PCB Tasarım Hazırlığı
1. Donanımla birlikte sağlanması gereken bilgiler C
●Kağıt ve elektronik dosyalar ve hatasız ağ tabloları dahil olmak üzere doğru şematik diyagramlar.
● Bileşen kodlarını içeren resmi bir BOM. Donanım mühendisi, paket kütüphanesinde olmayan bileşenler için bir VERİ SAYFASI veya fiziksel nesne sağlamalı ve pinlerin tanımlanacağı sırayı belirtmelidir.
● PCB'nin genel bir düzenini veya önemli ünitelerin ve çekirdek devrelerin yerini sağlayın. PCB'nin şeklini, montaj deliklerini, konumlandırma bileşenlerini, yasaklı alanları ve diğer ilgili bilgileri göstermesi gereken PCB yapı şemaları sağlayın.
2. Temel tasarım gereksinimleri tasarımdan önce
● 1A ve üzeri yüksek akım komponentleri ve şebekeleri.
● Önemli saat sinyalleri, diferansiyel sinyaller ve yüksek hızlı dijital sinyaller.
● Analog küçük sinyaller ve diğer kolayca bozulabilen sinyaller.
● Diğer özel gerekli sinyaller.
3. Özel istek notları
● Diferansiyel dağıtım hatları, ekranlama gerektiren şebekeler, karakteristik empedans şebekeleri, eşit gecikmeli şebekeler, vb.
● Özel bileşenler, lehim macunu ofsetleri, lehim direnci açıklıkları ve diğer yapısal özel gereksinimler için yasaklı kablolama bölgeleri.
● Devre mimarisini ve devrenin çalışma koşullarını anlamak için şemaları dikkatlice okuyun.
● Donanım mühendisleriyle kapsamlı iletişim kurarak PCB'deki kritik ağları onaylayın ve yüksek hızlı bileşenler için tasarım gereksinimlerini anlayın.
Tasarım süreci
1. Sabit bileşenlerin paketlenmesi
● Ağ tablosunu açın ve tüm paketlere göz atarak tüm bileşenlerin paketlerinin doğru olduğundan ve bileşen kitaplığının tüm bileşenlerin paketlerini içerdiğinden ve ağ tablosundaki tüm bilgilerin büyük harfle yazıldığından, böylece bir tarafın sorunlarla dolu olduğundan veya PCB BOM'unun sürekli olmadığından ve bileşenlerin belirli adlandırmasının şirketin standart adlandırmasına uygun olarak adlandırıldığından emin olun. Standart bileşenlerin tümü şirketin birleşik bileşen kitaplığında paketlenmiştir.
● Bileşen kütüphanesinde bulunmayan paketler için, donanım mühendisi, kütüphaneyi derlemek konusunda uzmanlaşmış kişiye bileşen VERİ SAYFASI'nı veya kütüphaneyi derlemek için kullanılacak fiziksel nesneyi sağlamalı ve karşı taraftan teyit almalıdır.
2. PCB kartı çerçevesini oluşturun
● Montaj delikleri, kablolama yapılmayan bölgeler ve diğer ilgili bilgileri içeren PCB yapı çizimine veya ilgili şablona göre bir PCB dosyası oluşturun.
● Boyutlandırma. PCB'nin tam yapısı delme katmanında belirtilmelidir ve kapalı boyutlandırma mümkün değildir.
3. Ağ tablosunu içe aktarın
● Netlist'i içe aktarın ve tüm yükleme sorunlarını giderin, her EDA yazılımı farklıdır, bunu nasıl yapacağınıza dair eğitimleri inceleyin.
● EDA yazılımı kullanıyorsanız, içe aktarma işleminin doğru olduğunu teyit etmek için netlist'in iki kereden fazla içe aktarılması (herhangi bir uyarı mesajı olmadan) gerekir.
4. PCB Düzeni
● İlk adım referans noktasını belirlemektir. Genellikle referans noktası sol ve alt sınır çizgilerinin kesiştiği noktada (veya uzatma çizgilerinin kesiştiği noktada) veya basılı kartın ek parçasının ilk pedinde ayarlanır.
Referans noktası belirlendikten sonra, bileşen düzeni ve kablolama bu referans noktasına göre yapılacaktır. Düzen için 10-25 MIL ızgara önerilir.
● Öncelikle konumlandırma gerekliliklerine uygun olarak tüm elemanları sabitleyin ve kilitleyin.
● Düzenin temel prensipleri:
① Zoru kolaydan, büyüğü küçüğün önüne koyma ilkesini izleyin.
② Düzen: Donanım mühendisinin sağladığı şema ve kaba düzeni inceleyerek ana orijinal cihazları sinyal akış düzenine göre yerleştirebilirsiniz.
③ Toplam bağlantı hatları mümkün olduğunca kısadır, en kısa kritik sinyal hatlarıdır.
④ Güçlü sinyaller, zayıf sinyaller, yüksek gerilim sinyalleri ve zayıf gerilim sinyalleri tamamen birbirinden ayrılmalıdır.
⑤ Yüksek frekanslı bileşenler yeterli aralıklarla yerleştirilmelidir.
⑥ Analog ve dijital sinyalleri ayırın.
● Aynı yapının devre parçaları için mümkün olduğunca simetrik yerleşimler benimsenmelidir.
● Düzeni, eşit dağılım, dengeli ağırlık merkezi ve estetik düzen kriterlerine göre optimize edin.
● Aynı satırdaki bileşenler X veya Y yönünde hizalanmalıdır. Aynı satırdaki polarize ayrı bileşenler de üretim ve hata ayıklamayı kolaylaştırmak için X veya Y yönünde hizalanmalıdır.
● Bileşenler hata ayıklama ve bakımı kolaylaştıracak şekilde yerleştirilmeli, büyük bileşenlerin yanına küçük bileşenler yerleştirilmemeli ve hata ayıklaması gereken bileşenlerin etrafında yeterli alan olmalıdır. Isı üreten bileşenler ısı dağılımı için yeterli alana sahip olmalıdır. Termal bileşenler ısı üreten bileşenlerden uzak tutulmalıdır.
● Çift sıralı bileşenler birbirinden 2 mm'den daha uzak olmalıdır.
- mm. Dirençler ve kapasitörler gibi küçük SMD bileşenleri birbirinden 0.7 mm'den daha uzakta olmalıdır. SMD bileşenlerinin pedlerinin dışı, komşu kartuş bileşenlerinin pedlerinin dışından 2 mm'den daha uzakta olmalıdır. Tak-çıkar cihazlar kıvrılmış bir bileşenin 5 mm yakınına yerleştirilmemelidir. SMD bileşenleri lehimleme yüzeyinden 5 mm yakınına yerleştirilmemelidir.
● Entegre devrenin ayırma kapasitörü, çipin güç kaynağı pinine mümkün olduğunca yakın olmalı, en yakın yakınlık ilkesi olarak yüksek frekans kullanılmalıdır. En kısa devre, güç kaynağı ve toprak arasında oluşturulmalıdır.
● Bypass kapasitansı IC etrafında eşit olarak dağıtılmalıdır.
● Bileşenleri yerleştirirken, gelecekte güç kaynağının bölünmesini kolaylaştırmak için aynı güç kaynağını kullanan bileşenlerin mümkün olduğunca birlikte yerleştirilmesine dikkat edilmelidir.
● Empedans uyumlaştırma amacıyla kullanılan rezistif ve kapasitif cihazların yerleşimi, özelliklerine göre rasyonelleştirilmelidir.
Eşleşen kapasitör ve dirençlerin yerleşimi açıkça tanımlanmalı ve birden fazla yük için eşleşen terminal, sinyalin en uzak ucuna yerleştirilmelidir.
●Eşleşen direncin yerleşimi, sinyalin sürücü ucuna yakın olmalı ve mesafe genellikle 500'den uzun olmamalıdır.
● Karakterleri ayarlayın. Karakter bilgilerinin montajdan sonra açıkça görülebilmesini sağlamak için tüm karakterler üst diskte olmamalıdır. Tüm karakterler X veya Y yönünde tutarlı olmalıdır. Karakterlerin ve ipek uçların boyutu tekdüze olmalıdır.
● PCB'nin MARK noktasını yerleştirin.
5. PCB kablolaması
●Kablolamanın önceliklendirilmesi
① Gevşek yoğunluk prensibi: Baskılı devre kartındaki basit bağlantı ilişkisine sahip cihazdan kablolamaya başlayın ve bireysel durumu düzenlemek için en gevşek bağlantıya sahip alandan kablolamaya başlayın.
② Çekirdek öncelik ilkesi: örneğin, DDR RAM ve diğer çekirdek parçaların kablolaması öncelikli olmalı, benzer sinyal iletim hatları özel bir katman, güç, toprak döngüsü sağlamalıdır. Diğer küçük sinyaller bir bütün olarak ele alınmalı ve temel sinyallerle çakışmamalıdır.
③Anahtar sinyal hattı önceliği: güç kaynağı, analog küçük sinyaller, yüksek hızlı sinyaller, saat sinyalleri ve senkronizasyon sinyalleri ve diğer anahtar sinyallerin öncelikli kablolaması.
● Topraklama devresi kuralları.
Döngü minimum kuralı, yani sinyal hattı ve döngüsünü oluşturan halka alanı mümkün olduğunca küçük olmalı, halka alanı mümkün olduğunca küçük olmalı, halka alanı ne kadar küçükse dış dünyaya o kadar az radyasyon, dış dünyanın aldığı on rahatsızlık da o kadar küçük olmalıdır. Bu kural için, toprak düzlemi bölümünde, toprak düzleminin dağılımını ve önemli sinyal hizalamasını hesaba katmak, Sandin toprak düzlemi yuvalarının vb. getirdiği sorunları önlemek için: çift katmanlı pano tasarımında, güç kaynağı için yeterli alan bırakılması durumunda, bazı gerekli deliklerin artmasına izin vermek için referansla zeminin bir kısmını doldurmak için geride bırakılmalıdır, sinyalin her iki tarafına da etkili bir şekilde bağlanacaktır, bazı önemli sinyaller daha yüksek frekanslı tasarımlar için toprak kullanımını izole etmeye çalışır, özel dikkate ihtiyaç duyar. Bazı yüksek frekanslı tasarımlar için, toprak düzlemi sinyal döngüsüne özel önem verilmeli ve çok katmanlı panoların kullanılması önerilir.
● Karıştırma kontrolü:
PCB'deki farklı ağlar arasında uzun paralel kablolamanın neden olduğu karşılıklı girişim, esas olarak paralel hatlar arasındaki dağıtılmış kapasitans ve dağıtılmış endüktansın rolünden kaynaklanır. Girişimi aşmanın ana önlemi, paralel kablolama arasındaki mesafeyi artırmak ve 3W kuralını takip etmektir.
● Kalkanlama koruması:
Toprak döngüsü kurallarına karşılık gelen, aslında, sinyal döngüsü alanını en aza indirmektir, saat sinyalleri, senkronizasyon sinyalleri gibi daha önemli sinyallerden bazıları için: özellikle yüksek frekanslı, özellikle önemli bazı sinyaller için, bakır eksenli kablo ekranlama yapısı tasarımının kullanılması düşünülmelidir, yani, kumaş hattı yukarı ve aşağı sol ve sağ kara hattı izolasyonu, ancak aynı zamanda toprak ve gerçek toprak düzleminin ekranlanmasının etkili bir şekilde nasıl birleştirileceği de dikkate alınmalıdır.
● Hizalama yönü kontrolüne ilişkin kurallar:
Farklı sinyal hatlarının aynı yönde bitişik katmanlara girmesini önlemek için, hizalama yönünün bitişik katmanlar arasında ortogonal bir yapıya dönüştürülmesi, gereksiz katmanlar arası girişimin azaltılması; kartın yapısal sınırlamaları nedeniyle, özellikle sinyal oranının yüksek olduğu durumlarda, kaçınılması zor olan durumlarda, kablolama katmanının toprak düzlemi izolasyonu, sinyal hattının toprak sinyal hattı izolasyonu ile birlikte düşünülmelidir.
● Empedans eşleştirme kuralları:
Kablolamanın genişliği aynı ağ boyunca tutarlı olmalıdır. Kablolamanın genişliğindeki değişiklikler, kablolamanın karakteristik empedansında düzensizliğe ve daha yüksek iletim hızlarında yansımalara neden olabilir ve bu, tasarımda mümkün olduğunca önlenmelidir. Konnektör kabloları, BGA paket kabloları ve benzeri yapılar gibi belirli koşullar altında, hat genişliğindeki değişikliklerden kaçınmak mümkün olmayabilir ve ara tutarsızlıkların etkili uzunluğu en aza indirilmelidir.
- Hizalama uzunluğu kontrol kuralları:
Hizalama uzunluğu kontrol kuralları, yani kısa hat kuralı, tasarımda kablolama uzunluğunu mümkün olduğunca kısa yapmaya çalışmalıdır, özellikle saat hattı gibi bazı önemli sinyal hatlarında hizalamanın uzunluğundan kaynaklanan girişim sorunlarını azaltmak için, osilatörünü cihaza çok yakın bir yere koyduğunuzdan emin olun. Birden fazla cihazı sürmek için, belirli duruma göre ne tür bir ağ topolojisinin kullanılacağına karar verilmelidir.
- Pah kırma kuralları:
PCB tasarımında keskin ve dik açılardan kaçınılmalıdır, bu istenmeyen radyasyonun yanı sıra zayıf işlem performansı da üretir. Tüm hat-hat açıları ≥ 135° olmalıdır.
- Güç ve toprak katmanları için bütünlük kuralları:
İletim delikleri yoğunluğunun fazla olduğu bölgelerde, güç ve topraklama katmanlarının kazılmış alanlarında deliklerin birbirine bağlanarak düzlemsel katmanın bölünmesine neden olmamasına dikkat edilmelidir; bu durum düzlemsel katmanın bütünlüğünü bozabilir ve buna bağlı olarak topraklama katmanındaki sinyal hatlarının döngü alanının artmasına yol açabilir.
- 3W Kuralı:
Hatlar arasındaki oynamayı azaltmak için, hat aralığının yeterince büyük olduğundan emin olunmalı, hat merkezi hat genişliğinin 3 katından az olmadığında, elektrik alanının %70'inin birbirine karışmaması sağlanabilir, buna 3W kuralı denir. Elektrik alanının %98'inin birbirine karışmaması istiyorsanız, 10W kuralını kullanabilirsiniz.
●Kural 20H:
Güç ve toprak katmanları arasındaki elektrik alanı değişken olduğundan, elektromanyetik girişim kartın kenarlarında dışarıya doğru yayılır. Buna kenar etkisi denir. Elektrik alanı yalnızca toprak katmanının sınırları içinde iletilecek şekilde güç kaynağı katmanını içe doğru daraltmak mümkündür. Bir H (güç ve toprak arasındaki dielektriğin kalınlığı) açısından, 20H'lik bir içe doğru daralma elektrik alanının %70'ini topraklanmış kenara hapsedecektir; 100H'lik bir içe doğru daralma elektrik alanının %98'ini hapsedecektir.
Kurulum Kuralları
1. Yığınlama düzeninin düzenlenmesi
● Yüksek hızlı dijital devrelerde güç ve toprak katmanları mümkün olduğunca birbirine yakın olmalı, aralarına kablolama yapılmamalıdır.
Tüm kablolama katmanları mümkün olduğunca bir düzleme yakındır, izolasyon katmanı olarak toprak düzlemi tercih edilir.
● Sinyaller arasındaki girişimi en aza indirmek için, bitişik kablolama katmanlarının sinyal yönleri birbirine dik olmalı, aynı yönün oluşmasının önlenmesi mümkün değilse, bitişik sinyal katmanlarının aynı yöndeki sinyallerinin üst üste gelmesi mutlaka önlenmelidir.
● Gereksinimlere göre birden fazla empedans katmanı ayarlayabilirsiniz. Empedans katmanları gerektiği gibi açıkça etiketlenmeli, referans katmanının seçimine dikkat edilmeli ve empedans gereksinimleri olan tüm sinyaller empedans katmanının üstüne yerleştirilmelidir.
2.Sve satır genişliği, satır aralığı
● Ortalama sinyal akımı nispeten büyük olduğunda, hat genişliği ile akım arasındaki ilişkiyi dikkate almak gerekir, ayrıntılar için aşağıdaki tabloya, farklı kalınlık ve genişlikteki bakır-platin için akım taşıma tablosuna bakın.
3.Üst deliğin kurulumu
Aşağıdaki tablo, delik delme pedlerinin ve delik çaplarının ayarlanması için kullanılabilir.
