Производительность печатных плат зависит на 70% от их дизайна.даже напрямую влияющие на стабильностьНезависимо от того, новичок ли вы в проектировании печатных плат или опытный инженер, ищущий решения для оптимизации,Освоение следующих ключевых пунктов может сэкономить вам 90% хлопот в процессе проектирования.

I. Предварительная подготовка к проектированию: 3 шага для закладки прочного фундамента и избежания повторных работ

1. Определить конструкционные ограничения: подтвердить физические размеры платы ПКБ, количество слоев (выбор одно/двойной/многослойной платы), требования к импеданции (например, 50Ω высокоскоростного сигнала,Дифференциальный сигнал 90Ω), пределы падения напряжения силовой рельсы, стандарты EMC (CE/FCC и т. д.) и параметры производственного процесса (минимальная ширина следа, расстояние между следами, через размер) заранее.Запишите эти ограничения в правила проектирования (DRC), чтобы избежать нарушений с самого начала.

2. Схематический обзор и оптимизация

Перед планировкой необходим второй схематический обзор: проверка рациональности путей питания, заземления и сигнала, избегание ненужных пересечений; группировка функциональных модулей (таких как модули питания,скоростные интерфейсы, и аналоговых схем) для обеспечения логической основы для последующего планирования планировки; маркировка ключевых сигналов (таких как часы и дифференциальные пары) для фокусированного управления во время планировки.

3Выбор компонента и подтверждение упаковки
Приоритетное использование компонентов с стандартизированными комплектациями и разумным уклоном от штифтов (избегайте комплектаций с тонким уклоном ниже 0,4 мм, которые увеличивают сложность сварки);подтвердить точность библиотеки пакетов (определения пин, местоположение шелковых экранов, размеры подложки), особенно для точных компонентов, таких как BGA и QFP, поскольку неправильная упаковка может напрямую привести к неудачам в конструкции.

II. Дизайн планировки: Следуйте трем принципам "Зонирование, близость и рассеивание тепла"

1. Функциональное зонирование

Разделите макет на подрегионы в зависимости от типа и функции сигнала: аналоговая область (ADC / DAC, датчики), цифровая область (MCU, FPGA), область питания (чипы питания, индукторы, конденсаторы),Площадь интерфейса (USB)Резервные изоляционные полосы (рекомендуется ≥ 3 мм) между каждой областью, чтобы предотвратить помехи цифровых сигналов аналоговым сигналам.

2. Приоритетное расположение критических компонентов: поместите чипы питания (LDO, DC-DC) рядом с нагрузкой, чтобы уменьшить длину пути питания;поместить индукторы и конденсаторы вблизи пинов чипа питания, чтобы сформировать полную фильтрующую схему (избегайте "летающих проводов".

Установка высокоскоростных источников сигнала (таких как кристаллические осцилляторы и часовые чипы) вблизи приемника для сокращения пути передачи и уменьшения интерферентного сцепления;заземление корпуса кристаллического осциллятора и оставление вокруг него зоны без меди ≥ 5 мм.

Сохранять теплогенерирующие компоненты (такие как транзисторы мощности и светодиодные драйверы) подальше от чувствительных компонентов (таких как MCU и датчики) и обеспечивать достаточное пространство для рассеивания тепла;при необходимости проектировать медно-покрытые теплоотводы.

3. Проверьте рациональность планировки: убедитесь, что штыки компонентов не перекрыты, а маркировки шелкового экрана четко читаемы; убедитесь, что расстояние между отверстиями компонентов ≥ 2.5 мм и расстояние между поверхностными элементами ≥0.5 мм; помещайте разъемы и интерфейсные компоненты близко к краю печатного листа для легкого вставления, удаления и маршрутизации.

III. Дизайн кабеля: "Краткий, прямой и гладкий" в качестве ядра, учитывая импеданс и ЭМК.

1Основные правила кабелирования: приоритет маршрутизации критических сигналов (часы, дифференциальные пары, высокоскоростные сигналы данных), затем общие сигналы;Силовые и наземные линии имеют приоритет перед сигнальными линиями для обеспечения стабильного питания.

Держите кабели как можно короткими и прямыми, избегая ненужных изгибов и проемов; если изгибы необходимы, используйте углы 45° или округлые края.избегая 90° прямоугольников (для уменьшения отражения сигнала и излучения EMC).

Сопоставление ширины пути: Выберите ширину пути в соответствии с током (например, ток 1A соответствует ширине пути 1 мм, 0,5A соответствует 0,5 мм, рекомендуется ширина пути сигнала 0,2-0,3 мм);Дифференциальная ширина и расстояние между сигналами должны строго соответствовать требованиям импеданции (eНапример, для пар дифференциалов USB 3.0 требуется ширина следа 0,2 мм и расстояние между ними 0,4 мм).

2Ключевые моменты высокоскоростного маршрутизации сигнала
Дифференциальные сигналы (например, HDMI, PCIe и Ethernet) должны быть одинаковой длины, параллельными и плотно соединенными, с разницей в длину, контролируемой в пределах 5 мм. Избегайте разветвления или использования проводов.

Часовые сигналы должны использовать звездочку или топологию розовой цепи, чтобы избежать прямого параллельного соединения нескольких нагрузок.

Высокоскоростные сигналы должны избегать пересечения разделенных зон (таких как силовые и наземные плоскости), иначе это нарушит эталонную плоскость и вызовет проблемы с целостностью сигнала.

3. Руководящие принципы по предотвращению ловушек маршрутизации
Сигнальные линии не должны пересекать расщелины силовой или наземной плоскости. Если пересечение неизбежно, в точке пересечения должна быть добавлена линия для подключения к базовой плоскости.

Избегайте длительного параллельного маршрутизации линий сигналов на разных слоях (для уменьшения пересечения между слоями). Расстояние между параллельными линиями сигналов на одном и том же слое должно быть ≥ 3 раз шириной линии.

Критические сигналы в идеале должны иметь не более 2 каналов (каналы вводят паразитарную индуктивность и емкость, влияя на целостность сигнала).

IV. Проектирование заземления: гибкое применение "одноточечного заземления" и "многоточечного заземления"

4Принципы заземления Основной целью заземления является "уменьшение площади заземления" и избежание помех, вызванных различиями потенциала заземления.Аналоговое и цифровое заземление должны быть соединены отдельно и в конечном итоге соединены в одной точке на источнике питания (eПрямое смешивание аналоговых и цифровых оснований запрещено.

1Различные виды заземления

Приземление сигнала: Используйте "звездное заземление", соединяя все сигнальные основания с общей точкой заземления, чтобы уменьшить пересечение между сигналами.

Силовое заземление: используйте "многоточечное заземление," подключение терминалов заземления чипов питания и фильтровых конденсаторов к ближайшей плоскости заземления для сокращения траектории заземления и снижения импеданса заземления.

Заземление: Заземление металлических оболочек и защитных покрытий должно быть надежным, с сопротивлением заземления ≤ 1Ω,избежание образования "плавающей земли" (плавающая земля подвержена накоплению статического электричества), что приводит к сбоям электромагнитной связи).

2Техники проектирования наземной плоскости
Для многослойных пластин рекомендуется использовать структуру "силовой плоскости + земной плоскости" (например, сверху - мощность - GND - внизу).Поверхность должна быть полностью покрыта медью, чтобы сформировать базовую плоскость с низким сопротивлением.Однослойные или двуслойные доски должны максимально увеличить площадь грунтовой медной поверхности, используя "сетевую грунтовую поверхность" или "плоскость грунтовой поверхности с большой площадью"," и соединение верхнего и нижнего слоев земли через каналы для повышения эффективности заземления.

V. Проектирование источника питания: фильтрация, разъединение и регулирование напряжения необходимы

1Фильтрация и отсоединение питания
К конденсатору питания каждого активного устройства (MCU, чип) должен быть установлен керамический конденсатор 0,1 мкмФ (конденсатор отсоединения), расположенный рядом с конденсатором и плоскостью заземления.для решения текущих проблем с поставкамиЭлектролитический конденсатор 10μF + керамический конденсатор 0,1μF должен быть помещен у входа питания для фильтрации низкочастотного и высокочастотного шума.

Электролитические конденсаторы и керамические конденсаторы должны быть расположены на входных и выходных терминалах источника питания постоянного тока.Терминалы индуктора должны быть удалены от чувствительных сигналов, чтобы предотвратить помехи магнитного сцепления.

2. Power Rail Routing (Силовое железнодорожное маршрутизация)
Силовые рельсы высокого тока (например, батарейные и моторные приводы) должны использовать широкие трассы или медное покрытие для уменьшения падения напряжения и выработки тепла;Изоляционные полосы должны быть зарезервированы между несколькими силовыми рельсами, чтобы избежать короткого замыкания.; сегментация мощности должна быть разработана в виде "острова" с четкими разделительными линиями, и линии сигналов не должны пересекать их.

VI. Оптимизация EMC: уменьшение электромагнитных помех от источника планировки

1. Дизайн щитов
В чувствительных схемах (таких как радиочастотные приемники и аналоговая обработка сигнала) должны использоваться металлические защитные покрытия с хорошим заземлением.высокоскоростные сигнальные и электрические линии должны иметь достаточное расстояние (≥10 мм) между собой и чувствительными линиями, или изолировать с измельченной меди.

2Фильтрация и оптимизация заземления
Интерфейсные схемы (USB, Ethernet, интерфейсы питания) должны использовать серийные индукторы общего режима и параллельные диоды TVS для подавления помех общего режима;все сигнальные линии внешних интерфейсов должны быть отфильтрованы перед выводом из ПКБ.

3. Уменьшить источники радиации
Избегайте длинных параллельных проводки, подминированных линий передачи и больших площадей подвешенной меди.Сохраняйте сигналы часов и сигналы высокой скорости как можно короче и окружайте их земными плоскостями, чтобы сформировать "микрополосы", уменьшая электромагнитное излучение.

VII. Проверка после проектирования: 3 ключевых шага для обеспечения производительности и отсутствия скрытых опасностей

1Проверка правил ДРК
После завершения планировки должна быть проведена проверка DRC, с упором на то, является ли ширина следа, расстояние между следами, размер, расстояние между компонентами, соответствие импеданса и т. д.,соблюдать правила проектирования, чтобы избежать нарушений.

2. Целостность сигнала и моделирование ЭМК
Для высокоскоростных печатных плат (например, сигналов ≥100 МГц) рекомендуется симуляция целостности сигнала (SI) для проверки отражений, перекрестного звука, проблем со временем и т. д. Сложные продукты требуют симуляции EMC (например,излучение, электростатический разряд) для раннего выявления и решения проблем с помехами.

3Проверка изготовительности (DFM)
Размер облицовки: проход через отверстие ≥ 0,8 мм, проход на поверхности ≥ 0,3 мм, избегая чрезмерно маленьких проходов, которые вызывают трудности с бурением.

Сплавная маска и шелковой экран: отверстия сплавных масок должны покрывать подложки, чтобы избежать обнаружения меди; шелковый экран не должен скрывать подложки или проемы, а символы должны быть четко читаемыми.

Дизайн панели: если требуется панелизация, оставьте V-вырезанные слоты или отверстия для штамповки и оставьте край процесса ≥3 мм на краях панели для легкой производства SMT.