware-Ingenieur bereitgestellte Schema und den groben Layoutplan beziehen und die wichtigsten Originalgeräte entsprechend dem Signalflussmuster platzieren.
③ Die gesamten Verbindungsleitungen sind so kurz wie möglich, wobei die Signalleitungen möglichst kurz sein sollten.
④ Starke Signale, schwache Signale, Hochspannungssignale und Schwachspannungssignale sollten vollständig getrennt werden.
⑤ Hochfrequenzkomponenten sollten ausreichend Abstand haben.
⑥ Trennen Sie analoge und digitale Signale.
● Für Schaltungsteile gleicher Struktur sollten möglichst symmetrische Layouts verwendet werden.
● Optimieren Sie das Layout nach den Kriterien gleichmäßiger Verteilung, ausgewogener Schwerpunktlage und ästhetisch ansprechender Gestaltung.
● Komponenten in derselben Reihe sollten in X- oder Y-Richtung ausgerichtet sein. Polarisierte Einzelkomponenten in derselben Reihe sollten ebenfalls in X- oder Y-Richtung ausgerichtet sein, um die Produktion und Fehlerbehebung zu erleichtern.
● Komponenten sollten so platziert werden, dass Fehlersuche und Wartung erleichtert werden. Kleine Komponenten sollten nicht neben großen Komponenten platziert werden, und um die zu debuggenden Komponenten herum sollte ausreichend Platz vorhanden sein. Wärmeerzeugende Komponenten sollten ausreichend Platz zur Wärmeableitung haben. Thermische Komponenten sollten von wärmeerzeugenden Komponenten ferngehalten werden.
● Dual-Inline-Komponenten sollten mehr als 2 mm voneinander entfernt sein.
- mm. Kleine SMD-Bauteile wie Widerstände und Kondensatoren sollten mehr als 0.7 mm voneinander entfernt sein. Die Außenseite der Pads von SMD-Bauteilen sollte mehr als 2 mm von der Außenseite der Pads benachbarter Cartridge-Bauteile entfernt sein. Steckvorrichtungen dürfen nicht näher als 5 mm an ein gecrimptes Bauteil herangeführt werden. SMD-Bauteile dürfen nicht näher als 5 mm an die Lötfläche herangeführt werden.
● Der Entkopplungskondensator des integrierten Schaltkreises sollte sich so nah wie möglich am Stromversorgungsanschluss des Chips befinden, wobei bei Hochfrequenz das Prinzip der größten Nähe gilt. Zwischen ihm und der Stromversorgung sowie Masse sollte der kürzeste Stromkreis gebildet werden.
● Die Bypass-Kapazität sollte gleichmäßig um den IC verteilt sein.
● Beim Layout der Komponenten sollte darauf geachtet werden, dass Komponenten, die dieselbe Stromversorgung verwenden, möglichst zusammen platziert werden, um eine spätere Aufteilung der Stromversorgung zu erleichtern.
● Die Platzierung von resistiven und kapazitiven Geräten, die zur Impedanzanpassung verwendet werden, sollte entsprechend ihren Eigenschaften rationalisiert werden.
Die Anordnung der Anpassungskondensatoren und -widerstände sollte klar definiert sein und die Anschlussanpassung für mehrere Lasten muss am entferntesten Ende des Signals platziert werden.
●Das Layout des Anpassungswiderstands sollte nahe am Antriebsende des Signals liegen, und der Abstand beträgt im Allgemeinen nicht mehr als 500
● Passen Sie die Zeichen an. Um sicherzustellen, dass die Zeicheninformationen nach dem Zusammenbau klar erkennbar sind, dürfen sich nicht alle Zeichen auf der oberen Scheibe befinden. Alle Zeichen sollten in X- und Y-Richtung einheitlich sein. Die Größe der Zeichen und der Seidenminen sollte einheitlich sein.
● Platzieren Sie den MARK-Punkt der Leiterplatte.
5. Leiterplattenverdrahtung
●Priorisierung der Verkabelung
① Prinzip der losen Dichte: Beginnen Sie mit der Verdrahtung beim Gerät mit der einfachsten Verbindungsbeziehung auf der Leiterplatte und beginnen Sie mit der Verdrahtung im Bereich mit der lockersten Verbindung, um den individuellen Zustand zu regulieren.
2. Prinzip der Kernpriorität: Beispielsweise sollten DDR-RAM und andere Kernkomponenten priorisiert verdrahtet werden. Ähnliche Signalübertragungsleitungen sollten eine eigene Schicht, Stromversorgung und Masseschleife aufweisen. Andere Nebensignale sollten als Ganzes betrachtet werden und dürfen nicht mit den Hauptsignalen in Konflikt geraten.
3. Priorität wichtiger Signalleitungen: Stromversorgung, analoge Kleinsignale, Hochgeschwindigkeitssignale, Taktsignale und Synchronisationssignale sowie andere wichtige Signalprioritätsverdrahtungen.
● Erdungskreisregeln.
Die Regel des minimalen Schleifendurchmessers besagt, dass die Ringfläche, die die Signalleitung und ihre Schleife bilden, so klein wie möglich sein sollte. Je kleiner die Ringfläche, desto geringer ist die Abstrahlung nach außen und desto geringer ist auch die Anzahl der von außen empfangenen Störungen. Gemäß dieser Regel müssen bei der Aufteilung der Massefläche die Verteilung der Massefläche und die wichtige Signalausrichtung berücksichtigt werden, um Probleme durch Sandin-Masseflächenschlitze usw. zu vermeiden: Bei einem doppelschichtigen Platinendesign muss, um genügend Platz für die Stromversorgung zu lassen, der Teil der Masse mit Bezugszeichen ausgefüllt werden, um die Vergrößerung einiger notwendiger Löcher zu ermöglichen. Dadurch werden beide Seiten des Signals effektiv mit dem Messgerät verbunden. Für einige wichtige Signale wird versucht, die Masse zu isolieren, und für einige Hochfrequenzdesigns ist besondere Beachtung erforderlich. Bei einigen Hochfrequenzdesigns muss der Signalschleife der Massefläche besondere Beachtung geschenkt werden, und es wird empfohlen, mehrschichtige Platinen zu verwenden.
● Verschlüsselungskontrolle:
Die gegenseitige Beeinflussung verschiedener Netzwerke auf der Leiterplatte durch lange Parallelleitungen ist hauptsächlich auf die verteilte Kapazität und Induktivität zwischen parallelen Leitungen zurückzuführen. Die wichtigste Maßnahme zur Vermeidung dieser Störungen besteht darin, den Abstand zwischen den Parallelleitungen zu vergrößern und die 3-W-Regel einzuhalten.
● Abschirmschutz:
Entsprechend den Regeln für Erdschleifen geht es tatsächlich auch darum, den Signalschleifenbereich zu minimieren. Dies gilt insbesondere für einige der wichtigeren Signale, wie etwa Taktsignale und Synchronisationssignale. Für einige besonders wichtige Signale, insbesondere Hochfrequenzsignale, muss die Verwendung einer Kupferachsen-Kabelabschirmungsstruktur in Betracht gezogen werden, d. h. die Stoffleitung oben und unten sowie die linke und rechte Erdungsleitung sind isoliert. Dabei muss auch berücksichtigt werden, wie die Abschirmung der Erde und die tatsächliche Erdungsebene effektiv kombiniert werden können.
● Regeln zur Ausrichtungsrichtungskontrolle:
Die Ausrichtungsrichtung benachbarter Schichten bildet eine orthogonale Struktur, um zu vermeiden, dass unterschiedliche Signalleitungen in benachbarten Schichten in die gleiche Richtung verlaufen, um unnötige Interferenzen zwischen den Schichten zu reduzieren. Wenn dies aufgrund struktureller Einschränkungen der Platine schwierig zu vermeiden ist, insbesondere bei hoher Signalrate, muss die Isolierung der Masseebene der Verdrahtungsschicht und die Isolierung der Massesignalleitung der Signalleitung berücksichtigt werden.
● Regeln zur Impedanzanpassung:
Die Breite der Verkabelung sollte im gesamten Netzwerk einheitlich sein. Abweichungen in der Breite können zu Ungleichmäßigkeiten im Wellenwiderstand und zu Reflexionen bei höheren Übertragungsgeschwindigkeiten führen, die im Design möglichst vermieden werden sollten. Unter bestimmten Bedingungen, wie z. B. bei Anschlussleitungen, BGA-Gehäuseleitungen und ähnlichen Konstruktionen, lassen sich Abweichungen in der Leitungsbreite möglicherweise nicht vermeiden. Die effektive Länge der dazwischenliegenden Inkonsistenzen sollte daher minimiert werden.
- Regeln zur Kontrolle der Ausrichtungslänge:
Die Regeln zur Steuerung der Ausrichtungslänge, d. h. die Regel der kurzen Leitungen, sollten beim Design darauf achten, die Verkabelungslänge so kurz wie möglich zu halten, um die durch die Länge der Ausrichtung verursachten Interferenzen zu reduzieren. Insbesondere bei wichtigen Signalleitungen, wie z. B. der Taktleitung, sollte der Oszillator möglichst nahe am Gerät platziert werden. Für die Ansteuerung mehrerer Geräte sollte je nach Situation entschieden werden, welche Netzwerktopologie verwendet werden soll.
- Fasenregeln:
Scharfe und rechte Winkel sollten beim PCB-Design vermieden werden, da sie unerwünschte Strahlung erzeugen und die Prozessleistung beeinträchtigen. Alle Linienwinkel sollten ≥ 135° betragen.
- Integritätsregeln für Strom- und Erdungsschichten:
Bei Bereichen mit einer hohen Dichte an Leitungslöchern muss darauf geachtet werden, dass keine Löcher in den ausgehöhlten Bereichen der Strom- und Masseschichten miteinander verbunden werden, da dies zu einer Teilung der Planarschicht führen kann, die die Integrität der Planarschicht beschädigen und wiederum zu einer Vergrößerung der Schleifenfläche der Signalleitungen in der Masseschicht führen kann.
- 3W-Regel:
Um Störungen zwischen den Leitungen zu vermeiden, sollte der Leitungsabstand ausreichend groß sein. Wenn der Abstand zwischen den Leitungen mindestens dreimal so groß ist wie die Leitungsbreite, können 3 % der elektrischen Felder störungsfrei gehalten werden (70-W-Regel). Um 3 % der elektrischen Felder störungsfrei zu halten, kann die 98-W-Regel angewendet werden.
●Regel 20H:
Da das elektrische Feld zwischen der Versorgungs- und der Masseschicht variabel ist, werden elektromagnetische Störungen an den Rändern der Platine nach außen abgestrahlt. Dies wird als Randeffekt bezeichnet. Es ist möglich, die Stromversorgungsschicht nach innen zu verkleinern, sodass das elektrische Feld nur innerhalb der Masseschicht geleitet wird. Bezogen auf ein H (die Dicke des Dielektrikums zwischen Strom und Masse) beschränkt eine Kontraktion nach innen um 20 H 70 % des elektrischen Felds auf die geerdete Kante; eine Kontraktion nach innen um 100 H beschränkt 98 % des elektrischen Felds.
Setup-Regeln
1. Anordnen der Stapelreihenfolge
● In digitalen Hochgeschwindigkeitsschaltungen sollten die Strom- und Masseschichten möglichst nahe beieinander liegen und keine Verkabelung dazwischen angeordnet sein.
Alle Verdrahtungsebenen liegen möglichst nah an einer Ebene, wobei die Masseebene als Isolationsebene bevorzugt wird.
● Um Interferenzen zwischen Signalen zu minimieren, sollten die Signalrichtungen benachbarter Verdrahtungsebenen senkrecht zueinander stehen. Wenn die gleiche Richtung nicht vermieden werden kann, sollte die Überlappung von Signalen in der gleichen Richtung benachbarter Signalebenen unbedingt vermieden werden.
● Sie können je nach Bedarf mehrere Impedanzschichten einrichten. Die Impedanzschichten sollten je nach Bedarf deutlich gekennzeichnet sein. Achten Sie auf die Auswahl der Referenzschicht und ordnen Sie alle Signale mit Impedanzanforderungen auf der Impedanzschicht an.
2.Sdie Linienbreite, den Zeilenabstand
● Wenn der durchschnittliche Signalstrom relativ groß ist, muss die Beziehung zwischen Leitungsbreite und Strom berücksichtigt werden. Einzelheiten finden Sie in der folgenden Tabelle, der Strombelastbarkeitstabelle für Kupfer-Platin unterschiedlicher Dicke und Breite.
3.Einrichten des Überlochs
Zur Einstellung der Lochpads und Lochdurchmesser kann folgende Tabelle verwendet werden.
