จุดเด่นของการออกแบบแผงวงจรพิมพ์

การเตรียมการออกแบบ PCB

1. ข้อมูลที่ต้องระบุพร้อมกับฮาร์ดแวร์C

● แผนผังที่แม่นยำ รวมถึงไฟล์กระดาษและอิเล็กทรอนิกส์ และตารางเครือข่ายที่ปราศจากข้อผิดพลาด

● BOM อย่างเป็นทางการพร้อมรหัสส่วนประกอบ วิศวกรฮาร์ดแวร์ควรจัดเตรียม DATASHEET หรือวัตถุทางกายภาพสำหรับส่วนประกอบที่ไม่อยู่ในไลบรารีแพ็คเกจ และระบุลำดับในการกำหนดพิน

● จัดเตรียมเค้าโครงทั่วไปของ PCB หรือตำแหน่งของหน่วยสำคัญและวงจรหลัก จัดเตรียมไดอะแกรมโครงสร้าง PCB ซึ่งควรระบุรูปร่างของ PCB รูยึด ส่วนประกอบตำแหน่ง พื้นที่ห้ามเข้า และข้อมูลที่เกี่ยวข้องอื่นๆ

2. ข้อกำหนดพื้นฐานด้านการออกแบบก่อนเริ่มการออกแบบ

● ส่วนประกอบและเครือข่ายกระแสไฟฟ้าสูง 1A หรือมากกว่า

● สัญญาณนาฬิกาที่สำคัญ สัญญาณส่วนต่าง และสัญญาณดิจิตอลความเร็วสูง

● สัญญาณอนาล็อกขนาดเล็กและสัญญาณอื่น ๆ ที่ถูกรบกวนได้ง่าย

● สัญญาณพิเศษอื่น ๆ ที่จำเป็น

3. หมายเหตุคำขอพิเศษ

● สายจ่ายไฟแบบดิฟเฟอเรนเชียล เครือข่ายที่ต้องการการป้องกัน เครือข่ายอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะ เครือข่ายความล่าช้าเท่ากัน ฯลฯ

● โซนเดินสายที่ห้ามใช้สำหรับส่วนประกอบพิเศษ การชดเชยของยาประสาน ช่องเปิดของสารต้านการประสาน และข้อกำหนดพิเศษด้านโครงสร้างอื่นๆ

● อ่านแผนผังอย่างละเอียดเพื่อทำความเข้าใจสถาปัตยกรรมวงจรและทำความเข้าใจเงื่อนไขการทำงานของวงจร

● ยืนยันเครือข่ายที่สำคัญใน PCB และทำความเข้าใจข้อกำหนดการออกแบบสำหรับส่วนประกอบความเร็วสูงตามการสื่อสารอย่างละเอียดกับวิศวกรฮาร์ดแวร์

กระบวนการออกแบบ

1. การบรรจุหีบห่อส่วนประกอบคงที่

● เปิดตารางเครือข่ายและเรียกดูแพ็คเกจทั้งหมดเพื่อให้แน่ใจว่าแพ็คเกจของส่วนประกอบทั้งหมดถูกต้อง และไลบรารีส่วนประกอบมีแพ็คเกจของส่วนประกอบทั้งหมด และข้อมูลทั้งหมดในตารางเครือข่ายเป็นตัวพิมพ์ใหญ่ ดังนั้นด้านหนึ่งจึงเต็มไปด้วยปัญหาหรือ BOM ของ PCB ไม่ต่อเนื่อง และการตั้งชื่อเฉพาะของส่วนประกอบได้รับการตั้งชื่อตามการตั้งชื่อมาตรฐานของบริษัท ส่วนประกอบมาตรฐานทั้งหมดถูกบรรจุในไลบรารีส่วนประกอบรวมของบริษัท

● สำหรับแพ็คเกจที่ไม่มีอยู่ในไลบรารีส่วนประกอบ วิศวกรฮาร์ดแวร์ควรจัดเตรียม DATASHEET ของส่วนประกอบหรือวัตถุทางกายภาพเพื่อสร้างไลบรารีโดยบุคคลที่เชี่ยวชาญในการสร้างไลบรารี และขอให้บุคคลอื่นยืนยัน

2. ประกอบโครงบอร์ด PCB

● สร้างไฟล์ PCB ตามรูปวาดโครงสร้าง PCB หรือเทมเพลตที่สอดคล้องกัน รวมถึงรูสำหรับติดตั้ง โซนที่ไม่ต้องเดินสาย และข้อมูลอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง

● การกำหนดขนาด ควรระบุโครงสร้างที่แน่นอนของ PCB ไว้ในชั้นการเจาะ และไม่สามารถกำหนดขนาดแบบปิดได้

3. นำเข้าตารางเครือข่าย

● นำเข้าเน็ตลิสต์และแก้ไขปัญหาในการโหลดทั้งหมด ซอฟต์แวร์ EDA แต่ละตัวจะแตกต่างกัน โปรดดูบทช่วยสอนเกี่ยวกับวิธีจัดการเรื่องนี้

● หากคุณใช้ซอฟต์แวร์ EDA จะต้องนำเข้าเน็ตลิสต์มากกว่า 2 ครั้ง (โดยไม่แสดงข้อความแจ้งเตือน) เพื่อยืนยันว่าการนำเข้านั้นถูกต้อง

4. การจัดวาง PCB

ขั้นตอนแรกคือการกำหนดจุดอ้างอิง โดยทั่วไป จุดอ้างอิงจะตั้งไว้ที่จุดตัดของเส้นขอบด้านซ้ายและด้านล่าง (หรือจุดตัดของเส้นต่อขยาย) หรือที่แผ่นแรกของแผ่นแทรกของบอร์ดที่พิมพ์

เมื่อกำหนดจุดอ้างอิงแล้ว การจัดวางส่วนประกอบและการเดินสายจะอิงตามจุดอ้างอิงนี้ ขอแนะนำให้ใช้กริด 10-25 MIL สำหรับการจัดวาง

● ยึดและล็อคองค์ประกอบทั้งหมดตามข้อกำหนดด้านตำแหน่งก่อนตามความจำเป็น

● หลักการพื้นฐานของการจัดวาง:

① ปฏิบัติตามหลักการเอาสิ่งยากมาก่อนสิ่งที่ง่าย และเรื่องใหญ่มาก่อนเรื่องเล็ก

② เค้าโครง: คุณสามารถดูแผนผังและเค้าโครงคร่าวๆ ที่วิศวกรฮาร์ดแวร์จัดทำไว้ และวางอุปกรณ์ดั้งเดิมหลักตามรูปแบบการไหลของสัญญาณ

③ เส้นเชื่อมต่อทั้งหมดจะสั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยเส้นสัญญาณวิกฤตจะสั้นที่สุด

④ สัญญาณที่แรง สัญญาณที่อ่อน สัญญาณแรงดันสูง และสัญญาณแรงดันไฟฟ้าอ่อน ควรแยกออกจากกันอย่างชัดเจน

⑤ ส่วนประกอบความถี่สูงควรมีระยะห่างที่เหมาะสม

⑥ แยกสัญญาณอะนาล็อกและดิจิตอล

● ควรใช้เค้าโครงแบบสมมาตรสำหรับส่วนวงจรที่มีโครงสร้างเดียวกันเท่าที่เป็นไปได้

● ปรับปรุงเค้าโครงให้เหมาะสมตามเกณฑ์การกระจายตัวที่สม่ำเสมอ จุดศูนย์ถ่วงที่สมดุล และเค้าโครงที่สวยงาม

● ส่วนประกอบในแถวเดียวกันควรจัดเรียงในทิศทาง X หรือ Y ส่วนประกอบแยกที่มีโพลาไรซ์ในแถวเดียวกันควรจัดเรียงในทิศทาง X หรือ Y เช่นกัน เพื่ออำนวยความสะดวกในการผลิตและแก้ไขข้อบกพร่อง

● ควรวางส่วนประกอบต่างๆ ในลักษณะที่เอื้อต่อการแก้ไขข้อบกพร่องและการบำรุงรักษา ไม่ควรวางส่วนประกอบขนาดเล็กไว้ด้านข้างของส่วนประกอบขนาดใหญ่ และควรมีพื้นที่ว่างเพียงพอรอบๆ ส่วนประกอบที่ต้องแก้ไขข้อบกพร่อง ส่วนประกอบที่สร้างความร้อนควรมีพื้นที่เพียงพอสำหรับการระบายความร้อน ควรเก็บส่วนประกอบที่สร้างความร้อนให้ห่างจากส่วนประกอบที่สร้างความร้อน

● ส่วนประกอบแบบอินไลน์คู่ควรอยู่ห่างกันมากกว่า 2 มม.

• มม. ส่วนประกอบ SMD ขนาดเล็ก เช่น ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ ควรห่างกันมากกว่า 0.7 มม. ด้านนอกของแผ่นรองของส่วนประกอบ SMD ควรอยู่ห่างจากด้านนอกของแผ่นรองของส่วนประกอบตลับที่อยู่ใกล้เคียงมากกว่า 2 มม. ห้ามวางอุปกรณ์ปลั๊กอินภายในระยะ 5 มม. จากส่วนประกอบที่จีบ ห้ามวางส่วนประกอบ SMD ภายในระยะ 5 มม. จากพื้นผิวการบัดกรี

● ตัวเก็บประจุแยกของวงจรรวมควรอยู่ใกล้กับพินแหล่งจ่ายไฟของชิปให้มากที่สุด โดยใช้ความถี่สูงเป็นหลักการของความใกล้ชิดที่สุด ควรสร้างวงจรที่สั้นที่สุดระหว่างตัวเก็บประจุและแหล่งจ่ายไฟและกราวด์

● ความจุบายพาสควรกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่ว IC

● เมื่อจัดวางส่วนประกอบต่างๆ ควรพิจารณาจัดวางส่วนประกอบที่ใช้แหล่งจ่ายไฟเดียวกันให้ชิดกันมากที่สุด เพื่อให้สามารถแยกแหล่งจ่ายไฟในอนาคตได้

● การจัดวางอุปกรณ์ต้านทานและความจุที่ใช้เพื่อจุดประสงค์การจับคู่ค่าอิมพีแดนซ์ควรได้รับการปรับให้เหมาะสมตามคุณสมบัติของอุปกรณ์เหล่านั้น

ควรมีการกำหนดเค้าโครงของตัวเก็บประจุและตัวต้านทานที่ตรงกันอย่างชัดเจน และการจับคู่ขั้วสำหรับโหลดหลายตัวจะต้องวางไว้ที่ปลายสุดของสัญญาณ

●การจัดวางตัวต้านทานที่ตรงกันควรอยู่ใกล้กับปลายขับเคลื่อนของสัญญาณ และระยะทางโดยทั่วไปจะไม่เกิน 500

● ปรับตัวอักษร ตัวอักษรทั้งหมดต้องไม่อยู่ในดิสก์ด้านบนเพื่อให้มองเห็นข้อมูลตัวอักษรได้ชัดเจนหลังจากประกอบ ตัวอักษรทั้งหมดควรมีความสม่ำเสมอในทิศทาง X หรือ Y ขนาดของตัวอักษรและเส้นไหมควรสม่ำเสมอ

● วางจุด MARK ของ PCB

5. การ เดินสายPCB

●การกำหนดลำดับความสำคัญของการเดินสาย

① หลักการของความหนาแน่นแบบหลวม: เริ่มเดินสายจากอุปกรณ์ที่มีความสัมพันธ์การเชื่อมต่อแบบง่ายบนแผงวงจรพิมพ์ และเริ่มเดินสายจากพื้นที่ที่มีการเชื่อมต่อแบบหลวมที่สุดเพื่อควบคุมสถานะแต่ละสถานะ

② หลักการลำดับความสำคัญของแกนหลัก: ตัวอย่างเช่น DDR RAM และส่วนแกนหลักอื่นๆ ควรให้ความสำคัญกับการเดินสาย สายส่งสัญญาณที่คล้ายกันควรมีเลเยอร์เฉพาะ กำลังไฟ และลูปกราวด์ ควรพิจารณาสัญญาณรองอื่นๆ เป็นองค์รวม และไม่ควรขัดแย้งกับสัญญาณหลัก

③ความสำคัญของสายสัญญาณหลัก: แหล่งจ่ายไฟ สัญญาณอนาล็อกขนาดเล็ก สัญญาณความเร็วสูง สัญญาณนาฬิกาและสัญญาณซิงโครไนซ์ และการเดินสายความสำคัญของสัญญาณหลักอื่นๆ

● กฎของวงจรกราวด์

กฎขั้นต่ำของลูปคือเส้นสัญญาณและลูปประกอบกันพื้นที่วงแหวนควรมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้พื้นที่วงแหวนควรมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้พื้นที่วงแหวนยิ่งเล็กลงการแผ่รังสีออกสู่โลกภายนอกก็ยิ่งน้อยลง การรับสัญญาณรบกวนจากโลกภายนอกทั้งสิบก็มีขนาดเล็กลงเช่นกัน สำหรับกฎนี้ในการแบ่งระนาบกราวด์ ให้คำนึงถึงการกระจายของระนาบกราวด์และการจัดตำแหน่งสัญญาณที่สำคัญ เพื่อป้องกันปัญหาที่เกิดจากช่องระนาบกราวด์ของ Sandin เป็นต้น: ในการออกแบบบอร์ดสองชั้น ในกรณีที่ต้องเว้นพื้นที่เพียงพอสำหรับแหล่งจ่ายไฟ ควรเว้นไว้เพื่อเติมส่วนกราวด์โดยอ้างอิงเพื่อให้สามารถเพิ่มรูที่จำเป็นบางส่วนได้ จะเชื่อมต่อกับทั้งสองด้านของสัญญาณที่เชื่อมต่อกับมิเตอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ สัญญาณหลักบางส่วนพยายามแยกการใช้กราวด์สำหรับการออกแบบความถี่สูงบางส่วน ต้องพิจารณาเป็นพิเศษ สำหรับการออกแบบความถี่สูงบางส่วน ควรพิจารณาเป็นพิเศษกับลูปสัญญาณระนาบกราวด์ และแนะนำให้ใช้บอร์ดหลายชั้น

● การควบคุมการสับเปลี่ยน:

การรบกวนซึ่งกันและกันระหว่างเครือข่ายต่างๆ บน PCB ที่เกิดจากการเดินสายขนานยาวนั้น ส่วนใหญ่เกิดจากบทบาทของความจุกระจายและความเหนี่ยวนำกระจายระหว่างสายขนาน มาตรการหลักในการเอาชนะการรบกวนคือการเพิ่มระยะห่างระหว่างการเดินสายขนานและปฏิบัติตามกฎ 3W

● การป้องกันแบบป้องกัน:

สอดคล้องกับกฎของลูปกราวด์ ในความเป็นจริงแล้ว คือการลดพื้นที่ของลูปกราวด์สัญญาณให้เหลือน้อยที่สุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับสัญญาณที่สำคัญบางสัญญาณ เช่น สัญญาณนาฬิกา สัญญาณซิงโครไนซ์ สำหรับสัญญาณที่สำคัญบางสัญญาณ โดยเฉพาะสัญญาณความถี่สูง ควรพิจารณาใช้การออกแบบโครงสร้างป้องกันสายเคเบิลแกนทองแดง นั่นคือ การแยกสายดินด้านซ้ายและขวาขึ้นและลง แต่ต้องพิจารณาด้วยว่าจะยอมให้การป้องกันกราวด์และระนาบกราวด์จริงรวมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพได้อย่างไร

● กฎสำหรับการควบคุมทิศทางการจัดตำแหน่ง:

ชั้นที่อยู่ติดกันมีทิศทางการจัดตำแหน่งเป็นโครงสร้างมุมฉาก เพื่อหลีกเลี่ยงเส้นสัญญาณที่แตกต่างกันในชั้นที่อยู่ติดกันในทิศทางเดียวกัน เพื่อลดการรบกวนระหว่างชั้นที่ไม่จำเป็น เมื่อเกิดข้อจำกัดทางโครงสร้างของบอร์ด ทำให้หลีกเลี่ยงสถานการณ์ได้ยาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่ออัตราสัญญาณสูง ควรพิจารณาการแยกระนาบกราวด์ของชั้นสายไฟ การแยกเส้นสัญญาณกราวด์ของเส้นสัญญาณ

● กฎการจับคู่ค่าอิมพีแดนซ์:

ความกว้างของสายไฟควรสม่ำเสมอทั่วทั้งเครือข่ายเดียวกัน การเปลี่ยนแปลงความกว้างของสายไฟอาจทำให้ค่าอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะของสายไฟไม่สม่ำเสมอและเกิดการสะท้อนที่ความเร็วการส่งข้อมูลที่สูงขึ้น ซึ่งควรหลีกเลี่ยงให้ได้มากที่สุดในการออกแบบ ภายใต้เงื่อนไขบางประการ เช่น สายนำของขั้วต่อ สายนำของแพ็คเกจ BGA และโครงสร้างที่คล้ายคลึงกัน อาจไม่สามารถหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงความกว้างของสายไฟได้ และควรลดความยาวที่มีประสิทธิภาพของความไม่สอดคล้องของตัวกลางให้เหลือน้อยที่สุด

• กฎการควบคุมความยาวการจัดตำแหน่ง:

กฎการควบคุมความยาวของการจัดตำแหน่ง นั่นคือกฎของสายสั้น ในการออกแบบควรพยายามทำให้ความยาวของสายสั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เพื่อลดปัญหาการรบกวนที่เกิดจากความยาวของการจัดตำแหน่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสายสัญญาณที่สำคัญบางสาย เช่น สายนาฬิกา ควรวางออสซิลเลเตอร์ไว้ในตำแหน่งที่ใกล้กับอุปกรณ์มากที่สุด สำหรับการขับเคลื่อนอุปกรณ์หลายเครื่อง ควรตัดสินใจว่าจะใช้โทโพโลยีเครือข่ายแบบใดตามสถานการณ์เฉพาะ

• กฎการลบมุม:

ควรหลีกเลี่ยงการใช้มุมแหลมและมุมฉากในการออกแบบ PCB เพราะจะทำให้เกิดรังสีที่ไม่ต้องการและทำให้ประสิทธิภาพของกระบวนการลดลง มุมระหว่างเส้นทั้งหมดควรอยู่ที่ ≥ 135°

• กฎความสมบูรณ์ของชั้นไฟฟ้าและชั้นดิน:

สำหรับพื้นที่ที่มีความหนาแน่นของรูนำไฟฟ้าสูง ควรระมัดระวังไม่ให้มีรูเชื่อมต่อกันในพื้นที่ขุดของชั้นไฟฟ้าและชั้นกราวด์ เพราะจะทำให้ชั้นระนาบแบ่งตัว ซึ่งอาจสร้างความเสียหายต่อความสมบูรณ์ของชั้นระนาบ และส่งผลให้พื้นที่ลูปของเส้นสัญญาณในชั้นกราวด์เพิ่มขึ้นในที่สุด

• กฎ 3W:

เพื่อลดการรบกวนระหว่างสาย ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าระยะห่างระหว่างสายมีขนาดใหญ่พอ เมื่อจุดศูนย์กลางของสายไม่น้อยกว่า 3 เท่าของความกว้างสาย จะสามารถรักษาระดับ 70% ของสนามไฟฟ้าไม่ให้รบกวนกัน ซึ่งเรียกว่ากฎ 3W หากคุณต้องการให้สนามไฟฟ้า 98% ไม่รบกวนกัน คุณสามารถใช้กฎ 10W

●กฎข้อ 20H:

เนื่องจากสนามไฟฟ้าระหว่างชั้นไฟฟ้าและชั้นกราวด์นั้นแปรผันได้ จึงเกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ออกไปทางขอบของบอร์ด ซึ่งเรียกว่าเอฟเฟกต์ขอบ โดยสามารถย่อชั้นแหล่งจ่ายไฟให้เล็กลงเพื่อให้สนามไฟฟ้าถูกส่งผ่านได้เฉพาะภายในขอบเขตของชั้นกราวด์เท่านั้น ในแง่ของหนึ่ง H (ความหนาของฉนวนไฟฟ้าระหว่างไฟฟ้าและกราวด์) การหดตัวเข้าด้านใน 20H จะจำกัดสนามไฟฟ้า 70% ไว้ที่ขอบกราวด์ และการหดตัวเข้าด้านใน 100H จะจำกัดสนามไฟฟ้า 98%

กฎการตั้งค่า

1. การจัดเรียงลำดับการซ้อน

● ในวงจรดิจิทัลความเร็วสูง ชั้นไฟฟ้าและชั้นกราวด์ควรจะอยู่ใกล้กันมากที่สุด โดยไม่มีการเดินสายไฟคั่นอยู่ระหว่างกลาง

ชั้นสายไฟทั้งหมดจะอยู่ใกล้กับระนาบให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยเลือกใช้ระนาบดินเป็นชั้นแยก

● เพื่อลดการรบกวนระหว่างสัญญาณให้เหลือน้อยที่สุด ทิศทางของสัญญาณของชั้นสัญญาณที่อยู่ติดกันควรตั้งฉากกัน และหากไม่สามารถหลีกเลี่ยงทิศทางเดียวกันได้ ก็ควรหลีกเลี่ยงการทับซ้อนของสัญญาณในทิศทางเดียวกันของชั้นสัญญาณที่อยู่ติดกันโดยทุกวิถีทาง

● คุณสามารถตั้งค่าเลเยอร์อิมพีแดนซ์ได้หลายเลเยอร์ตามความต้องการ โดยเลเยอร์อิมพีแดนซ์ควรมีป้ายกำกับอย่างชัดเจนตามต้องการ โปรดใส่ใจกับการเลือกเลเยอร์อ้างอิง และจัดเรียงสัญญาณทั้งหมดที่มีความต้องการอิมพีแดนซ์ไว้ด้านบนของเลเยอร์อิมพีแดนซ์

2. ตั้ง ค่าความ กว้างของบรรทัดและระยะห่างระหว่างบรรทัด

● เมื่อกระแสสัญญาณเฉลี่ยมีขนาดค่อนข้างใหญ่ จำเป็นต้องพิจารณาความสัมพันธ์ระหว่างความกว้างของเส้นและกระแสไฟฟ้า สำหรับรายละเอียด โปรดดูตารางต่อไปนี้ ซึ่งเป็นตารางการนำกระแสไฟฟ้าสำหรับทองแดง-แพลตตินัมที่มีความหนาและความกว้างต่างกัน

3. การติด ตั้งรูด้านบน

ตารางต่อไปนี้ใช้สำหรับการตั้งค่าแผ่นเจาะและเส้นผ่านศูนย์กลางรู