Планировка печатных плат - это "скелет" аппаратного проектирования, непосредственно определяющий производительность, изготовительную способность и стабильность схемы.Начинающие часто попадают в ловушку "прокладывать и изменять по ходу" из-за отсутствия систематических методовОднако, освоив логику "установления приоритетов в планировании, приоритетов в основных областях и реализации деталей", вы можете быстро начать.Следующие 7 шагов помогут вам избежать 90% распространенных проблем.

I. Понимание "основной логики": 3 основных принципа, чтобы избежать ошибок

Понимание основной логики до оформления более эффективно, чем слепое запоминание правил.Если вы запомните их, то сэкономите 80% хлопот.:

• Приоритетизация потока сигналов

Разместить компоненты в естественном порядке "вход → обработка → выход". Например, источники питания должны быть размещены от "интерфейс → фильтр → питание чип → нагрузки IC," и сигналы от " датчика → усилителя → MCU → выходной интерфейс." Избегайте перекрестного размещения компонентов, что может вызвать изгиб цепи.и PHY вблизи MCU (обработка) для уменьшения реакции сигнала.

• Функциональное зонирование для изоляции

Чтобы предотвратить помехи между схемами с различными "температурами", ПКБ разделен на четыре основные функциональные области, используя физическое пространство для изоляции помех.Конкретная логика зонирования такова::
Область высокого напряжения/высокой мощности (модули питания, приводы двигателей): расположена вдали от края платы, с специальным пространством для рассеивания тепла;
Цифровая область (MCU, память, логические чипы): расположена в центре вблизи центра;
Аналогичная зона (датчики, оп-усилители, ADC): расположена вдали от часовых/высокоскоростных сигналов, окружена наземными линиями;
Площадь интерфейса (USB, Ethernet, кнопки): расположена рядом с краем платы для легкого подключения/отключения и проводки.

• "Ключевые составляющие" становятся главной темой

Сначала определите основные компоненты, затем распределите приоритеты для вспомогательных компонентов.
* Ядерные чипы (MCU, FPGA, Power IC): помещаются в центр ПКБ или вблизи точек конвергенции сигнала;
* Крупные/тяжелые компоненты (трансформаторы, раковины): хранить подальше от краев доски и напряженных точек (например, отверстий для винтов), чтобы предотвратить вибрации, которые могут привести к их падению;
* Интерфейсные разъемы (порты питания, порты передачи данных): прикрепляются к краю платы в соответствии со структурными требованиями,обеспечение правильного расположения булавки 1 (обратное подключение напрямую приведет к сбою цепи).

II. Четырехступенчатый макет: практический процесс от планирования до реализации

Шаг 1: Структурные ограничения в первую очередь, избегание переработки

В первую очередь, обратите внимание на "неизменные" структурные требования. Это "основа" планировки; ошибки приведут к полному ремонту конструкции:

Подтвердите высоту и отверстия для монтажа
Отметьте на доске области с ограниченной высотой (например, H=1,8 мм, H=2,0 мм).Оставьте зону без планировки 5 мм вокруг отверстий для винтов, чтобы предотвратить повреждение компонентов или проводки во время установки.

Исправление интерфейсов и структурных компонентов
Согласно импортированному 3D структурному файлу, поместите компоненты, требующие соответствующих структур, таких как порты USB, сетевые порты и корпусные клипы,уделяя особое внимание положению кнопки 1. Это должно соответствовать схеме и структуре (например, сетевой порт пин 1 соответствует TX +; неправильные пин вызовут сбой связи).

Шаг 2: Функциональная планировка зонирования для уменьшения помех

После четырех ранее определенных зон"Высокое напряжение / Цифровое / Аналоговое / Интерфейсное" используйте "простые области" или "земные линии" для изоляции.

Аналоговая зона: разместите рабочие усилители и датчики в левом верхнем углу, с полной аналоговой поверхностью под ними, оставляя между ними и цифровой зоной расстояние не менее 2 мм.

Зона питания: поместите чипы питания вблизи входных интерфейсов, с выходами, обращенными к цифровым/аналоговым зонам, минимизируя пути тока (например,Чип питания 5В должен находиться не более чем в 10 мм от интерфейса USB).

Часовая зона: поместите кристаллические осцилляторы и распределители часов вблизи часовых булав MCU, на расстоянии ≤ 10 мм, в окружении наземных линий ("заземление") и вдали от энергетических чипов и водоотводов.

Шаг 3: Оптимизация деталей, балансировка производительности и производства

Этот шаг определяет качество планировки, сосредоточившись на трех легко упускаемых из виду деталях:

Конструкция рассеивания тепла
Равномерно распределять теплогенерирующие компоненты (мощность MOS, LDO, светодиодный драйвер), избегая скопления; хранить теплочувствительные компоненты (кристаллические осцилляторы,электролитические конденсаторы) вдали от источников тепла (не менее 3 мм), например, поместите чип драйвера LED на краю платы, вдали от высокоточных ADC.

Ориентация компонента
Убедитесь, что аналогичные компоненты ориентированы в одном направлении (например, резисторные шелковые экраны все обращены вправо, положительные терминалы электролитического конденсатора все обращены вверх).Разместите компоненты SMT на одной стороне, насколько это возможно, чтобы уменьшить количество раз, когда они должны быть перевернуты во время заводской сварки, снижая вероятность холодных сварных соединений; расположить компоненты волновой сварки (например, проходные резисторы) в том же направлении, чтобы избежать накопления сварки.

Контроль расстояния: необходимо поддерживать достаточное расстояние в соответствии с производственными характеристиками, чтобы избежать соединительных соединений или проблем с безопасностью.2 мм между поверхностно-установленными компонентами (≥0.15 мм для упаковки 0402); расстояние прополки ≥ 2,5 мм в зонах высокого напряжения (например, 220 В вход) (настроено в соответствии со стандартами безопасности);оставьте 1 мм свободного пространства вокруг точек испытания и устройств отладки, чтобы облегчить контакт зонды.

Шаг 4: Предварительная инспекция для предотвращения ловушек маршрутизации

После планировки не спешите в маршрутизацию. Выполните три ключевых проверки, чтобы избежать последующих изменений на доске:

• Ротационные каналы: проверка прямых путей для высокоскоростных сигналов (например, DDR, USB).Оставьте по крайней мере две ширины следа пространства.
• Пути питания: проверка на наличие узких мест в основных путях питания (например, вход 12В).2А соответствует 2мм).
• 3D-инспекция: Используйте 3D-функцию программного обеспечения EDA для проверки помех между компонентами и корпусом (например, конденсаторы слишком высокие, касающиеся корпуса).Убедитесь, что соединители выровнены с структурными отверстиями.

III. Специальные сценарии и методы: преодоление трех основных проблем высокой частоты, энергоснабжения и электромагнитной связи

Обычные макеты основаны на процессах, в то время как сложные сценарии основаны на методах.и защите от ЭМП мы собрали многоразовые решения:

1. Дизайн высокочастотного/высокоскоростного сигнала (например, DDR, USB 3.0):

• Резервация равной длины: поместите компоненты, требующие равной длины (например, DDR-чипы) симметрично вокруг MCU, оставляя место для маршрутизации.Разместите четыре DDR чипа в квадрат вокруг MCU, обеспечивая разницу между расстоянием между каждым чипом и MCU ≤ 5 мм, уменьшая сложность последующего маршрутизации с одинаковой длиной.
• Сопоставление импеданс:положить полную базовую базу под высокочастотными линиями (например, линиями RF), чтобы избежать разрывов эталонного слоя.Поместить высокочастотные компоненты вблизи интерфейсов во время планировки, чтобы уменьшить длину следа (eНапример, радиочастотные модули вблизи интерфейсов антенны, длина траектории ≤20 мм.
• Защита часов:Храните кристаллические осцилляторы и чипы часов подальше от высокомощных устройств и высокоскоростных линий сигналов.Подключите 22Ω совпадающий резистор в серии на выходе (находящийся рядом с кристаллическим осциллятором). Заземление неиспользованных часовых булавок через 1kΩ резистор, чтобы предотвратить отражение сигнала.

2Поставка питания и компоновка конденсатора Поставка питания является "сердцем" цепи, а компоновка конденсатора напрямую влияет на стабильность питания:

• Разъединительные конденсаторы: поместите небольшие конденсаторы 0,1 мкФ вблизи питательных булав IC (≤2 мм расстояния) и большие конденсаторы 10 мкФ вблизи IC (≤5 мм расстояния).1μF конденсатор рядом с каждым пином питания MCU, с заземлением конденсатора непосредственно рядом с подложкой для уменьшения импеданса заземления.
• Модуль питания: Держите переключение источников питания подальше от аналоговых областей и часов устройств (не менее 5 мм).поместить вход слева и выход справа, изолированный заземлением для уменьшения электромагнитного излучения.
• Дерево питания: расположите чипы питания в порядке "Vin→Buck→LDO→Load", например, вход 12В → чип Buck (до 5В) → LDO (до 3,3В) → MCU. Это минимизирует путь тока и уменьшает потери.

3. Устройство защиты от ЭМК

• Защита от ESD: диоды TVS и варисторы вблизи интерфейсов должны быть расположены вблизи пинов интерфейса (расстояние ≤3 мм).Диод TVS для интерфейса USB должен быть помещен между интерфейсом и MCU., вблизи конца интерфейса, обеспечивая, чтобы электростатический разряд (ЭСД) первым прошел через защитное устройство.
• Компоненты фильтрации: фильтры EMI и индукторы общего режима должны быть расположены вблизи порта ввода питания.позволяет входной линии проходить через фильтр, прежде чем достичь моста выпрямления.
• Обработка наземной плоскости: аналоговые и цифровые основания должны быть соединены в одной точке (с помощью 0Ω резистора или ферритового шарика), чтобы избежать наземных петлей.0Ω резистор может быть использован для подключения аналоговых и цифровых оснований ниже ADCНаземная плоскость в других районах должна оставаться нетронутой, без ненужных слотов.

IV. Помощь с инструментами: повышение эффективности программных функций (например, PADS/Altium)

Начинающие часто испытывают низкую эффективность из-за ручного размещения компонентов. Использование трех функций инструмента EDA может увеличить скорость макета на 50%:

• * **Инструмент выравнивания:** Используйте функцию "Расставление" для быстрого выравнивания компонентов (например, выберите несколько резисторов, выравнивайте слева одним щелчком мыши и распределите их равномерно).доступ к этому через "Edit→Align," и в Altium, используйте ярлыки "Ctrl+A".
• * **Настройки сетки:** Установите сетку в соответствии с размером упаковки (0,05 мм сетки для 0402 пакетов, 0,1 мм для 0603), чтобы обеспечить выравнивание компонентов.Использовать "Установка→Сетки" и включить "Снег в сетку", чтобы избежать неправильного выравнивания.
• * **Групповой макет:** Установите функциональные модули (например, чипы, конденсаторы, индукторы в силовом модуле) как "группы" и переместите их в целом, чтобы избежать рассеяния.Выберите компонент и щелкните правой кнопкой мыши "Группа→Создать"," и в Altium, используйте "Ctrl+G" для группировки.

V. От начинающего до продвинутого: 3 привычки от "знания, как планировать" до "хорошего планирования"

Умения помогут вам начать, но привычки помогут вам продвинуться вперед.

1. ** Копирование и обучение ПКБ:** Найти высококачественные примеры ПКБ (например, проекты с открытым исходным кодом и панели разработки от крупных производителей), проанализировать логику их планировки,например, как STM32 разработка платы разделения и расположить конденсаторы, имитировать и обобщать модели;
2. ** Обзор и резюме:** После каждого проектазаписывать проблемы, возникающие при планировке (например, "забыть оставить пространство рассеивания тепла, что приводит к перегреву чипа" или "линии часов слишком длинны, что вызывает помехи сигналу"), и составить их в свой собственный "список избегания";
3. **Практические инструменты:** Используйте бесплатное программное обеспечение EDA (например, LCSC EDA) для практики небольших проектов, начиная с простых схем (например, панели управляющих светодиодов и модули серийных портов),постепенно усложняющие сложные конструкции (например, платы MCU с Wi-Fi), и укрепление ваших навыков через практический опыт.

Резюме: Основная логика для быстрого начала

Не существует "идеального" решения, но начинающие могут быстро начать, запомнив логику из 12 слов: "Сначала планируйте, затем разделяйте, сосредоточьтесь на ключевых элементах и часто проверяйте".

• Фаза планирования: четко определите поток сигнала и структурные ограничения; избегайте слепого размещения компонентов.
• Фаза разделения: Изолировать помехи в соответствии с функцией и решать такие проблемы, как высокие частоты и источники питания.
• Фаза детализации: обратите внимание на рассеивание тепла, ориентацию и расстояние, балансирование производительности и производства.
• Фаза проверки: Используйте 3D-моделирование и предварительное маршрутизация для проверки и активного избегания проблем.

Начните с простых проектов для практики. После 1-2 проектов вы разработаете свой собственный ритм макета. Далее усовершенствуйте свою работу на основе конкретных потребностей, постепенно совершенствуя свои навыки проектирования.