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板子設(shè)計

2022-08-18 17:34 作者:AaaGss  | 我要投稿

轉(zhuǎn)載自: ?https://uinika.gitee.io/Electronics/PCB/,版權(quán)歸原作者所有,寫的很好,擔(dān)心這篇文章消失了。

優(yōu)秀的 PCB 設(shè)計者同時也是出色的藝術(shù)家,但是伴隨 5G 的全面商用以及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的普及,電路板走線越來越精密,信號頻率日益提高,電磁干擾問題日趨嚴(yán)重,PCB 設(shè)計人員不得不去面對一個現(xiàn)實問題:PCB 電路板已經(jīng)開始像一個具有電阻、電容、電感的組件,而非像過去 10 年前那樣僅僅作為線路連接的平臺。電磁兼容性信號完整性的問題日益突出,對于 PCB 布線與元器件布局的要求越來越高。

本文首先介紹了 PCB 制造工藝與元器件封裝相關(guān)的知識,然后重點討論了筆者工作過程當(dāng)中總結(jié)的一些 PCB Layout 方面的基本布線規(guī)范與設(shè)計原則。當(dāng)然,信號完整性作為一個比較系統(tǒng)的工程化問題,這些經(jīng)驗與原則并非絕對適用于任意場合,實際布線時仍然需要具體問題具體分析,結(jié)合實際的工況進(jìn)行設(shè)計。而對于信號完整性方面的各類繁雜問題,將會專門新開一篇文章另行討論。

閱讀帶書簽和 LaTex 公式的完整版本,可以進(jìn)入點擊下面鏈接查閱筆者 GitHub 博客:

PCB 基本布線規(guī)范與設(shè)計原則


基本術(shù)語

目前全球 EDA 產(chǎn)業(yè)格局主要由 Synopsys (新思科技)、Cadence (鏗騰電子)、Mentor(明導(dǎo)電子) 三大企業(yè)壟斷,其中 Cadence 公司的 Allegro(/??leɡro?/) 是業(yè)內(nèi)比較推崇的一款高速 PCB 板級布線工具,當(dāng)然面對價格不菲的商業(yè) License,也可以選擇免費又好用的 KiCad。

PCB 是印刷電路板(Printed Circuit Board)的英文縮寫,其基材是由介電層(絕緣材料)和高純度導(dǎo)體 (銅箔) 構(gòu)成,常用的 PCB 的基材主要是覆銅箔環(huán)氧玻纖布層壓板,也稱為 FR-4 全玻纖板,使用浸潤了環(huán)氧樹脂的玻璃纖維布層壓而成。

  • 網(wǎng)絡(luò):電路也稱為網(wǎng)絡(luò),即電路網(wǎng)絡(luò)

  • 板框:放置 PCB 封裝之前,需要先行在相應(yīng)的圖層繪制 PCB 板的邊框;

  • 飛線:是基于相同的原理圖網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的,當(dāng)兩個封裝的焊盤網(wǎng)絡(luò)相同時就會出現(xiàn)飛線,表示這兩個焊盤在 PCB 當(dāng)中可以通過導(dǎo)線連接;

  • 焊盤:用于將電子元件固定并且連接到 PCB ,每個焊盤都擁有獨立編號,以便于和元件引腳對應(yīng);

  • 淚滴:平滑過渡布線與焊盤之間的連接,提高連接的可靠性,降低信號傳輸時阻抗的急劇跳變,避免高頻信號由于線寬突然減小而造成反射;

  • 鋪銅:用于保留連接或者電源的整塊銅箔區(qū)域,一塊 PCB 可以分別設(shè)置并且繪制多個鋪銅區(qū);

布線

  • 差分對布線差分對是一種有效的高速信號走線方式,可以抑制共模噪聲,達(dá)到更好的信號完整性;其中,等長等距是差分布線的最基本要求;

  • 蛇形等長布線蛇形走線用于解決高速信號下,線長不相等導(dǎo)致的并行信號到達(dá)時間差異,進(jìn)而引發(fā)信號時序的改變;其沒有所謂濾波或者抗干擾的能力,因而只適用于時序匹配用途;

拼板

  • 拼板:用于充分利用 PCB 板材,將多塊相同或者不同的 PCB 設(shè)計放置到一個上面,從而提高生產(chǎn)效率;

  • V 割:也稱為 V-CUT,是指板廠按照客戶的拼板要求(便于后期分板),在印刷電路板的特定位置預(yù)先使用切割機(jī)開出 V 形槽,由于 V-CUT 刀只能走直線,不能走曲線和折線,所以規(guī)則的 PCB 拼板才會采用該方式;此外,PCB 走線距離 V 割線距離不應(yīng)小于0.4mm 以避免損壞;

  • 郵票孔:一種是為了便于后期分板,在分板位置打上一些小孔,由于容易造成毛邊等問題,所以僅用于拼板不規(guī)則的場合;另一種則是經(jīng)常用于核心板,具有連接特性的郵票孔,使用時需要精確切割為半孔;

過孔

過孔Via Hole)是鍍銅的的金屬小孔,用于實現(xiàn)不同銅層之間的電氣連接,具體可以劃分為如下 3 種:

  1. 通孔Through):連接頂層與底層并貫穿整個 PCB;

  2. 盲孔Blind):一端位于 PCB 表面,另一端位于 PCB 中間的工作層;

  3. 埋孔Buried):用于 PCB 內(nèi)部中間兩個工作層之間的連接;

注意:出于信號完整性的考慮,PCB 設(shè)計當(dāng)中應(yīng)該盡量減少過孔的使用;如果必須使用過孔,則盡量避免采用盲孔埋孔,它們不但增加了 PCB 的加工難度,也帶來了大量電氣安全性方面的問題。

單位換算

密耳是 PCB 設(shè)計當(dāng)中經(jīng)常使用到的一個長度的單位,它代表千分之一英寸,通常寫做 mil,其換算方式如下所示:

?1 mm ? (毫米) ? ? ?39.37 ?mil (密耳)
?1 mil ?(密耳) ? ? ?0.0254 mm ?(毫米) ?? ?25.4 μm (微米)
?1 inch (英寸) ? ? ?1000 ? mil (密耳) ?? ?25.4 mm (毫米)
?

元件封裝

封裝(Package)描述了電子元器件的外形與尺寸,具有相同電子參數(shù)的元件可能擁有不同的封裝,由于封裝技術(shù)日新月異并且沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),本文總結(jié)了一些常用電子元件的封裝類型。

貼片元件

SMT表面貼裝技術(shù)(Surface Mounting Technology)的英文縮寫,常見的貼片元件有 0201、0402、08050603、12061210、18122010、2512 九種類型:

芯片封裝

半導(dǎo)體芯片的封裝材料主要有塑料、陶瓷、玻璃、金屬等等,如果沒有特殊工藝要求,現(xiàn)在普遍采用的是塑料封裝:

布線參數(shù)

目前 PCB 板廠默認(rèn)采用 1.6 毫米厚度的 FR-4 板材:

  • 外層銅厚1oz ~ 2oz,即35um ~ 70um,默認(rèn)常規(guī)電路板外層銅箔厚度為1 oz,最多可以做到2 oz(需備注);

  • 內(nèi)層銅厚0.5oz,即 17um,默認(rèn)常規(guī)電路板內(nèi)層銅箔線路厚度為 0.5 oz;

  • 最小線寬與間隙:嘉立創(chuàng)3.5mil,捷配4mil,兩者約等于 0.1mm,實際布線時盡量保證大于 4mil 即可;

  • 最小過孔內(nèi)外徑:多層板最小內(nèi)徑 0.2mm,最小外徑為0.4mm,雙面板最小內(nèi)徑 0.3mm, 最小外徑 0.5mm;

注意:具體參數(shù)請參考所打樣 PCB 工廠的文檔,例如:《嘉立創(chuàng) PCB 工藝參數(shù)》、《嘉立創(chuàng)制造工藝要求》、《捷配 PCB 工藝能力》。

布線寬度

IPC 是美國印刷電路板協(xié)會(The Institute of Printed Circuit)的英文縮寫,該組織制定了多個 PCB 設(shè)計與制造工藝相關(guān)的的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn):

  • 《IPC-7525 鋼網(wǎng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》

  • 《IPC-2221 PCB 設(shè)計通用標(biāo)準(zhǔn)》

  • 《IPC-SM-782 表面安裝設(shè)計焊盤圖形標(biāo)準(zhǔn)》

  • 《IPC-SM-770 印制板組件裝配規(guī)范 (包括表面安裝穿孔安裝的設(shè)計要求)》

下面這個線寬計算公式出自于《IPC-2221 印制電路板通用設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》,適用于外層電流35A、內(nèi)層電流17.5A、溫度為100C°、寬度 400mil 的情況::

最大電流安相對環(huán)境溫升攝氏度布線寬度布線厚度,其中內(nèi)層布線或外層布線最大電流 (安)=K× 相對環(huán)境溫升 (攝氏度)0.44×(布線寬度 × 布線厚度)0.725,其中 K = 內(nèi)層布線 0.024 或外層布線 0.048

當(dāng)前 PCB 板廠可以加工的成品外層銅厚在1oz ~ 2oz(即 35μm ~ 70μm)之間,默認(rèn)外層銅箔線路厚度為 1oz(最多可以做到 2oz),內(nèi)層銅箔線路厚度為 0.5oz(即 17μm)。這里以默認(rèn)的 35μm 布線厚度為基準(zhǔn),可以得到如下常用的布線寬度、最大通過電流、阻抗

布線間距

安全間距是指 2 個導(dǎo)電子元件或者走線之間測得的最短空間距離,即在保證電氣性能穩(wěn)定與安全的前提下,通過空氣所能夠絕緣的最短距離。下面表格標(biāo)注的是安全間距最小值,該數(shù)據(jù)來源于《IPC 2221 印刷電路板通用設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》。

注意:目前大部分板廠所提供的布線最小間距為 4mil,即 0.1mm。

最小過孔

當(dāng)前 PCB 板廠可以提供的多層板最小內(nèi)徑為 0.2mm,最小外徑為 0.4mm,雙面板最小內(nèi)徑 0.3mm,最小外徑 0.5mm

封裝尺寸

PCB 堆疊與分層

雖然 PCB 可以分為多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計,但是通常元器件僅能在頂層或者底層,分別通過波峰焊(針對貼片元件)或者回流焊(針對分立元件)進(jìn)行焊接:

根據(jù)覆銅層數(shù)的不同,可以將 PCB 具體劃分為如下 3 種類型:

  • 單面 PCB 板:僅有一面走線或者覆銅;

  • 雙面 PCB 板:頂層和底層都會進(jìn)行走線或者覆銅;

  • 多層 PCB 板:除了頂層和底層之外,中間還包含了信號層、中間層、電源層接地層,每一層之間相互絕緣并采用過孔連接;

注意:因為雙面 PCB 的電磁兼容性較差,所以通常僅用于低速設(shè)計當(dāng)中。

每層 PCB 之間,分別可以采用通孔盲孔、埋孔方式進(jìn)行連接??傮w而言,絕大多數(shù)板級 EDA 工具軟件都定義有下表當(dāng)中的 PCB 功能層次:

注意信號層主要放置銅膜導(dǎo)線與元件,為電氣信號提供傳輸通道;內(nèi)部電源 / 接地層 也稱為內(nèi)電層,主要用來鋪設(shè)電源和接地,由大塊的銅膜覆蓋而成,可以提升 PCB 工作的穩(wěn)定性。

四層 PCB 參考設(shè)計

  • 第 1 種情況,比較理想的四層板堆疊設(shè)計,因為最外層是接地層,對于 EMI 有屏蔽作用,同時電源層接地層可以靠得很近,使得電源內(nèi)阻較小;但是,當(dāng)元器件密度比較大時,不能保證接地層的完整性,信號層的信號質(zhì)量會變得較差,相鄰信號層之間的串?dāng)_較大;

  • 第 2 種情況,這種方式較為常用,這種結(jié)構(gòu)擁有較好的層電容效應(yīng),整個 PCB 的層間串?dāng)_較小,信號層可以取得較好的信號完整性;但這種結(jié)構(gòu)當(dāng)中,由于信號層處于表層,空間電磁輻射的強(qiáng)度增大,需要通過外加屏蔽殼才能夠降低 EMI;

  • 第 3 種情況,電源層與接地層都處于表層,信號完整性比較好,其中 信號 1 層上的信號質(zhì)量最好,信號 2 層次之;這種設(shè)計對于 EMI 有一定的屏蔽作用;但是,由于環(huán)路較大,器件密度的大小直接決定著信號質(zhì)量,相鄰信號層不能避免層間干擾,整體上不如第 1 種結(jié)構(gòu),除非對于電源功率有特殊要求;

六層 PCB 參考設(shè)計

  • 第 1 種情況,是常見的方式之一,信號 1 層是比較好的布線層,信號 2 層次之;但是要注意 信號 2信號 3 之間的層間串?dāng)_,信號 4 如果沒有元件,就盡量減少信號線,并且多覆蓋一層接地;

  • 第 2 種情況,信號 2信號 3層的信號完整性最好,其中 信號 2 層為最好的布線層,信號 3 層次之;電源平面的阻抗較好,層間電容較大,有利于抑制整板的 EMI;但是由于 信號 1信號 2 之間存在較大的層間干擾,并且距離電源層和接地層較遠(yuǎn),EMI 空間輻射強(qiáng)度較大,可能需要外加屏蔽殼;

  • 第 3 種情況,這種情況是六層板的最佳布局,信號 1、信號 2、信號 3 都是比較好的布線層,并且電源平面的阻抗也比較好,美中不足之處在于 信號 4 距離接地層過遠(yuǎn);

  • 第 4 種情況,雖然性能優(yōu)于前面 3 種,但是可供布線的層數(shù)僅有 2 層;

信號完整性問題

信號完整性(SI,Signal Integrity)是指 PCB 上的信號經(jīng)由信號線傳輸以后仍然能保持完整與正確,當(dāng)電路中的信號能夠以正確的時序、符合要求的持續(xù)時間與電壓幅度進(jìn)行傳送,并完整的到達(dá)輸出端時,即說明該電路具有良好的信號完整性;而當(dāng)信號不能正常響應(yīng)時,就認(rèn)為出現(xiàn)了信號完整性問題,特別是在高頻高速電路當(dāng)中。因此,信號完整性分析的目的就是為了確保信號的時序電壓幅度正確傳輸,電路設(shè)計當(dāng)中常見的信號完整性問題主要集中在如下幾個方面:

  • 傳輸延遲Transmission Delay):指信號沒有在規(guī)定的時間內(nèi)以一定的持續(xù)時間和幅度到達(dá)接收端,通常是由于驅(qū)動過載、布線過長的傳輸線效應(yīng)引起。此外,傳輸線上的電容、電感也會對信號的狀態(tài)切換產(chǎn)生延時。高速電路設(shè)計當(dāng)中,傳輸延遲是一個無法回避的問題,因此專門引入了一個延遲容限的概念,即確保電路正常工作的前提下,所允許的信號最大時序變化。

  • 反射Reflection):指傳輸線上的回波,信號功率的一部分從源端經(jīng)過傳輸線傳遞至負(fù)載,另一部分則會向源端反射。高速電路設(shè)計當(dāng)中,可以將導(dǎo)線等效為傳輸線,而非集總參數(shù)電路中的導(dǎo)線。若阻抗匹配 (源端阻抗、傳輸線阻抗、負(fù)載阻抗三者相等) 則反射不會發(fā)生;反之,如果負(fù)載阻抗與傳輸線阻抗不匹配就會導(dǎo)致接收端向源端的信號反射。布線的幾何形狀、不恰當(dāng)?shù)亩私臃绞?、?jīng)過連接器的傳輸及電源平面不連續(xù)等因素均會導(dǎo)致該問題,進(jìn)而導(dǎo)致傳送信號出現(xiàn)嚴(yán)重的過沖(Overshoot)或下沖(Undershooot)現(xiàn)象,并最終造成信號的波形變形與時序混亂。

  • 竄擾Crosstalk):指沒有電氣連接的信號線之間的感應(yīng)電壓與電流所導(dǎo)致的電磁耦合,這種耦合會造成信號線產(chǎn)生類似天線的作用。其中,容性耦合會引發(fā)耦合電流,感性耦合則會引發(fā)耦合電壓,并伴隨時鐘速率的提升與 PCB 尺寸的縮小而加大,一切都是由于信號線上有交變的信號電流通過所產(chǎn)生的磁場,處于該磁場中的其它信號線就會感應(yīng)到信號電壓。PCB 的工作層的參數(shù)、信號線間距、驅(qū)動與接收端的電氣特性、信號線本身的端接方式等等都會對竄擾造成一定影響。

  • 接地反彈Ground Bounce):指由于電路中由于較大電流涌動而在電源與接地平面之間產(chǎn)生的大量噪聲,例如大量芯片同步進(jìn)行切換時,就會在與電源平面之間產(chǎn)生較大的瞬時電流,而芯片封裝與電源之間的寄生電感、電容、電阻就會隨之引發(fā)電源噪聲,造成電路在零電位上產(chǎn)生較大的電壓波動,進(jìn)而影響其它元器件的正常工作。

注意信號完整性問題往往與電磁兼容性問題相伴而生。

3W/20H/55 原則

  • 3W 原則:也稱為 3H 原則,保證兩條走線的中心間距大于 3 倍的線寬,從而減小走線之間的串?dāng)_;當(dāng)走線間的中心距離大于 3 倍線寬時,可以保持 70% 的線間電場不會互相干擾;如要希望達(dá)到 98% 的線間電場不互相干擾,則可以使用 10W 規(guī)則;

  • 20H 原則:多層 PCB 的邊緣會向外輻射電磁干擾,讓電源平面尺寸相對地平面尺寸內(nèi)縮相互間距的 20 倍尺寸,讓電場只在接地層范圍內(nèi)進(jìn)行傳導(dǎo),從而有效抑制這種邊緣輻射效應(yīng);內(nèi)縮 20H 則可以將 70% 的電場限制在接地層,內(nèi)縮 100H 則可以限制 98% 的電場;

  • 55 原則:時鐘頻率達(dá)到 5MHz 或者脈沖信號的上升時間小于 5ns,那么 PCB 必須采用多層板;有時出于成本因素的考慮采用雙層板結(jié)構(gòu),這種情況下最好將 PCB 其中一層作為完整的地平面層;

PCB 布局規(guī)范

  1. 電源信號要分開;

  2. 信號的輸入輸出要分開;

  3. 數(shù)字部分模擬部分要分開;

  4. 高頻部分低頻部分要分開;

  5. 強(qiáng)電部分弱電部分要分開。

元件布局基本原則

  • 通常條件下,所有元件均應(yīng)分布在 PCB 的相同面上,只有在 PCB 頂層元件過密時,才將一些高度有限并且發(fā)熱量較小的貼片元件放置在底層;

  • 依據(jù)【先大后小,先難后易】的布線原則,重要的單元電路、核心元器件需要首先進(jìn)行布局,并且保持關(guān)鍵信號線最短;

  • 高電壓大電流信號小電流低電壓信號完全分開;模擬信號數(shù)字信號分開;高頻信號低頻信號分開,并且高頻元器件的隔離要充分;

  • 布局過程當(dāng)中,充分參考原理框圖,根據(jù)主信號流向擺放主要元器件;

  • 元件的布局應(yīng)當(dāng)便于信號流通,并讓信號盡可能保持一致的流動方向;

  • 保證電氣性能的前提下,元件應(yīng)當(dāng)放置在相互平行或者垂直排列的柵格上,以求整齊美觀;

  • 如果元件或?qū)Ь€之間存在較高的電位差,應(yīng)當(dāng)加大其間隔距離,避免由于放電擊穿引起意外短路;

  • 帶有高電壓的元件應(yīng)當(dāng)盡量布置在調(diào)試時,手不容易觸及的地方;

  • 位于 PCB 邊緣的元件,距離邊緣至少要有 2 個板厚的距離;

  • 相同類型的插裝元件應(yīng)當(dāng)同方向進(jìn)行放置,同類型的有極性元件也盡量朝相同方向擺放,便于后期生產(chǎn)檢測;

  • 避免不同金屬封裝的元件相互接觸;

  • 元件之間的間隔距離需要滿足操作空間的要求,例如插拔 TF 卡;

  • 重量較大的元件,應(yīng)當(dāng)安裝在靠近 PCB 支承點的位置,減小 PCB 板材受力的翹曲度;必要時還應(yīng)當(dāng)采取固定措施,不能僅依靠引腳焊面固定;

  • 高壓元器件和低壓元器件之間保持較寬的電氣隔離帶,即不將電壓等級相差較大的元器件擺放在一起,既有利于電氣絕緣,也可以隔離信號提升抗干擾能力;

防止電磁干擾

  • 電磁輻射較強(qiáng)的元件,或者對于電磁輻射較為敏感的元件,應(yīng)加大相互之間的距離或者添加屏蔽罩,元件擺放的方向應(yīng)當(dāng)與相鄰的銅泊導(dǎo)線交叉

  • 對于變壓器、揚聲器、電感等會產(chǎn)生磁場的元件,布局時應(yīng)注意減少磁力線對于印制導(dǎo)線的切割,相鄰元件磁場方向應(yīng)相互垂直,減少彼此之間的耦合;

  • 電感器件不要近距離并排擺放,避免形成互感;

  • 對電磁干擾源進(jìn)行屏蔽,并且保證屏蔽罩能夠良好的接地;

  • 對于高頻電路,需要考慮元件之間的分布參數(shù)的影響;

抑制熱干擾

  • 發(fā)熱元件優(yōu)先安排在利于散熱的位置,必要時可以單獨設(shè)置散熱片、散熱風(fēng)扇;

  • 一些功耗大的集成塊、大或中功率管、電阻等元件,要布置在容易散熱的地方,并與其它元件隔開一定距離。

  • PCB 雙面都擺放元件時,底層一般不放置發(fā)熱元件;

  • 電阻、電容、晶振等熱敏元件,應(yīng)當(dāng)盡量遠(yuǎn)離高溫區(qū)域,以避免受到熱干擾;

  • 熱敏器件盡量擺放在上風(fēng)口,高元件放置在矮元件后面,并且沿風(fēng)阻最小的方向放置,避免風(fēng)道受阻;

  • 采用大面積的接地銅箔,提升 PCB 的散熱效率;

  • 接地安裝孔可以采用較大的焊盤,以充分利用安裝螺栓和 PCB 兩側(cè)的銅箔進(jìn)行散熱;

電源布局

  • 多采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),少采用菊花鏈布局,縮短電源的公共回路;

  • 電源的輸入與輸出要分開進(jìn)行布局,以避免串?dāng)_問題;

  • 電源管理芯片、背光芯片、升壓芯片需要放置在屏蔽殼當(dāng)中;

  • 電源走線要盡量避開射頻區(qū)域

高速元件與天線布局

  • DDR、SDRAM、NAND Flash 等存儲芯片需要靠近 CPU 進(jìn)行擺放,并盡量減少線長以及交叉線的數(shù)量;

  • 屏幕插座應(yīng)當(dāng)順著 CPU 出線的方向,中間的 RC 濾波器盡量擺放在 CPU 一側(cè);

  • 高速器件 CPU、液晶屏幕插座等應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離天線模塊;

  • 射頻模塊和天線周邊不要有金屬元器件,以避免影響天線的頻率點、阻抗等參數(shù);

PCB 布線原則

  • 高速信號的走線要盡可能,走線間距要足夠大,并且盡量靠近 PCB 邊緣或者接插件;

  • 相同信號傳輸線的線寬需要保持一致,拐線時同樣需要保持相同的線寬;

  • 重要的信號線可以增加線寬,以降低其特性阻抗;

  • 關(guān)鍵信號線可以采用平行地線的方式進(jìn)行隔離;

  • 相鄰的兩層之間,走線采用 # 字型錯開布線;

  • 每條走線的寬度與元器件每個引腳的焊盤連接保持對稱,并且從元件焊盤中心位置出線;

  • 當(dāng)和焊盤連接的走線比焊盤寬時,走線不能覆蓋焊盤,應(yīng)從焊盤末端引線;

  • 引腳間距較為密集的貼片元件焊盤引腳,需要從焊盤外部走線進(jìn)行連接,不允許直接連接引腳之間的焊盤;

  • 過孔可能會引發(fā)信號傳輸線的阻抗突變,因此需要盡量減少過孔使用的數(shù)量;

  • 信號傳輸線上避免出現(xiàn)樁線,如果無法避免,那么樁線的長度應(yīng)小于信號的上升時間,避免出現(xiàn)反射;

  • 高速信號走線換層時,附近要有接地孔提供回流環(huán)路,確保整板回環(huán)小阻抗??;

  • 模擬信號不要使用 EDA 工具的自動布線功能;

  • 對敏感節(jié)點使用屏蔽線,即在受干擾結(jié)點的周邊添加一組屏蔽線,并且在屏蔽線上放置多個接地過孔

串?dāng)_

  • 反向電流平行走線帶來的串?dāng)_較大;

  • 串?dāng)_強(qiáng)度與走線長度成正比,與間距成反比,與頻率成正比;

  • 加大走線的間距,縮小走線的平行長度,必要時可以采用 Jog-Out 凹凸布線;

  • 加入端接匹配可以降低反射,并且減小串?dāng)_;

  • 將信號層限制在高于接地平面 10mil 范圍以內(nèi);

  • 向串?dāng)_比較嚴(yán)重的兩條線之間插入一條地線進(jìn)行隔離,從而減小串?dāng)_;

  • 避開噪聲源,例如 MCU、電感、晶振鄰近的表層嚴(yán)禁走線或者打過孔;

覆銅

  • PCB 設(shè)計當(dāng)中,沒有布線的區(qū)域最好選擇一個較大的接地平面來進(jìn)行覆蓋,以提供屏蔽和提高去耦能力;

  • 發(fā)熱元件周圍或者大電流走線應(yīng)當(dāng)盡量避免使用大面積銅箔,長時間受熱會導(dǎo)致銅箔膨脹脫落;

  • 發(fā)熱元件周圍如果必須使用大面積銅箔,那么最好采用柵格覆銅,便于釋放銅箔的表面張力;

  • 相同層的走線分布不平衡或者不同層的銅分布不對稱時,推薦覆銅設(shè)計。

  • PCB 最外層如果存在大面積的區(qū)域沒有走線,建議在該區(qū)域內(nèi)柵格覆銅,使得 PCB 整體的銅箔分布均勻;

  • 推薦鋪銅網(wǎng)格之間空白方格的大小約為 25mil x 25mil;

  • 噪聲敏感的電路需要考慮接地屏蔽,即在信號層的四周布寬度大于 50mil 地線或間距小于 300mil 的地孔;

  • 孤銅(特別是表層)超過 150mils 時,不能打接地過孔,需要刪除該區(qū)域,以免形成懸空的天線;

PCB 拼板

拼板是指由于電子元件自動化貼片,需要將單塊 PCB 電路板進(jìn)行 V 割或者郵票孔處理的加工方式。常見的 PCB 拼版方式主要有 3 種:同方向拼版中心對稱拼版、鏡像對稱拼版。

同方向拼版:最簡單的拼板方式,將同款的 PCB 設(shè)計平鋪復(fù)制以后就可以實現(xiàn)。

中心對稱拼版:適用于拼接兩塊形狀不規(guī)則的 PCB,中間必須開銑()槽才能夠進(jìn)行分離;如果拼版以后產(chǎn)生較大變形,可以考慮在拼版中添加郵票孔連接的輔助塊。

鏡像對稱拼版:通常在 PCB 正反面的貼片元件都能夠滿足回流焊的焊接要求時采用,但是要注意鏡像對稱拼版需要滿足 PCB 光繪的正負(fù)片對稱分布,例如四層板第 2 層為電源 / 接地的負(fù)片,則與其對稱的第 3 層也必須是負(fù)片,否則不能采用鏡像對稱方式拼版。

工藝邊

工藝邊是為了滿足自動化貼片的需要而增加的輔助部分,生產(chǎn)完成之后會被移除,一般設(shè)計為 5mm

  • 定位孔: 用于 PCB 加工和測試時的定位,一般設(shè)計為 2mm過孔

  • Mark 點: 用于自動化貼片機(jī)進(jìn)行識別定位,通常設(shè)計為 1mm焊盤;

測試點

關(guān)鍵元件需要在 PCB 設(shè)計上添加測試點,以便于后期進(jìn)行自動化的飛針測試。不允許將用于焊接貼片元件的焊盤作為檢測點,必須單獨設(shè)計專用的測試焊盤,以降低對于焊點檢測和生產(chǎn)調(diào)試的影響。用作測試點的焊盤需要盡可能分布在 PCB 相同側(cè),以降低檢測時間和成本。

  • 測試點距離 PCB 邊緣盡量大于 5mm;

  • 確保測試點不會被阻焊層或者其它油墨覆蓋;

  • 測試點最好鍍錫或者沉金處理,以防止氧化;

  • 測試點盡量放置在距離元件 1mm 以外,避免元件遭到探針的錯誤撞擊;

  • 測試點需要距離定位孔 3.2mm 以上;

  • 測試點的直徑不可小于 0.4mm,相鄰測試點的間距最好在 2.54mm 以上;

  • 測試面不能放置高度超過 6.4mm 的元器件,以避免探針的測試夾具撞擊到這些過高的元件;

  • 確保每塊芯片都擁有電源和接地測試點,并且盡可能靠近芯片(最好小于 2.54mm);

  • 在 PCB 走線上設(shè)置測試點時,可以將測試焊盤的寬度進(jìn)行適當(dāng)放大;

  • 測試點應(yīng)當(dāng)均勻分布在 PCB 上面,以避免探針下壓產(chǎn)生的應(yīng)力過于集中;

  • 電源應(yīng)當(dāng)分區(qū)域設(shè)置測試點,以便于去耦以及故障查詢;



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