Дизайн макета печатной платы: Что должен знать каждый дизайнер

Несмотря на растущую интеграцию полупроводников, во многих приложениях используются готовые системы на кристаллах. Несмотря на то, что различные мощные и готовые платы разработки становятся все более доступными, многие области применения в электронике по-прежнему требуют использования специальных печатных плат. При одноразовой разработке даже обычная печатная плата может сыграть очень важную роль. В этой статье мы познакомим вас с несколькими золотыми правилами проектирования печатных плат, большинство из которых не изменились с момента появления коммерческого дизайна печатных плат 25 лет назад и широко применимы к различным проектам по дизайну печатных плат.

Каковы основные правила проектирования печатных плат?

Основные правила проектирования печатных плат служат основой для надежной компоновки. Запомните, что приведенные ниже 5 основных правил могут помочь вам в проектировании печатных плат.

1. Оптимизируйте размещение компонентов
2. Выберите правильные перекрестные помехи
3. Убедитесь, что короткие и прямые замыкания не повреждены.
4. По возможности контролируйте распределение мощности и цепи заземления.
5. Избегайте острых углов на трассах, предпочитая повороты под углом 45 градусов.

Кроме того, всегда выполняйте проверку правил проектирования (DRC), чтобы выявить возможные проблемы перед окончательной доработкой макета. Эти проверки помогают обеспечить соответствие производственным стандартам и эксплуатационным характеристикам.

Назовите 3 самых важных шага в процессе проектирования и компоновки печатных плат?

Процесс проектирования и компоновки печатной платы состоит из множества важных этапов, но этим трем процессам следует уделять приоритетное внимание.

1. Проектирование схемы и выбор компонентов

Начните с создания подробной принципиальной схемы вашей печатной платы. Как проектировщик, вы можете выбирать отдельные компоненты с высокими или низкими значениями компонентов, но с одинаковыми характеристиками. Объединив их в меньшем диапазоне стандартных значений, можно упростить спецификацию и потенциально снизить затраты.

Выберите подходящие компоненты в соответствии с требованиями вашего проекта, учитывая такие факторы, как напряжение, ток и частота сигнала. Очень важна четкая схема. Это помогает избежать ошибок и упрощает процесс компоновки, упрощая эффективное размещение компонентов.

2. Размещение компонентов

Стратегически расположите компоненты на плате. Сначала разместите критически важные компоненты, такие как микроконтроллеры и высокочастотные микросхемы, а затем вспомогательные компоненты. Учитывайте тепловыделение и доступность для отладки. Если у вас есть ассортимент печатных плат, основанный на предпочтительных значениях компонентов, это также поможет вам принимать правильные решения по управлению запасами в долгосрочной перспективе.

3. Маршрутизация

Маршрутизация, включая подключение компонентов с помощью трассировок. Сначала определите приоритетность маршрутизации для критически важных сигналов, таких как линии синхронизации и высокоскоростные каналы передачи данных. Используйте максимально короткие пути и избегайте пересечения различных типов сигналов, чтобы уменьшить помехи. После прохождения критических трасс проложите сети электропитания и заземления, а затем менее критичные сигналы. При необходимости используйте несколько слоев, чтобы схема была чистой и удобной для управления.

Каковы рекомендации по размещению печатных плат?

Рекомендации по компоновке печатных плат могут помочь разработчикам добиться оптимального размещения компонентов и обеспечить простоту сборки платы. Вот несколько рекомендаций, которые следует учитывать:

1. Ширина и расстояние между контурами

Поддерживайте соответствующую ширину и расстояние между печатными платами в зависимости от пропускной способности по току и уровня напряжения. Стандарт IPC-2221A содержит рекомендации по ширине и расстоянию между печатными платами. Согласно этому стандарту, ширина печатной платы должна выбираться в зависимости от пропускной способности по току и допустимого повышения температуры. Например, провод шириной 1 мм с 1 унцией меди (35 мкм) может пропускать приблизительно 2,5 А при повышении температуры на 10°C.

2. Укладка слоев

Тщательно продумывайте расположение печатных плат. Многослойные конструкции обычно используются в высокочастотных приложениях для эффективного разделения уровней питания, заземления и сигнала, тем самым снижая уровень электромагнитных помех (EMI). Исследования показывают, что в 4-х и более-слойной схеме плотное соединение линий электропередачи и заземления может значительно снизить электромагнитные помехи и улучшить целостность сигнала.

3. Терморегулирование

Учитывайте тепловые аспекты при планировке. Размещайте компоненты, выделяющие значительное количество тепла, такие как силовые транзисторы, вдали от чувствительных к нагреву компонентов. Используйте тепловые переходы и радиаторы для эффективного отвода тепла.

4. Расположение элементов

Стратегически используйте переходы для соединения различных слоев. Избегайте размещения слишком большого количества переходов вблизи высокочастотных сигнальных трактов, чтобы предотвратить ухудшение качества сигнала. Используйте сквозную прошивку для улучшения заземления и уменьшения площади контуров.

5. Распределение мощности

Использование широких трасс для питания и заземления имеет решающее значение для минимизации сопротивления и индуктивности. Например, IPC-2152 содержит рекомендации по распределению мощности и предлагает использовать широкие трассы для работы с более высокими токами и минимизации перепадов напряжения.

Каковы особенности компоновки печатной платы?

При проектировании печатной платы вы можете учитывать следующие моменты:

1. Целостность сигнала

Поддерживайте целостность сигнала, минимизируя длину трассировки и избегая несоответствия импедансов. Используйте дифференциальные пары для высокоскоростных сигналов и располагайте их близко друг к другу, чтобы уменьшить шум.

2. Электромагнитные помехи/ЭМС

Электромагнитные помехи и ЭМС являются важнейшими факторами. Используйте надлежащие методы экранирования и заземления для снижения помех и обеспечения соответствия нормативным стандартам.

3. Проектируйте с учетом технологичности (DFM)

Убедитесь, что ваша компоновка является технологичной, соблюдая производственные возможности и допуски. Упростите прокладку и избегайте чрезмерной плотности компонентов для облегчения сборки и контроля.

4. Механические ограничения

Учитывайте физические размеры и требования к монтажу вашей печатной платы. Убедитесь, что компоненты и направляющие не соприкасаются с механическими деталями или корпусами.

5. Стоимость

Оптимизируйте свой дизайн с точки зрения затрат, сократив количество слоев, где это возможно, и сведя к минимуму использование дорогостоящих материалов или процессов. Сбалансируйте требования к производительности с бюджетными ограничениями.

В Best Technology мы предлагаем услуги квалифицированного дизайнера, которые помогут вам достичь целей вашего проекта с точностью и совершенством. Выберите нас для вашего следующего проекта по созданию печатных плат и ощутите преимущества качества и инноваций.

дизайн печатной платы,