Lorsque le niveau de câblage du PCB est amélioré, ce qui rend la conception de votre PCB plus efficace

La disposition du PCB est très importante dans toute la conception du PCB. Comment réaliser un câblage rapide et efficace et donner à votre câblage PCB un aspect haut de gamme mérite d'être étudié et appris. Nous avons trié 7 aspects auxquels il faut prêter attention lors de la configuration des PCB. Vérifions et comblons les lacunes !

1. Traitement commun des circuits numériques et des circuits analogiques

De nos jours, de nombreux PCB ne sont plus des circuits fonctionnels uniques (circuits numériques ou analogiques), mais sont composés d'un mélange de circuits numériques et de circuits analogiques. Par conséquent, il est nécessaire de prendre en compte les interférences mutuelles entre eux lors du câblage, en particulier les interférences sonores sur la ligne de terre. La fréquence des circuits numériques est élevée et la sensibilité des circuits analogiques est forte. Pour les lignes de signaux, les lignes de signaux haute fréquence doivent être aussi éloignées que possible des dispositifs de circuits analogiques sensibles. Pour les lignes de terre, l'ensemble du PCB n'a qu'un seul nœud vers le monde extérieur, donc le problème du terrain d'entente numérique et analogique doit être résolu à l'intérieur du PCB. Cependant, la masse numérique et la masse analogique sont en réalité séparées à l'intérieur de la carte. Ils ne sont pas connectés les uns aux autres, mais se trouvent uniquement à l'interface où le PCB se connecte au monde extérieur (comme les fiches, etc.). La masse numérique est un peu court-circuitée par rapport à la masse analogique, veuillez noter qu'il n'y a qu'un seul point de connexion. Il existe également différentes masses sur le PCB, qui sont déterminées par la conception du système.

2. Les lignes de signal sont posées sur la couche électrique (terre)

Lors du câblage de cartes imprimées multicouches, il ne reste pas beaucoup de lignes inachevées sur la couche de ligne de signal. L'ajout de couches supplémentaires entraînera du gaspillage et augmentera la charge de travail de production, et le coût augmentera également en conséquence. Pour résoudre cette contradiction, vous pouvez envisager un câblage sur la couche électrique (terre). La couche de puissance doit être considérée en premier, suivie de la couche de terre. Car l’intégrité de la formation est préservée.

3. Traitement des pattes de connexion dans les conducteurs de grande surface

Dans le cas d'une mise à la terre de grande surface (électricité), les pattes des composants couramment utilisés y sont connectées. La manipulation des pattes de connexion doit être prise en compte de manière globale. En termes de performances électriques, il est préférable que les plots des pattes des composants soient entièrement connectés à la surface en cuivre, mais il existe certains dangers cachés lors de l'assemblage par soudage des composants, tels que : ① Le soudage nécessite un chauffage haute puissance . ②Il est facile de créer des joints de soudure virtuels. Par conséquent, en tenant compte des performances électriques et des exigences du processus, un plot de soudure en forme de croix est réalisé, appelé bouclier thermique, communément appelé plot thermique (Thermal). De cette manière, la possibilité de joints de soudure virtuels dus à une dissipation thermique excessive de la section transversale pendant le soudage peut être éliminée. Le sexe est considérablement réduit. Le traitement des pattes de la couche de puissance (sol) des panneaux multicouches est le même.

4. Le rôle du système de réseau dans le câblage

Dans de nombreux systèmes de CAO, le câblage est déterminé en fonction du système réseau. Si la grille est trop dense, bien que le nombre de canaux soit augmenté, les pas sont trop petits et la quantité de données dans le champ d'image est trop grande. Cela entraînera inévitablement des exigences plus élevées en matière d'espace de stockage de l'appareil et affectera également la vitesse de calcul des produits électroniques informatiques. Impact important. Certains chemins sont invalides, comme ceux occupés par les patins des pattes des composants ou occupés par les trous de montage et les trous de montage. Un maillage trop clairsemé et trop peu de canaux auront un impact important sur le taux de routage. Par conséquent, il doit y avoir un système de grille raisonnable pour prendre en charge le câblage. La distance entre les pattes d'un composant standard est de {{0}},1 pouces (2,54 mm), donc la base du système de grille est généralement définie sur 0,1 pouces (2,54 mm). ou un multiple entier inférieur à {{10}},1 pouces, tel que : 0,05 pouces, 0,025 pouces, 0,02 pouces, etc.

5. Manipulation des fils d'alimentation et de terre

Même si le câblage de l'ensemble du circuit imprimé est bien réalisé, les interférences causées par une prise en compte insuffisante de l'alimentation électrique et des fils de terre dégraderont les performances du produit et affecteront parfois même le taux de réussite du produit. Par conséquent, le câblage de l'alimentation et des fils de terre doit être pris au sérieux afin de minimiser les interférences sonores générées par l'alimentation et les fils de terre afin de garantir la qualité du produit. Tout ingénieur engagé dans la conception de produits électroniques comprend la cause du bruit entre le fil de terre et le fil d'alimentation. Nous décrivons maintenant uniquement la suppression réduite du bruit : la méthode bien connue consiste à ajouter un bruit entre l'alimentation et le fil de terre. Condensateur racine de lotus. Élargissez autant que possible les fils d'alimentation et de terre. Le fil de terre est plus large que le fil d'alimentation. Leur relation est la suivante : fil de terre > fil d'alimentation > fil de signal. Habituellement, la largeur du fil de signal est : 0,2~0,3 mm, et la largeur fine peut aller jusqu'à 0.05~0,07 mm. , le cordon d'alimentation mesure 1,2 ~ 2,5 mm. Pour les PCB de circuits numériques, des fils de terre larges peuvent être utilisés pour former une boucle, c'est-à-dire pour former un réseau de terre (la terre des circuits analogiques ne peut pas être utilisée de cette manière). Utilisez une grande surface de couche de cuivre pour les fils de terre et ceux inutilisés sur la carte imprimée. Tous les endroits sont connectés à la terre et utilisés comme fils de terre. Ou bien, il peut être transformé en une carte multicouche, avec des fils d'alimentation et de terre occupant chacun une couche.

6. Vérification des règles de conception (DRC)

Une fois la conception du câblage terminée, il est nécessaire de vérifier soigneusement si la conception du câblage est conforme aux règles fixées par le concepteur. Il est également nécessaire de confirmer si les règles établies répondent aux besoins du processus de production des cartes imprimées. Les inspections générales comprennent les aspects suivants : ligne à ligne, ligne à ligne. Si la distance entre les plots de composants, les lignes et les trous traversants, les plots de composants et les trous traversants et les trous traversants est raisonnable et si elle répond aux exigences de production. Les fils d'alimentation et de terre sont-ils de largeur appropriée et les fils d'alimentation et de terre sont-ils étroitement couplés (faible impédance d'onde) ? Y a-t-il un endroit dans le PCB où le fil de terre peut être élargi ? Des mesures ont-elles été prises pour les lignes de signaux clés, telles que les courtes longueurs, les lignes de protection et les lignes d'entrée et de sortie clairement séparées ? Les parties du circuit analogique et du circuit numérique ont-elles des fils de terre indépendants ? Si des graphiques (tels que des icônes, des étiquettes) ajoutés ultérieurement au PCB provoqueront des courts-circuits de signal. Modifiez certaines formes de lignes insatisfaisantes. Y a-t-il des lignes de processus ajoutées au PCB ? Si le masque de soudure répond aux exigences du processus de production, si la taille du masque de soudure est appropriée et si le caractère est enfoncé sur le tampon de l'appareil pour éviter d'affecter la qualité de l'assemblage électrique. Le bord du cadre extérieur de la couche de masse de l'alimentation électrique dans une carte multicouche est-il réduit ? Si la feuille de cuivre de la couche de terre de l'alimentation est exposée à l'extérieur de la carte, il est facile de provoquer un court-circuit.

7. Conception du via

Via (via) est l'un des composants importants des PCB multicouches. Le coût du perçage représente généralement 30 à 40 % du coût de fabrication des cartes PCB. En termes simples, chaque trou du PCB peut être appelé un via. D'un point de vue fonctionnel, les vias peuvent être divisés en deux catégories : l'une est utilisée pour les connexions électriques entre couches ; l'autre est utilisé pour la fixation ou le positionnement d'appareils. Du point de vue du processus, les vias sont généralement divisés en trois catégories, à savoir les vias borgnes, les vias enterrés et les vias traversants.

Des trous borgnes sont situés sur les surfaces supérieure et inférieure des cartes de circuits imprimés. Ils ont une certaine profondeur et servent à relier les circuits de surface et les circuits intérieurs du dessous. La profondeur des trous ne dépasse généralement pas un certain rapport (ouverture). Les vias enterrés font référence à des trous de connexion situés sur la couche interne d'un circuit imprimé et ne s'étendent pas jusqu'à la surface du circuit imprimé. Les deux types de trous ci-dessus sont situés dans la couche interne du circuit imprimé. Ils sont complétés à l’aide du processus de formage traversant avant laminage. Pendant le processus de formation des vias, plusieurs couches internes peuvent se chevaucher. Le troisième type est appelé trou traversant, qui traverse l'ensemble du circuit imprimé et peut être utilisé pour mettre en œuvre des interconnexions internes ou comme trous de positionnement de montage pour des composants. Étant donné que les trous traversants sont plus faciles à mettre en œuvre dans la technologie et ont des coûts inférieurs, ils sont utilisés dans la plupart des cartes de circuits imprimés à la place des deux autres trous via. Les vias suivants sont considérés comme des trous traversants, sauf indication contraire.

1. Du point de vue de la conception, un trou traversant se compose principalement de deux parties, l'une est le trou de forage au milieu et l'autre est la zone de tampon autour du trou de forage. La taille de ces deux parties détermine la taille du via. Évidemment, lors de la conception de PCB haute vitesse et haute densité, les concepteurs espèrent toujours que les vias doivent être aussi petits que possible, afin de laisser plus d'espace de câblage sur la carte. De plus, plus les vias sont petits, plus leur propre capacité parasite est faible. Plus il est petit, plus il est adapté aux circuits à grande vitesse. Cependant, la réduction de la taille du trou entraîne également une augmentation du coût, et la taille du trou traversant ne peut pas être réduite indéfiniment. Elle est limitée par le perçage (perceuse), la galvanoplastie (placage) et d'autres technologies de traitement : plus le trou est petit, plus il est difficile à percer. Plus le trou est long, plus il est facile de s'écarter du centre ; et lorsque la profondeur du trou dépasse 6 fois le diamètre du trou percé, il n'y a aucune garantie que la paroi du trou sera uniformément plaquée de cuivre. Par exemple, l'épaisseur actuelle (profondeur du trou traversant) d'une carte PCB à couche 6- normale est d'environ 50 mil, de sorte que le diamètre de perçage que le fabricant de PCB peut fournir ne peut atteindre que 8 mil.

2. Capacité parasite du via trou Le via lui-même a une capacité parasite par rapport à la terre. Si l'on sait que le diamètre du trou d'isolation du trou via sur la couche de terre est D2, le diamètre du tampon du trou via est D1 et l'épaisseur de la carte PCB est T, la constante diélectrique du substrat de la carte est ε, alors la taille de la capacité parasite du via trou est d'environ : C=1.41εTD1/(D2-D1) L'impact principal de la capacité parasite du via trou sur le circuit est de prolonger le temps de montée du signal et réduire la vitesse du circuit. Par exemple, pour une carte PCB d'une épaisseur de 50 Mil, si un trou via un diamètre intérieur de 10 Mil et un diamètre de pastille de 2{{20} } Mil est utilisé et la distance entre le plot et la zone de cuivre de terre est de 32 Mil, nous pouvons calculer approximativement le trou via la formule ci-dessus. La capacité parasite est d'environ : C=1.41x4.4x{{31 }}.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF. Le changement du temps de montée provoqué par cette partie de la capacité est : T10-90=2.2C (Z0/2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Il ressort de ces valeurs que, bien que l'effet du ralentissement du retard de montée provoqué par la capacité parasite d'un seul via ne soit pas très évident, les concepteurs doivent tout de même y réfléchir attentivement si les vias sont utilisés plusieurs fois dans le câblage pour la commutation entre les couches. .

3. Inductance parasite des vias De même, il existe des capacités parasites dans les vias et des inductances parasites. Dans la conception de circuits numériques à grande vitesse, les dommages causés par l'inductance parasite des vias sont souvent plus importants que l'impact de la capacité parasite. Son inductance série parasite affaiblira la contribution du condensateur de dérivation et affaiblira l'effet de filtrage de l'ensemble du système électrique. On peut utiliser la formule suivante pour calculer simplement l'inductance parasite approximative d'un via : L=5.08h [ln (4h/d) + 1] où L fait référence à l'inductance de le via, h est la longueur du via et d est le centre Le diamètre du trou percé. Il ressort de la formule que le diamètre du trou intermédiaire a un faible impact sur l'inductance, mais que la longueur du trou intermédiaire affecte l'inductance. Toujours en utilisant l'exemple ci-dessus, l'inductance du via peut être calculée comme : L=5.08x0.050 [ln (4x0.050/0.010) + 1 ]=1.015nH. Si le temps de montée du signal est de 1ns, alors son impédance équivalente est : XL=πL/T10-90=3.19Ω. Une telle impédance ne peut être ignorée lorsqu’un courant haute fréquence la traverse. Une attention particulière doit être portée au fait que le condensateur de dérivation doit passer par deux vias lors de la connexion de la couche de puissance et de la couche de masse, de sorte que l'inductance parasite des vias augmentera de façon exponentielle.

4. Conception de via-hole dans les PCB à grande vitesse Grâce à l'analyse ci-dessus des caractéristiques parasites des via-holes, nous pouvons voir que dans la conception de PCB à grande vitesse, des via-holes apparemment simples ont souvent de grands effets négatifs sur la conception du circuit. effet. Afin de réduire les effets néfastes provoqués par les effets parasites des vias, essayez de faire ce qui suit dans la conception :

1. Du point de vue du coût et de la qualité du signal, choisissez une taille raisonnable via le trou. Par exemple, pour la conception de PCB de module de mémoire 6-10-couche, il est préférable d'utiliser des vias de 10/20 mil (perçage/tampon). Pour certaines cartes de petite taille et haute densité, vous pouvez également essayer d'utiliser des vias 8/18Mil. trou. Dans les conditions techniques actuelles, il est difficile d'utiliser des vias de plus petite taille. Pour les vias d'alimentation ou de terre, envisagez d'utiliser des tailles plus grandes pour réduire l'impédance.

2. Des deux formules évoquées ci-dessus, on peut conclure que l'utilisation d'une carte PCB plus fine est bénéfique pour réduire les deux paramètres parasites des vias.

3. Essayez de ne pas changer les couches de traces de signal sur la carte PCB, c'est-à-dire essayez de ne pas utiliser de vias inutiles.

4. Les broches d'alimentation et de terre doivent être percées à proximité. Plus les câbles entre les vias et les broches sont courts, mieux c'est, car ils entraîneront une augmentation de l'inductance. Dans le même temps, les câbles d'alimentation et de terre doivent être aussi épais que possible pour réduire l'impédance.

5. Placez des vias mis à la terre à proximité des vias de changement de couche de signal pour fournir une boucle fermée pour le signal. Vous pouvez même placer un grand nombre de vias de terre redondants sur la carte PCB. Bien entendu, vous devez également faire preuve de flexibilité dans votre conception. Le modèle via évoqué précédemment est un cas où chaque couche possède un plot. Parfois, nous pouvons réduire, voire supprimer les coussinets sur certaines couches. Surtout lorsque la densité des vias est très élevée, cela peut provoquer une rainure cassée et isoler le circuit dans la couche de cuivre. Pour résoudre ce problème, en plus de déplacer l'emplacement des vias, on peut également envisager de placer les vias dans la couche de cuivre. La taille du pad est réduite.