Preparação do projeto de PCB
1. Informações a serem fornecidas com o hardware C
●Diagramas esquemáticos precisos, incluindo arquivos em papel e eletrônicos e tabelas de rede sem erros.
● Uma lista de materiais oficial com códigos de componentes. O engenheiro de hardware deve fornecer uma FICHA TÉCNICA ou objeto físico para componentes que não estão na biblioteca de pacotes e especificar a ordem em que os pinos são definidos.
● Forneça um layout geral da placa de circuito impresso ou a localização de unidades importantes e circuitos principais. Forneça diagramas da estrutura da placa de circuito impresso, que devem indicar o formato da placa, furos de montagem, posicionamento dos componentes, áreas proibidas e outras informações relevantes.
2. Requisitos básicos de projeto antes do projeto
● Componentes e redes de alta corrente de 1A ou mais.
● Sinais de clock importantes, sinais diferenciais e sinais digitais de alta velocidade.
● Pequenos sinais analógicos e outros sinais facilmente perturbáveis.
● Outros sinais especiais necessários.
3. Notas de solicitação especial
● Linhas de distribuição diferencial, redes que requerem blindagem, redes de impedância característica, redes de atraso igual, etc.
● Zonas de fiação proibidas para componentes especiais, deslocamentos de pasta de solda, aberturas de resistência de solda e outros requisitos estruturais especiais.
● Leia os esquemas cuidadosamente para entender a arquitetura do circuito e as condições de operação do circuito.
● Confirme as redes críticas no PCB e entenda os requisitos de design para componentes de alta velocidade com base na comunicação completa com engenheiros de hardware.
Processo de design
1. Embalagem de componentes fixos
● Abra a tabela de rede e navegue por todos os pacotes para garantir que os pacotes de todos os componentes estejam corretos, que a biblioteca de componentes contenha os pacotes de todos os componentes e que todas as informações na tabela de rede estejam em letras maiúsculas, de modo que um lado esteja carregado com problemas ou que a lista de materiais do PCB não seja contínua, e que a nomenclatura específica dos componentes esteja de acordo com a nomenclatura padronizada da empresa. Os componentes padrão são todos empacotados na biblioteca unificada de componentes da empresa.
● Para pacotes que não existem na biblioteca de componentes, o engenheiro de hardware deve fornecer o DATASHEET do componente ou o objeto físico para construir a biblioteca pela pessoa especializada na construção da biblioteca e pedir a confirmação da outra parte.
2. Estabelecer a estrutura da placa PCB
● Crie um arquivo PCB de acordo com o desenho da estrutura do PCB ou o modelo correspondente, incluindo furos de montagem, zonas sem fiação e outras informações relacionadas.
● Dimensionamento. A estrutura exata da placa de circuito impresso deve ser indicada na camada de perfuração, não sendo possível dimensionamento fechado.
3. Importar tabela de rede
● Importe a netlist e solucione todos os problemas de carregamento. Cada software EDA é diferente. Consulte os tutoriais sobre como lidar com isso.
● Se você estiver usando o software EDA, a netlist deverá ser importada mais de duas vezes (sem nenhuma mensagem de aviso) para confirmar que a importação está correta.
4 .Layout de PCB
● O primeiro passo é determinar o ponto de referência. Geralmente, o ponto de referência é definido na intersecção das linhas de borda esquerda e inferior (ou na intersecção das linhas de extensão) ou na primeira almofada da inserção da placa impressa.
Uma vez determinado o ponto de referência, o layout dos componentes e a fiação serão baseados neste ponto de referência. Uma grade de 10-25 MIL é recomendada para o layout.
● Proteja e trave todos os elementos com requisitos de posicionamento primeiro, conforme necessário.
● Princípios básicos de layout:
① Siga o princípio de colocar o difícil antes do fácil e o grande antes do pequeno.
2 Layout: Você pode consultar o esquema e o layout aproximado fornecidos pelo engenheiro de hardware e posicionar os principais dispositivos originais de acordo com o padrão de fluxo do sinal.
③ As linhas de conexão totais são tão curtas quanto possível, com as linhas de sinal críticas mais curtas.
④ Sinais fortes, sinais fracos, sinais de alta tensão e sinais de fraca tensão devem ser completamente separados.
⑤ Os componentes de alta frequência devem ser espaçados adequadamente.
⑥ Separe os sinais analógicos e digitais.
● Layouts simétricos devem ser adotados sempre que possível para partes do circuito da mesma estrutura.
● Otimize o layout de acordo com os critérios de distribuição uniforme, centro de gravidade equilibrado e layout esteticamente agradável.
● Os componentes na mesma linha devem ser alinhados na direção X ou Y. Os componentes discretos polarizados na mesma linha também devem ser alinhados na direção X ou Y para facilitar a produção e a depuração.
● Os componentes devem ser dispostos de forma a facilitar a depuração e a manutenção. Nenhum componente pequeno deve ser colocado ao lado de componentes grandes e deve haver espaço suficiente ao redor dos componentes que precisam ser depurados. Os componentes geradores de calor devem ter espaço suficiente para dissipação de calor. Os componentes térmicos devem ser mantidos afastados dos componentes geradores de calor.
● Os componentes duplos em linha devem estar a mais de 2 mm de distância um do outro.
- mm. Pequenos componentes SMD, como resistores e capacitores, devem estar a mais de 0.7 mm de distância uns dos outros. A parte externa das pastilhas dos componentes SMD deve estar a mais de 2 mm da parte externa das pastilhas dos componentes de cartucho vizinhos. Dispositivos plug-in não devem ser colocados a menos de 5 mm de um componente crimpado. Componentes SMD não devem ser colocados a menos de 5 mm da superfície de solda.
● O capacitor de desacoplamento do circuito integrado deve estar o mais próximo possível do pino de alimentação do chip, tendo a alta frequência como princípio de maior proximidade. O circuito mais curto deve ser formado entre ele e a fonte de alimentação e o terra.
● A capacitância do bypass deve ser distribuída uniformemente ao redor do CI.
● Ao dispor os componentes, considere colocá-los o mais juntos possível para facilitar a futura divisão do fornecimento de energia.
● O posicionamento de dispositivos resistivos e capacitivos usados para fins de casamento de impedância deve ser racionalizado de acordo com suas propriedades.
O layout dos capacitores e resistores correspondentes deve ser claramente definido, e a correspondência dos terminais para múltiplas cargas deve ser colocada na extremidade mais distante do sinal.
●O layout do resistor correspondente deve estar próximo à extremidade de acionamento do sinal e a distância geralmente não é maior que 500
● Ajuste os caracteres. Todos os caracteres não devem ficar no disco superior para garantir que as informações dos caracteres possam ser vistas claramente após a montagem. Todos os caracteres devem ser consistentes na direção X ou Y. O tamanho dos caracteres e das pontas de seda deve ser uniforme.
● Posicione o ponto MARK do PCB.
5. Fiação da placa de circuito impresso
●Priorização de cabeamento
① Princípio da densidade frouxa: inicie a fiação a partir do dispositivo com relação de conexão simples na placa impressa e inicie a fiação a partir da área com a conexão mais frouxa para regular o estado individual.
② Princípio de prioridade do núcleo: por exemplo, DDR RAM e outros componentes principais devem ter prioridade na fiação, e linhas de transmissão de sinais semelhantes devem fornecer uma camada dedicada, alimentação e loop de aterramento. Outros sinais secundários devem ser considerados como um todo e não devem entrar em conflito com os sinais principais.
③Prioridade da linha de sinal principal: fonte de alimentação, pequenos sinais analógicos, sinais de alta velocidade, sinais de clock e sinais de sincronização e outras fiações prioritárias de sinais principais.
● Regras do circuito de aterramento.
Regra mínima de loop, ou seja, a linha de sinal e seu loop constituem a área do anel devem ser tão pequenos quanto possível, a área do anel deve ser tão pequena quanto possível, quanto menor a área do anel, menos radiação para o mundo externo, recebendo o mundo externo dos dez distúrbios também é menor. Para esta regra, na divisão do plano de aterramento, para levar em conta a distribuição do plano de aterramento e o alinhamento importante do sinal, para evitar os problemas causados pelos slots do plano de aterramento Sandin, etc.: no projeto da placa de camada dupla, no caso de deixar espaço suficiente para a fonte de alimentação, deve ser deixado para trás para preencher a parte do aterramento com referência para permitir o aumento de alguns dos furos necessários, será conectado a ambos os lados do sinal efetivamente conectado ao medidor, alguns sinais-chave tentam isolar o uso do aterramento para alguns dos projetos de frequência mais alta, precisam de consideração especial. Para alguns projetos de frequência mais alta, consideração especial deve ser dada ao loop de sinal do plano de aterramento, e é recomendado o uso de placas multicamadas.
● Controle de embaralhamento:
A interferência mútua entre diferentes redes na placa de circuito impresso causada por longos fios paralelos se deve principalmente ao papel da capacitância e da indutância distribuídas entre linhas paralelas. A principal medida para superar a interferência é aumentar a distância entre os fios paralelos e seguir a regra dos 3 W.
● Proteção de blindagem:
Correspondente às regras do loop de aterramento, na verdade, também é minimizar a área do loop de sinal, mais para alguns dos sinais mais importantes, como sinais de clock, sinais de sincronização: para alguns sinais particularmente importantes, especialmente de alta frequência, deve-se considerar o uso do projeto de estrutura de blindagem do cabo do eixo de cobre, ou seja, a linha de tecido para cima e para baixo no isolamento da linha terrestre esquerda e direita, mas também considerar como permitir efetivamente a blindagem do aterramento e o plano de aterramento real é efetivamente combinado.
● Regras para controle de direção de alinhamento:
Camadas adjacentes da direção de alinhamento em uma estrutura ortogonal para evitar diferentes linhas de sinal em camadas adjacentes na mesma direção, a fim de reduzir interferência desnecessária entre camadas; quando devido às limitações estruturais da placa for difícil evitar a situação, especialmente quando a taxa de sinal for alta, deve-se considerar o isolamento do plano de aterramento da camada de fiação, o isolamento da linha de sinal de aterramento da linha de sinal.
● Regras de correspondência de impedância:
A largura da fiação deve ser consistente em toda a rede. Variações na largura da fiação podem causar irregularidades na impedância característica da fiação e reflexões em velocidades de transmissão mais altas, o que deve ser evitado ao máximo no projeto. Sob certas condições, como fios condutores de conectores, fios condutores de encapsulamento BGA e construções semelhantes, pode não ser possível evitar variações na largura da linha, e o comprimento efetivo das inconsistências intermediárias deve ser minimizado.
- Regras de controle de comprimento de alinhamento:
As regras de controle do comprimento do alinhamento, ou seja, a regra da linha curta, devem ser adotadas no projeto para tornar o comprimento da fiação o mais curto possível, a fim de reduzir os problemas de interferência causados pelo comprimento do alinhamento. Em especial, em algumas linhas de sinal importantes, como a linha de clock, certifique-se de que o oscilador esteja bem próximo do dispositivo. Para controlar vários dispositivos, deve-se decidir qual topologia de rede usar de acordo com a situação específica.
- Regras de chanfradura:
Ângulos agudos e retos devem ser evitados no projeto de PCB, pois geram radiação indesejada e prejudicam o desempenho do processo. Todos os ângulos entre linhas devem ser ≥ 135°.
- Regras de integridade para camadas de energia e aterramento:
Para áreas com alta densidade de furos de condução, deve-se tomar cuidado para evitar furos interconectados nas áreas escavadas das camadas de energia e aterramento, criando uma divisão da camada plana, o que pode danificar a integridade da camada plana e, por sua vez, levar a um aumento na área do loop das linhas de sinal na camada de aterramento.
- Regra 3W:
Para reduzir a interferência entre as linhas, certifique-se de que o espaçamento entre elas seja grande o suficiente. Quando o centro da linha não for menor que 3 vezes a largura da linha, é possível manter 70% de campos elétricos sem interferência entre si, conhecido como regra dos 3 W. Se você deseja atingir 98% de campos elétricos sem interferência entre si, pode usar a regra dos 10 W.
●Regra 20H:
Como o campo elétrico entre as camadas de alimentação e terra é variável, a interferência eletromagnética é irradiada para fora nas bordas da placa. Isso é chamado de efeito de borda. É possível encolher a camada de alimentação para dentro, de modo que o campo elétrico seja conduzido apenas dentro dos limites da camada de terra. Em termos de um H (a espessura do dielétrico entre a alimentação e o terra), uma contração interna de 20H confinará 70% do campo elétrico à borda aterrada; uma contração interna de 100H confinará 98% do campo elétrico.
Regras de configuração
1. Organizando a ordem de empilhamento
● Em circuitos digitais de alta velocidade, as camadas de alimentação e aterramento devem estar o mais próximas possível, sem nenhuma fiação entre elas.
Todas as camadas de fiação estão o mais próximo possível de um plano, com o plano de aterramento preferido como camada de isolamento.
● Para minimizar a interferência entre os sinais, as direções dos sinais das camadas de fiação adjacentes devem ser perpendiculares entre si e, se não for possível evitar a mesma direção, a sobreposição de sinais na mesma direção das camadas de sinais adjacentes deve ser evitada por todos os meios.
● É possível configurar várias camadas de impedância de acordo com os requisitos. As camadas de impedância devem ser rotuladas claramente conforme necessário, prestar atenção à seleção da camada de referência e organizar todos os sinais com requisitos de impedância sobre a camada de impedância.
2. Defina a largura da linha e o espaçamento entre linhas.
● Quando a corrente média do sinal é relativamente grande, é necessário considerar a relação entre a largura da linha e a corrente. Para obter detalhes, consulte a tabela a seguir, a tabela de condução de corrente para cobre-platina de diferentes espessuras e larguras.
3. Preparando o furo sobreposto
A tabela a seguir pode ser usada para definir almofadas de perfuração e diâmetros de furos.
