Navigarea în configurația PCB-urilor: Cele mai bune practici pentru ingineri

Structura unui PCB este mai mult decât aspectul său. O schemă PCB reușită își aranjează circuitele fizic pentru a obține performanțe electronice optime, fiind în același timp complet fabricabilă. Aceasta necesită o gestionare atentă a bibliotecilor de componente, a setărilor și parametrilor CAD, a amplasării componentelor, a rutării și a proiectării rețelei de distribuție a energiei electrice (PDN). În plus, proiectanții de scheme trebuie să se asigure că munca lor este complet documentată și că produsul final este gata de a fi inclus în sistemul electronic prevăzut.

Este mult de lucru, în special pentru inginerii care nu sunt familiarizați cu procesul de proiectare a PCB-urilor. Pentru a ajuta în acest flux de lucru, este recomandabil să aveți un set cuprinzător de instrucțiuni de proiectare a PCB-urilor pentru referință. Standardele industriei și ale companiei vor dicta detaliile designului, dar instrucțiunile de proiectare sunt esențiale pentru a ajuta inginerii să navigheze prin procesul de dezvoltare a PCB-urilor de la început până la sfârșit. Iată câteva instrucțiuni de bază pentru proiectarea PCB-urilor, care pot fi utilizate pentru a vă formula propriul ghid de dezvoltare PCB.

Înainte de a începe proiectarea PCB-ului

Înainte de începerea procesului de proiectare, este necesară abordarea mai multor sarcini pentru a asigura un design reușit. Una dintre primele sarcini este stabilirea bibliotecii de amprente PCB care va fi utilizată.

Atunci când construiți biblioteca de layout-uri PCB, este esențial să utilizați standarde industriale (cum ar fi IPC) sau specificațiile producătorului pentru dimensiunile și dimensiunile pachetelor. Cu toate acestea, cerințele personale, ale companiei sau tehnice pot dicta, de asemenea, variații pentru anumite componente. De exemplu, pachetele din designurile RF pot necesita dimensiuni mai mici ale pad-urilor decât designurile digitale standard. Iată câteva îndrumări suplimentare pentru construirea propriei biblioteci de amprente de componente PCB:

• Asigurați-vă că toate componentele bibliotecii pe care le construiți au dimensiuni acceptabile ale modelelor de pad-uri, cu spațieri conforme cu standardele componentei.
• Amprentele PCB-urilor ar trebui să includă toate elementele necesare, cum ar fi contururile pieselor, marcajele serigrafice și indicatorii de referință.
• O regulă generală bună este să vă asigurați că producătorul poate construi piesele pe care le proiectați înainte de a le trimite la proiectul final.

O altă opțiune este utilizarea amprentelor PCB de la furnizori externi de biblioteci CAD. Producătorii de componente își construiesc adesea propriile componente pentru sistemul dvs. de proiectare în avans, iar unele instrumente au browsere pentru descărcarea convenabilă a acestor componente.

Contur PCB și stivuire straturi

Înainte de a începe proiectarea PCB-ului, trebuie să colaborați cu proiectanții mecanici pentru a obține o formă bună a conturului. Deși factorii de proiectare pot fi modificați ulterior, orice modificare poate impune o reproiectare semnificativă a circuitului pentru a se adapta noii forme. În plus, majoritatea instrumentelor CAD acceptă date importate din sistemele de proiectare mecanică, ceea ce vă ușurează munca. Cu toate acestea, chiar și cu datele importate, trebuie să vă asigurați că conturul PCB-ului este corect și conține toate elementele CAD necesare pentru proiectarea dvs., cum ar fi zonele de interzicere a accesului.

Suprapunerea straturilor ar trebui, de asemenea, finalizată înainte de începerea machetării. Din nou, acestea pot fi modificate ulterior, dar impactul potențial asupra circuitelor existente ar putea perturba programul și bugetul de proiectare. Suprapunerea straturilor ar trebui, de asemenea, ajustată fin pentru designul specific pentru a asigura configurația corectă a straturilor pentru rutarea controlată prin impedanță și alte cerințe de integritate a semnalului. Alegerea... Material PCB În această etapă este esențial să se poată face lățimi adecvate ale urmelor și alte calcule de proiectare pe baza proprietăților fizice ale materialului. Aceste proprietăți includ constanta dielectrică, calitatea izolației, rata de absorbție a umidității și factorul de disipare.

Parametri și setări CAD

Nu este neobișnuit să găsești designeri care lucrează cu setările implicite ale sistemelor lor CAD. Cu toate acestea, majoritatea sistemelor CAD oferă utilizatorilor un control extins asupra culorilor, modelelor de umplere, umbrelor, precum și a dimensiunilor și lățimilor fonturilor. De asemenea, puteți modifica afișarea anumitor obiecte, puteți plasa un element de design deasupra altuia, puteți seta grile și puteți specifica preferințele de aspect și rutare. Aceste setări sunt concepute pentru a vă îmbunătăți eficiența muncii și puteți economisi timp prin optimizarea setărilor în avans.

Instrucțiuni de plasare a componentelor

Odată ce bibliotecile CAD, schița PCB-ului și alte sarcini de configurare sunt finalizate, proiectarea poate începe. Primul pas în acest proces este plasarea amprentelor componentelor PCB pe placă. Plasarea componentelor pe placă trebuie să îndeplinească trei cerințe principale: performanța circuitului, fabricabilitatea și accesibilitatea.

Performanța circuitului

Circuitele de mare viteză necesită ca componentele lor să fie plasate cât mai aproape posibil una de cealaltă pentru a obține trasee de semnal scurte și directe, dar nu sunt singurele componente care au această cerință. Circuitele analogice și componentele de alimentare trebuie, de asemenea, plasate astfel încât traseele lor sensibile sau de curent mare să fie cât mai scurte posibil. Acest lucru ajută la reducerea inductanței și îmbunătățește integritatea semnalului și a alimentării. Cu toate acestea, în unele cazuri, aceste componente pot necesita separare pentru a facilita rutarea magistralei sau izolarea termică.

Fabricabilitate

Pentru a minimiza pe cât posibil costurile de producție, este important să se plaseze componentele într-un mod cât mai ușor de fabricat. De exemplu, componentele care sunt prea apropiate una de cealaltă pot să nu poată fi asamblate automat sau pot fi dificil de lipit cu procese automate de lipire. Componentele mai mari ale cipului vor produce un efect de umbră atunci când lipirea în val se face în piese mai mici în fața lor, rezultând conexiuni de lipire slabe. Cuprul dezechilibrat între două plăcuțe de lipire ale componentelor mici ale cipului va produce o încălzire inegală, determinând topirea unei plăcuțe de lipire înaintea celeilalte, trăgând cealaltă parte în sus.

Accesibilitate

Plăcile de circuit trebuie de obicei testate și recondiționate manual, ceea ce necesită acces la componentele care trebuie reparate. Dacă componentele mai mari le ascund, acest lucru poate face ca munca lor să consume mai mult timp sau poate provoca daune accidentale componentelor adiacente. În mod similar, conectorii, comutatoarele și alte interfețe om-mașină care sunt inaccesibile pot, de asemenea, încetini producția plăcii de circuit.

Un principiu călăuzitor cheie este că amplasarea componentelor ar trebui să înceapă cu o vedere plană de bază a componentelor de pe placa de dezvoltare. Acest lucru vă va permite să concepeți strategii pentru a împărți diferitele zone de circuit de pe placă, pentru a evita suprapunerea semnalelor analogice și digitale.

Instrucțiuni de amplasare PCB: Plasarea eficientă a componentelor duce la rutare

Instrucțiuni de rutare PCB

Pentru proiectanții de plăci de circuite imprimate, amplasarea acestora pentru a crea o integritate optimă a semnalului și a alimentării este crucială. Componentele ar trebui plasate în poziții optime pentru a obține o rutare scurtă și directă. În același timp, PCB-ul trebuie amplasat astfel încât toate rețelele să poată fi rutate complet. Echilibrarea acestor cerințe poate fi o adevărată provocare în proiectele de densitate mare. Prima regulă generală pentru proiectarea PCB-ului este stabilirea regulilor de proiectare și a constrângerilor pentru rutare.

Reguli și constrângeri de proiectare

Din punct de vedere tehnic, configurarea regulilor și constrângerilor de proiectare ar trebui inclusă în parametri și setări. Cu toate acestea, deoarece majoritatea regulilor se aplică direct la rutarea șinelor, le includem aici. Regulile și constrângerile sunt utilizate pentru a controla lățimile și spațierile dintre șine și pot fi setate pentru rețele individuale, grupuri de rețele numite clase de rețele sau ca setări implicite pentru toate rețelele nespecificate. Regulile de proiectare sunt, de asemenea, utilizate pentru a controla ce via-uri sunt selectate pentru diferite rețele, lungimi de rutare și lungimi corespondente și ce straturi sunt permise pentru rutarea anumitor rețele și topologii de rutare. În plus, regulile de proiectare sunt utilizate pentru a controla spațierea componentelor, regulile de serigrafie, distanțele mecanice și multe alte constrângeri.

Integritate semnal și putere

Pentru a obține performanțe optime și integritate a semnalului, Aspect PCB Proiectanții trebuie să respecte cerințe specifice pentru rutarea circuitelor lor. Aici, regulile și constrângerile de proiectare vor fi utile, permițând proiectanților să introducă parametrii fizici de rutare în sistemele CAD pentru rutare. Deși valorile exacte vor varia în funcție de nevoile PCB-ului, proiectanții stabilesc de obicei reguli pentru a se asigura că sunt respectate următoarele instrucțiuni:

• Rutele pentru transmisiile de mare viteză ar trebui să fie scurte și directe.
• Lățimi de pistă, spațieri și straturi permise pentru rutare cu impedanță controlată.
• Lungimi de șină specificate și toleranțe de lungime pentru rutare cu lungime potrivită.
• Lățimi și spațieri pentru perechi diferențiale.
• Lățimi și spațieri pentru semnale sensibile, cum ar fi ceasurile și comenzile.
• Tipuri de via pentru diferite rețele.
• Lățimi și spațieri ale pistelor pentru circuite analogice.
• Lățimi de șină și greutăți din cupru pentru circuite de putere de înaltă intensitate.

O altă regulă importantă de reținut este evitarea intersectării zonelor dintre rutele analogice și cele digitale atunci când se efectuează rutare în proiecte cu semnal mixt.

Instrucțiuni privind puterea efectivă și planul de masă

Pentru proiectele moderne de mare viteză, strategia optimă de împământare este adesea utilizarea unuia sau mai multor straturi continue de împământare pe straturile interioare. Aceasta oferă o soluție excelentă EMI protecție și asigură căi de semnal clare, ceea ce va îmbunătăți integritatea generală a semnalului. Pentru zonele în care apar discontinuități ale planului de masă din cauza contururilor sau caracteristicilor unice ale PCB-ului, rutarea trebuie evitată în orice goluri de masă de pe placă. Dacă nu există planuri de masă continue și adiacente care să servească drept căi de retur clare pentru semnale, designul dvs. poate genera mult zgomot nedorit. Iată câteva instrucțiuni privind alimentarea și planul de masă de care trebuie să țineți cont:

• Straturile de sol trebuie să fie adiacente straturilor de semnal într-un Stivuire PCB cu rutare de mare viteză. Acest lucru va ajuta la protejarea rutării de mare viteză de interferențe și va oferi un plan de referință bun pentru căile de returnare a semnalului.
• Folosiți plăcuțe termice și gestionați cu atenție conexiunile de alimentare și împământare la avion. Raza plăcuței benzii de amortizare trebuie să fie suficient de lată pentru a transporta curent ridicat, eliminând în același timp posibilitatea ca aceste conexiuni să acționeze ca radiatoare.
• Planificați cu atenție conexiunile de alimentare și separați planurile de alimentare pentru a vă asigura că energia este furnizată suficient tuturor componentelor conectate pe întregul PCB.

Evitați rutarea simultană a circuitelor analogice și digitale în proiectele cu semnal mixt

Instrucțiuni de testare pentru serigrafie și PCB

Odată ce Design PCB După ce procesul de serigrafie este finalizat, este timpul să ne concentrăm pe finalizarea machetei prin curățarea stratului serigrafic și adăugarea punctelor de testare. Marcajele de referință, numerele de piese și alte informații despre companie sunt marcate pe PCB cu cerneală prin procesul de serigrafie. Designerii folosesc de obicei stratul de „imprimare serigrafică” din sistemul lor CAD pentru a proiecta aceste marcaje.

Pentru a se asigura că marcajele straturilor serigrafice sunt lizibile, designerii respectă aceste instrucțiuni:

• Grosimea liniilor nu trebuie să fie mai mică de 4 mil.
• Dimensiunile fontului nu trebuie să fie mai mici de 24 mils.

Indicatorii de referință ai componentelor ar trebui redenumiți în funcție de modelul de grilă al companiei pentru a facilita localizarea componentelor specifice pe placa de circuit. Mutați și rotiți marcajele de referință pentru a le face ușor de citit. Includeți marcajele de polaritate și de pinul unu acolo unde este necesar.

Punctele de testare sunt cruciale pentru plăcile de circuit destinate producției în masă pentru verificarea automată a asamblării. Fiecare rețea din proiect ar trebui să aibă un punct de testare, fie că este vorba de un pin existent cu orificiu traversant, o interfață via sau o pad de testare cu montare la suprafață adăugată. Punctele de testare ar trebui să fie la cel puțin 50 de mil distanță de alte obiecte de pe PCB, cum ar fi componente sau pad-uri, și la cel puțin 100 de mil distanță de marginea PCB-ului. Cu toate acestea, aceste valori pot varia în funcție de furnizor, așa că asigurați-vă că verificați care sunt cerințele producătorului privind punctele de testare.