Preparazione del progetto PCB
1. Informazioni da fornire con l'hardware C
●Diagrammi schematici accurati, inclusi file cartacei ed elettronici e tabelle di rete prive di errori.
● Un BOM ufficiale con i codici dei componenti. L'ingegnere hardware dovrebbe fornire un DATASHEET o un oggetto fisico per i componenti che non sono presenti nella libreria del pacchetto e specificare l'ordine in cui sono definiti i pin.
● Fornire un layout generale del PCB o la posizione delle unità importanti e dei circuiti principali. Fornire diagrammi della struttura del PCB, che indichino la forma del PCB, i fori di montaggio, il posizionamento dei componenti, le aree vietate e altre informazioni pertinenti.
2. Requisiti di progettazione di base prima del design
● Componenti e reti ad alta corrente da 1 A o più.
● Importanti segnali di clock, segnali differenziali e segnali digitali ad alta velocità.
● Segnali analogici di piccola entità e altri segnali facilmente disturbabili.
● Altri segnali speciali richiesti.
3. Note sulle richieste speciali
● Linee di distribuzione differenziale, reti che richiedono schermatura, reti a impedenza caratteristica, reti a ritardo uguale, ecc.
● Zone di cablaggio vietate per componenti speciali, offset della pasta saldante, aperture della resistenza alla saldatura e altri requisiti strutturali speciali.
● Leggere attentamente gli schemi per comprendere l'architettura del circuito e le condizioni operative del circuito.
● Confermare le reti critiche nel PCB e comprendere i requisiti di progettazione per i componenti ad alta velocità sulla base di una comunicazione approfondita con gli ingegneri hardware.
Processo di progettazione
1. Imballaggio dei componenti fissi
● Aprire la tabella di rete e scorrere tutti i pacchetti per assicurarsi che i pacchetti di tutti i componenti siano corretti e che la libreria dei componenti li contenga, e che tutte le informazioni nella tabella di rete siano in maiuscolo, in modo che un lato sia pieno di problemi o che la distinta base del PCB non sia continua, e che la denominazione specifica dei componenti sia conforme alla denominazione standard aziendale. Tutti i componenti standard sono impacchettati nella libreria unificata dei componenti dell'azienda.
● Per i pacchetti che non esistono nella libreria dei componenti, l'ingegnere hardware dovrebbe fornire il DATASHEET del componente o l'oggetto fisico per costruire la libreria da parte della persona specializzata nella costruzione della libreria e chiedere conferma all'altra parte.
2. Stabilire il telaio della scheda PCB
● Creare un file PCB in base al disegno della struttura del PCB o al modello corrispondente, inclusi i fori di montaggio, le zone senza cablaggio e altre informazioni correlate.
● Dimensionamento. La struttura esatta del PCB deve essere indicata nello strato di foratura e non è possibile un dimensionamento chiuso.
3. Importa tabella di rete
● Importa la netlist e risolvi tutti i problemi di caricamento. Ogni software EDA è diverso, consulta i tutorial su come gestire questa situazione.
● Se si utilizza un software EDA, la netlist deve essere importata più di due volte (senza alcun messaggio di richiesta) per confermare che l'importazione sia corretta.
4. Layout del PCB
● Il primo passo è determinare il punto di riferimento. Generalmente, il punto di riferimento si trova all'intersezione delle linee di bordo sinistro e inferiore (o all'intersezione delle linee di estensione) o sul primo pad dell'inserto del circuito stampato.
Una volta determinato il punto di riferimento, la disposizione dei componenti e il cablaggio saranno basati su questo punto. Per la disposizione si consiglia una griglia 10-25 MIL.
● Fissare e bloccare innanzitutto tutti gli elementi con i requisiti di posizionamento, come richiesto.
● Principi base del layout:
1. Segui il principio di anteporre il difficile al facile e il grande al piccolo.
② Layout: è possibile fare riferimento allo schema e al layout approssimativo forniti dall'ingegnere hardware e posizionare i principali dispositivi originali in base allo schema del flusso del segnale.
3. Le linee di collegamento totali sono le più corte possibile, con le linee di segnale critiche più corte.
④ I segnali forti, i segnali deboli, i segnali ad alta tensione e i segnali a bassa tensione devono essere completamente separati.
⑤ I componenti ad alta frequenza devono essere adeguatamente distanziati.
⑥ Segnali analogici e digitali separati.
● Ove possibile, si dovrebbero adottare layout simmetrici per le parti del circuito della stessa struttura.
● Ottimizzare la disposizione secondo i criteri di distribuzione uniforme, baricentro equilibrato e disposizione esteticamente gradevole.
● I componenti nella stessa riga devono essere allineati nella direzione X o Y. Anche i componenti discreti polarizzati nella stessa riga devono essere allineati nella direzione X o Y per facilitare la produzione e il debug.
● I componenti devono essere posizionati in modo da facilitare il debug e la manutenzione, evitando di posizionare componenti di piccole dimensioni adiacenti a componenti di grandi dimensioni e lasciando spazio sufficiente intorno ai componenti da sottoporre a debug. I componenti che generano calore devono avere spazio sufficiente per la dissipazione del calore. I componenti termici devono essere tenuti lontani dai componenti che generano calore.
● I componenti doppi in linea devono essere distanti più di 2 mm l'uno dall'altro.
- mm. I piccoli componenti SMD, come resistori e condensatori, devono essere posizionati a una distanza superiore a 0.7 mm l'uno dall'altro. L'esterno dei pad dei componenti SMD deve essere posizionato a più di 2 mm dall'esterno dei pad dei componenti a cartuccia adiacenti. I dispositivi a innesto non devono essere posizionati a meno di 5 mm da un componente crimpato. I componenti SMD non devono essere posizionati a meno di 5 mm dalla superficie di saldatura.
● Il condensatore di disaccoppiamento del circuito integrato dovrebbe essere posizionato il più vicino possibile al pin di alimentazione del chip, con l'alta frequenza come principio di massima prossimità. Il circuito più corto dovrebbe essere quello tra il condensatore di disaccoppiamento, l'alimentazione e la massa.
● La capacità di bypass deve essere distribuita uniformemente attorno al circuito integrato.
● Quando si dispongono i componenti, si dovrebbe considerare che quelli che utilizzano lo stesso alimentatore debbano essere posizionati il più possibile insieme, per facilitare la futura suddivisione dell'alimentatore.
● Il posizionamento dei dispositivi resistivi e capacitivi utilizzati per scopi di adattamento di impedenza dovrebbe essere razionalizzato in base alle loro proprietà.
La disposizione dei condensatori e dei resistori corrispondenti deve essere definita in modo chiaro e l'abbinamento dei terminali per carichi multipli deve essere posizionato all'estremità più lontana del segnale.
●La disposizione del resistore di adattamento dovrebbe essere vicina all'estremità di comando del segnale e la distanza generalmente non è superiore a 500
● Regolare i caratteri. Non tutti i caratteri devono trovarsi sul disco superiore per garantire che le informazioni sui caratteri siano chiaramente visibili dopo l'assemblaggio. Tutti i caratteri devono essere uniformi nella direzione X o Y. La dimensione dei caratteri e dei fili di seta deve essere uniforme.
● Posizionare il punto MARK del PCB.
5. Cablaggio PCB
●Prioritizzazione del cablaggio
① Principio di densità lasca: iniziare il cablaggio dal dispositivo con una semplice relazione di connessione sulla scheda stampata e iniziare il cablaggio dall'area con la connessione più lasca per regolare lo stato individuale.
2. Principio di priorità del core: ad esempio, la RAM DDR e altri componenti core dovrebbero avere priorità nel cablaggio, mentre le linee di trasmissione di segnali simili dovrebbero prevedere un livello dedicato, alimentazione e loop di massa. Altri segnali minori dovrebbero essere considerati nel loro complesso e non dovrebbero entrare in conflitto con i segnali chiave.
3. Priorità della linea del segnale chiave: alimentazione, piccoli segnali analogici, segnali ad alta velocità, segnali di clock e segnali di sincronizzazione e altri cablaggi prioritari dei segnali chiave.
● Regole del circuito di terra.
La regola del minimo loop, ovvero la linea del segnale e il suo loop costituiscono l'area dell'anello, che dovrebbe essere la più piccola possibile. Minore è l'area dell'anello, minore è la radiazione verso l'esterno, minore è anche la ricezione dei dieci disturbi provenienti dall'esterno. Per questa regola, nella divisione del piano di massa, bisogna tenere conto della distribuzione del piano di massa e dell'importante allineamento del segnale, per evitare i problemi causati dagli slot del piano di massa Sandin, ecc.: nel progetto di una scheda a doppio strato, nel caso in cui si lasci spazio sufficiente per l'alimentatore, si dovrebbe lasciare spazio libero per riempire la parte di massa con riferimento per consentire l'aumento di alcuni dei fori necessari, che saranno collegati a entrambi i lati del segnale, efficacemente collegati al misuratore. Alcuni segnali chiave cercano di isolare l'uso della massa. Per alcuni progetti ad alta frequenza, è necessaria una particolare attenzione. Per alcuni progetti ad alta frequenza, è necessario prestare particolare attenzione al loop del segnale del piano di massa e si consiglia l'utilizzo di schede multistrato.
● Controllo dello scrambling:
L'interferenza reciproca tra diverse reti sul PCB causata da lunghi cablaggi paralleli è dovuta principalmente al ruolo della capacità e dell'induttanza distribuite tra linee parallele. La misura principale per superare l'interferenza è aumentare la distanza tra i cablaggi paralleli e seguire la regola dei 3 W.
● Protezione schermante:
Corrispondente alle regole del ground loop, infatti, è anche quello di ridurre al minimo l'area del loop del segnale, soprattutto per alcuni dei segnali più importanti, come i segnali di clock, i segnali di sincronizzazione: per alcuni segnali particolarmente importanti, in particolare ad alta frequenza, si dovrebbe prendere in considerazione l'utilizzo della progettazione della struttura di schermatura del cavo sull'asse in rame, cioè la linea di tessuto su e giù per l'isolamento della linea di terra sinistra e destra, ma anche di considerare come consentire in modo efficace la schermatura della terra e il piano di terra effettivo sia efficacemente combinato.
● Regole per il controllo della direzione dell'allineamento:
Strati adiacenti della direzione di allineamento in una struttura ortogonale per evitare diverse linee di segnale negli strati adiacenti nella stessa direzione, al fine di ridurre interferenze interstrato non necessarie; quando a causa delle limitazioni strutturali della scheda è difficile evitare la situazione, soprattutto quando la velocità del segnale è elevata, dovrebbe essere preso in considerazione l'isolamento del piano di massa dello strato di cablaggio, l'isolamento della linea del segnale di massa della linea del segnale.
● Regole di adattamento dell'impedenza:
La larghezza del cablaggio deve essere uniforme lungo tutta la rete. Variazioni nella larghezza del cablaggio possono causare irregolarità nell'impedenza caratteristica del cablaggio e riflessioni a velocità di trasmissione più elevate, che dovrebbero essere evitate il più possibile in fase di progettazione. In determinate condizioni, come ad esempio con i cavi dei connettori, i cavi dei package BGA e strutture simili, potrebbe non essere possibile evitare variazioni nella larghezza della linea e la lunghezza effettiva delle incongruenze intermedie dovrebbe essere ridotta al minimo.
- Regole di controllo della lunghezza dell'allineamento:
Le regole di controllo della lunghezza dell'allineamento, ovvero la regola della linea corta, nella progettazione dovrebbero cercare di ridurre al minimo la lunghezza del cablaggio, al fine di ridurre i problemi di interferenza causati dalla lunghezza dell'allineamento, in particolare per alcune linee di segnale importanti, come la linea di clock. Assicurarsi di posizionare l'oscillatore in una posizione molto vicina al dispositivo. Per pilotare più dispositivi, è necessario decidere quale tipo di topologia di rete utilizzare in base alla situazione specifica.
- Regole per la smussatura:
Nella progettazione dei PCB, si dovrebbero evitare angoli acuti e retti, che generano radiazioni indesiderate e compromettono le prestazioni del processo. Tutti gli angoli tra le linee devono essere ≥ 135°.
- Regole di integrità per gli strati di alimentazione e di terra:
Nelle aree con un'elevata densità di fori di conduzione, occorre prestare attenzione a evitare che i fori si interconnettano nelle aree scavate degli strati di alimentazione e di terra, creando una divisione dello strato planare che può danneggiare l'integrità dello strato planare e, a sua volta, portare a un aumento dell'area del loop delle linee di segnale nello strato di terra.
- Regola delle 3 W:
Per ridurre le interferenze tra le linee, è necessario assicurarsi che la spaziatura tra le linee sia sufficientemente ampia. Quando il centro della linea non è inferiore a 3 volte la larghezza della linea, è possibile mantenere il 70% del campo elettrico senza interferenze, noto come regola dei 3 W. Per ottenere il 98% del campo elettrico senza interferenze, è possibile utilizzare la regola dei 10 W.
●Regola 20H:
Poiché il campo elettrico tra gli strati di alimentazione e di terra è variabile, l'interferenza elettromagnetica viene irradiata verso l'esterno lungo i bordi della scheda. Questo è chiamato "effetto bordo". È possibile restringere lo strato di alimentazione verso l'interno in modo che il campo elettrico venga condotto solo entro i confini dello strato di terra. In termini di un H (lo spessore del dielettrico tra alimentazione e terra), una contrazione verso l'interno di 20 H confina il 70% del campo elettrico al bordo di terra; una contrazione verso l'interno di 100 H confina il 98% del campo elettrico.
Regole di configurazione
1. Disporre l'ordine di impilamento
● Nei circuiti digitali ad alta velocità, gli strati di alimentazione e di terra devono essere il più vicini possibile, senza alcun cablaggio intermedio.
Tutti gli strati di cablaggio sono il più vicino possibile a un piano, con il piano di massa preferito come strato di isolamento.
● Per ridurre al minimo le interferenze tra i segnali, le direzioni dei segnali degli strati di cablaggio adiacenti devono essere perpendicolari tra loro e, se non è possibile evitare la stessa direzione, allora la sovrapposizione dei segnali nella stessa direzione degli strati di segnale adiacenti deve essere evitata con tutti i mezzi.
● È possibile impostare diversi livelli di impedenza in base alle esigenze. I livelli di impedenza devono essere etichettati chiaramente come richiesto, prestare attenzione alla selezione del livello di riferimento e disporre tutti i segnali con requisiti di impedenza sopra il livello di impedenza.
2.Se la larghezza della linea, l'interlinea
● Quando la corrente media del segnale è relativamente grande, è necessario considerare la relazione tra larghezza della linea e corrente, per i dettagli, fare riferimento alla tabella seguente, la tabella di trasporto della corrente per rame-platino di diversi spessori e larghezze.
3.Impostazione del foro di perforazione
La seguente tabella può essere utilizzata per l'impostazione dei cuscinetti perforati e dei diametri dei fori.
