Chuẩn bị thiết kế PCB
1. Thông tin cần cung cấp kèm theo phần cứng C
●Sơ đồ chính xác, bao gồm các tệp giấy và điện tử và bảng mạng không có lỗi.
● Bảng kê vật liệu chính thức có mã thành phần. Kỹ sư phần cứng phải cung cấp BẢNG DỮ LIỆU hoặc đối tượng vật lý cho các thành phần không có trong thư viện gói và chỉ định thứ tự xác định các chân.
● Cung cấp sơ đồ bố trí chung của PCB hoặc vị trí của các đơn vị quan trọng và mạch lõi. Cung cấp sơ đồ cấu trúc PCB, sơ đồ này phải chỉ ra hình dạng của PCB, lỗ lắp, linh kiện định vị, khu vực cấm và các thông tin liên quan khác.
2. Yêu cầu thiết kế cơ bản trước khi thiết kế
● Các thành phần và mạng lưới dòng điện cao từ 1A trở lên.
● Các tín hiệu đồng hồ quan trọng, tín hiệu vi sai và tín hiệu số tốc độ cao.
● Tín hiệu tương tự nhỏ và các tín hiệu dễ bị nhiễu khác.
● Các tín hiệu đặc biệt khác cần thiết.
3. Ghi chú yêu cầu đặc biệt
● Đường dây phân phối vi sai, mạng lưới yêu cầu che chắn, mạng lưới trở kháng đặc tính, mạng lưới trễ bằng nhau, v.v.
● Khu vực cấm đi dây cho các thành phần đặc biệt, chỗ bù kem hàn, lỗ chống hàn và các yêu cầu đặc biệt khác về cấu trúc.
● Đọc kỹ sơ đồ mạch để hiểu cấu trúc mạch và hiểu các điều kiện hoạt động của mạch.
● Xác nhận các mạng quan trọng trong PCB và hiểu các yêu cầu thiết kế cho các thành phần tốc độ cao dựa trên sự trao đổi kỹ lưỡng với các kỹ sư phần cứng.
Quá trình thiết kế
1. Đóng gói các thành phần cố định
● Mở bảng mạng và duyệt qua tất cả các gói để đảm bảo rằng các gói của tất cả các thành phần là chính xác và thư viện thành phần chứa các gói của tất cả các thành phần và tất cả thông tin trong bảng mạng đều được viết hoa, để một bên chứa đầy vấn đề hoặc PCB BOM không liên tục và tên cụ thể của các thành phần được đặt theo tên chuẩn của công ty. Tất cả các thành phần chuẩn đều được đóng gói trong thư viện thành phần thống nhất của công ty.
● Đối với các gói không tồn tại trong thư viện thành phần, kỹ sư phần cứng phải cung cấp DATASHEET thành phần hoặc đối tượng vật lý để xây dựng thư viện từ người chuyên xây dựng thư viện và yêu cầu bên kia xác nhận.
2. Thiết lập khung bảng PCB
● Tạo tệp PCB theo bản vẽ cấu trúc PCB hoặc mẫu tương ứng, bao gồm các lỗ lắp, vùng không có dây và các thông tin liên quan khác.
● Xác định kích thước. Cấu trúc chính xác của PCB phải được chỉ ra trong lớp khoan và không thể xác định kích thước khép kín.
3. Nhập bảng mạng
● Nhập netlist và khắc phục mọi sự cố tải, mỗi phần mềm EDA đều khác nhau, hãy xem hướng dẫn về cách xử lý vấn đề này.
● Nếu bạn đang sử dụng phần mềm EDA, netlist phải được nhập nhiều hơn hai lần (không có bất kỳ thông báo nhắc nhở nào) để xác nhận rằng việc nhập là chính xác.
4. Bố trí PCB
● Bước đầu tiên là xác định điểm tham chiếu. Nhìn chung, điểm tham chiếu được đặt tại giao điểm của đường viền trái và dưới (hoặc giao điểm của đường mở rộng) hoặc tại miếng đệm đầu tiên của miếng chèn của bảng in.
Sau khi xác định được điểm tham chiếu, bố trí linh kiện và hệ thống dây điện sẽ dựa trên điểm tham chiếu này. Nên sử dụng lưới MIL 10-25 để bố trí.
● Trước tiên, hãy cố định và khóa chặt tất cả các bộ phận có yêu cầu định vị nếu cần.
● Nguyên tắc cơ bản của bố cục:
① Thực hiện nguyên tắc đặt khó trước dễ, việc lớn trước việc nhỏ.
② Bố trí: Bạn có thể tham khảo sơ đồ và bố trí sơ bộ do kỹ sư phần cứng cung cấp và đặt các thiết bị gốc chính theo mô hình luồng tín hiệu.
③ Tổng số đường kết nối phải càng ngắn càng tốt, với các đường tín hiệu quan trọng là ngắn nhất.
④ Tín hiệu mạnh, tín hiệu yếu, tín hiệu điện áp cao và tín hiệu điện áp yếu phải được tách biệt hoàn toàn.
⑤ Các thành phần tần số cao phải được bố trí cách nhau một khoảng thích hợp.
⑥ Tách tín hiệu analog và tín hiệu số.
● Bố cục đối xứng nên được áp dụng bất cứ khi nào có thể cho các bộ phận mạch có cùng cấu trúc.
● Tối ưu hóa bố cục theo tiêu chí phân bổ đều, trọng tâm cân bằng và bố cục thẩm mỹ.
● Các thành phần trong cùng một hàng phải được căn chỉnh theo hướng X hoặc Y. Các thành phần rời rạc phân cực trong cùng một hàng cũng phải được căn chỉnh theo hướng X hoặc Y để tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất và gỡ lỗi.
● Các thành phần nên được đặt theo cách tạo điều kiện cho việc gỡ lỗi và bảo trì, không nên đặt các thành phần nhỏ ở bên cạnh các thành phần lớn và phải có đủ không gian xung quanh các thành phần cần gỡ lỗi. Các thành phần tỏa nhiệt phải có đủ không gian để tản nhiệt. Các thành phần nhiệt nên được đặt cách xa các thành phần tỏa nhiệt.
● Các thành phần kép thẳng hàng phải cách nhau hơn 2 mm.
- mm. Các linh kiện SMD nhỏ như điện trở và tụ điện phải cách nhau hơn 0.7 mm. Mặt ngoài của miếng đệm của linh kiện SMD phải cách mặt ngoài của miếng đệm của các linh kiện hộp mực lân cận hơn 2 mm. Các thiết bị cắm không được đặt trong phạm vi 5 mm của linh kiện uốn. Các linh kiện SMD không được đặt trong phạm vi 5 mm của bề mặt hàn.
● Tụ điện tách rời của mạch tích hợp phải càng gần chân nguồn của chip càng tốt, lấy tần số cao làm nguyên tắc gần nhất. Giữa tụ điện tách rời và nguồn điện và đất phải hình thành mạch ngắn nhất.
● Điện dung bỏ qua phải được phân bổ đều xung quanh IC.
● Khi bố trí các thành phần, các thành phần sử dụng cùng một nguồn điện nên được cân nhắc đặt gần nhau càng nhiều càng tốt để tạo điều kiện cho việc tách nguồn điện trong tương lai.
● Việc bố trí các thiết bị điện trở và điện dung dùng cho mục đích phối hợp trở kháng phải được sắp xếp hợp lý theo tính chất của chúng.
Bố trí tụ điện và điện trở phù hợp phải được xác định rõ ràng và đầu nối phù hợp cho nhiều tải phải được đặt ở đầu xa nhất của tín hiệu.
● Bố trí điện trở phù hợp phải gần với đầu dẫn của tín hiệu và khoảng cách thường không dài hơn 500
● Điều chỉnh các ký tự. Không được để tất cả các ký tự nằm trên đĩa trên cùng để đảm bảo thông tin ký tự có thể nhìn thấy rõ ràng sau khi lắp ráp. Tất cả các ký tự phải nhất quán theo hướng X hoặc Y. Kích thước của các ký tự và dây dẫn lụa phải đồng đều.
● Đặt điểm ĐÁNH DẤU trên PCB.
5. Dây PCB
●Ưu tiên cáp
① Nguyên lý mật độ lỏng lẻo: Bắt đầu đấu dây từ thiết bị có mối quan hệ kết nối đơn giản trên bảng in và bắt đầu đấu dây từ khu vực có kết nối lỏng lẻo nhất để điều chỉnh trạng thái riêng lẻ.
② Nguyên tắc ưu tiên lõi: ví dụ, RAM DDR và các bộ phận lõi khác nên được ưu tiên đi dây, các đường truyền tín hiệu tương tự nên cung cấp một lớp chuyên dụng, nguồn điện, vòng tiếp đất. Các tín hiệu phụ khác nên được xem xét như một tổng thể và không được xung đột với các tín hiệu chính.
③Ưu tiên đường tín hiệu chính: nguồn điện, tín hiệu tương tự nhỏ, tín hiệu tốc độ cao, tín hiệu xung nhịp và tín hiệu đồng bộ hóa và các đường dây ưu tiên tín hiệu chính khác.
● Quy tắc mạch tiếp địa.
Quy tắc vòng lặp tối thiểu, tức là đường tín hiệu và vòng lặp của nó cấu thành diện tích vòng phải càng nhỏ càng tốt, diện tích vòng phải càng nhỏ càng tốt, diện tích vòng càng nhỏ thì bức xạ ra thế giới bên ngoài càng ít, tiếp nhận thế giới bên ngoài của mười nhiễu loạn cũng càng nhỏ. Đối với quy tắc này, trong phân chia mặt phẳng đất, phải tính đến sự phân bố của mặt phẳng đất và sự căn chỉnh tín hiệu quan trọng, để ngăn ngừa các vấn đề do khe cắm mặt phẳng đất Sandin gây ra, v.v.: trong thiết kế bảng hai lớp, trong trường hợp để lại đủ không gian cho nguồn điện, nên để lại phía sau để lấp đầy phần mặt đất có tham chiếu để cho phép tăng một số lỗ cần thiết, sẽ được kết nối với cả hai bên của tín hiệu được kết nối hiệu quả với đồng hồ đo, một số tín hiệu chính cố gắng cô lập việc sử dụng mặt đất cho một số thiết kế tần số cao hơn, cần cân nhắc đặc biệt. Đối với một số thiết kế tần số cao hơn, cần cân nhắc đặc biệt đến vòng lặp tín hiệu mặt phẳng đất và nên sử dụng bảng nhiều lớp.
● Kiểm soát xáo trộn:
Sự can nhiễu lẫn nhau giữa các mạng khác nhau trên PCB do hệ thống dây song song dài gây ra chủ yếu là do vai trò của điện dung phân tán và độ tự cảm phân tán giữa các đường song song. Biện pháp chính để khắc phục sự can nhiễu là tăng khoảng cách giữa các hệ thống dây song song và tuân theo quy tắc 3W.
● Bảo vệ che chắn:
Tương ứng với các quy tắc vòng lặp mặt đất, trên thực tế, cũng là để giảm thiểu diện tích vòng lặp tín hiệu, nhiều hơn đối với một số tín hiệu quan trọng hơn, chẳng hạn như tín hiệu đồng hồ, tín hiệu đồng bộ hóa: đối với một số tín hiệu đặc biệt quan trọng, đặc biệt là tín hiệu tần số cao, nên xem xét sử dụng thiết kế cấu trúc che chắn cáp trục đồng, nghĩa là, đường vải lên xuống cách ly đường dây đất bên trái và bên phải, nhưng cũng phải xem xét làm thế nào để cho phép che chắn mặt đất và mặt phẳng đất thực tế được kết hợp hiệu quả.
● Quy tắc kiểm soát hướng căn chỉnh:
Các lớp liền kề của hướng căn chỉnh thành một cấu trúc trực giao để tránh các đường tín hiệu khác nhau trong các lớp liền kề vào cùng một hướng, để giảm nhiễu liên lớp không cần thiết; khi do hạn chế về cấu trúc của bo mạch nên khó tránh khỏi tình trạng này, đặc biệt là khi tốc độ tín hiệu cao, nên xem xét cách ly mặt phẳng đất của lớp dây dẫn, cách ly đường tín hiệu đất của đường tín hiệu.
● Quy tắc phối hợp trở kháng:
Chiều rộng của hệ thống dây điện phải nhất quán trên cùng một mạng. Sự thay đổi về chiều rộng của hệ thống dây điện có thể gây ra sự không đồng đều trong trở kháng đặc trưng của hệ thống dây điện và phản xạ ở tốc độ truyền cao hơn, điều này cần được tránh càng nhiều càng tốt trong thiết kế. Trong một số điều kiện nhất định, chẳng hạn như dây dẫn đầu nối, dây dẫn gói BGA và các kết cấu tương tự, có thể không tránh được sự thay đổi về chiều rộng đường dây và độ dài hiệu quả của các điểm không nhất quán trung gian phải được giảm thiểu.
- Quy tắc kiểm soát độ dài căn chỉnh:
Quy tắc kiểm soát độ dài căn chỉnh tức là quy tắc đường ngắn, trong thiết kế nên cố gắng làm cho chiều dài dây ngắn nhất có thể, để giảm các vấn đề nhiễu do độ dài căn chỉnh gây ra, đặc biệt là một số đường tín hiệu quan trọng, chẳng hạn như đường đồng hồ, hãy chắc chắn đặt bộ dao động của nó ở một nơi rất gần thiết bị. Để điều khiển nhiều thiết bị, cần quyết định loại cấu trúc mạng nào sẽ sử dụng theo tình huống cụ thể.
- Quy tắc vát cạnh:
Nên tránh các góc nhọn và góc vuông trong thiết kế PCB, vì chúng tạo ra bức xạ không mong muốn cũng như hiệu suất quy trình kém. Tất cả các góc từ đường này sang đường kia phải ≥ 135°.
- Quy tắc toàn vẹn cho lớp điện và lớp đất:
Đối với các khu vực có mật độ lỗ dẫn điện cao, cần lưu ý tránh các lỗ thông nhau ở các khu vực đào hở của lớp nguồn và lớp đất, tạo ra sự phân chia lớp phẳng, có thể làm hỏng tính toàn vẹn của lớp phẳng và do đó dẫn đến tăng diện tích vòng lặp của các đường tín hiệu trong lớp đất.
- Quy tắc 3W:
Để giảm thiểu sự can thiệp giữa các đường dây, cần đảm bảo khoảng cách giữa các đường dây đủ lớn, khi tâm của đường dây không nhỏ hơn 3 lần chiều rộng của đường dây, có thể duy trì 70% trường điện không can thiệp lẫn nhau, được gọi là quy tắc 3W. Nếu bạn muốn đạt được 98% trường điện không can thiệp lẫn nhau, bạn có thể sử dụng quy tắc 10W.
●Quy tắc 20H:
Vì trường điện giữa lớp nguồn và lớp đất là biến thiên, nên nhiễu điện từ được bức xạ ra ngoài ở các cạnh của bảng mạch. Đây được gọi là hiệu ứng cạnh. Có thể thu nhỏ lớp nguồn điện vào bên trong để trường điện chỉ được dẫn trong phạm vi giới hạn của lớp đất. Theo một H (độ dày của điện môi giữa nguồn điện và đất), sự co vào bên trong là 20H sẽ giới hạn 70% trường điện vào cạnh nối đất; sự co vào bên trong là 100H sẽ giới hạn 98% trường điện.
Thiết lập quy tắc
1. Sắp xếp thứ tự xếp chồng
● Trong các mạch kỹ thuật số tốc độ cao, lớp nguồn và lớp đất phải càng gần nhau càng tốt, không có hệ thống dây điện nào được sắp xếp ở giữa.
Tất cả các lớp dây đều càng gần mặt phẳng càng tốt, trong đó mặt phẳng nối đất được ưu tiên làm lớp cách ly.
● Để giảm thiểu nhiễu giữa các tín hiệu, hướng tín hiệu của các lớp dây liền kề phải vuông góc với nhau và nếu không thể tránh cùng một hướng thì phải tránh bằng mọi giá sự chồng chéo của các tín hiệu theo cùng một hướng của các lớp tín hiệu liền kề.
● Bạn có thể thiết lập nhiều lớp trở kháng theo yêu cầu. Các lớp trở kháng phải được dán nhãn rõ ràng theo yêu cầu, chú ý đến việc lựa chọn lớp tham chiếu và sắp xếp tất cả các tín hiệu có yêu cầu trở kháng lên trên lớp trở kháng.
2.Svà độ rộng của dòng, khoảng cách giữa các dòng
● Khi dòng tín hiệu trung bình tương đối lớn, cần xét đến mối quan hệ giữa độ rộng đường dây và dòng điện, để biết chi tiết, tham khảo bảng sau, bảng dẫn dòng cho đồng-bạch kim có độ dày và độ rộng khác nhau.
3.Thiết lập lỗ trên
Bảng sau đây có thể được sử dụng để thiết lập miếng đệm đục lỗ và đường kính lỗ.
