Die umfassendste Zusammenfassung der Leiterplattenverkabelung, 14 Prinzipien und Techniken der Leiterplattenverkabelung
- Bestehen Sie auf der manuellen Verkabelung und verwenden Sie die automatische Verkabelung mit Vorsicht
- Machen Sie sich mit den Herstellerangaben vertraut
- Angemessene Spurbreite
- Lassen Sie zwischen den Leiterbahnen ausreichend Platz
- Bauteilplatzierung
- Halten Sie analoge und digitale Spuren getrennt
- Bodenschicht
- Lassen Sie ausreichend Platz für die Verkabelung und Montagelöcher.
- Alternative Verkabelungsrichtungen
- Vermeiden Sie kapazitive Kopplung
- Platzieren Sie Wärmeableitungslöcher und Pads
- Erdung und Stromverkabelung
- Verwenden Sie eine Siebdruckschicht
- Vermeiden Sie 90°
- Halten Sie sich an die manuelle Verkabelung
Im Allgemeinen umfasst allgemeine PCB-Designsoftware automatische Routing-Funktionen, aber tatsächlich kann kein automatisches Routing die Fähigkeiten, Erfahrung und Flexibilität von PCB-Layout-Ingenieuren vollständig ersetzen.
In einigen Fällen können Sie Autorouting verwenden:
Nachdem Sie alle Komponenten platziert haben, können Sie Ihre Abschlussrate mithilfe des AutoRoute-Auftrags überprüfen. Wenn sie unter 85 % liegt, müssen Sie Ihre Komponentenplatzierung anpassen.
Beim Routing können Engpässe und andere kritische Verbindungspunkte durchs Raster fallen und mithilfe der automatischen Routing-Funktion identifiziert werden.
Wenn Sie nicht wissen, wie Sie mit der Verkabelung beginnen sollen oder auf Schwierigkeiten stoßen, können Sie die automatische Verkabelung als Inspirationsquelle nutzen.
Wenn Sie mit dem Entwerfen Ihrer Kupferleiterbahnen beginnen, nehmen Sie sich die Zeit, Ihren Hersteller zu fragen, ob er Anforderungen an Mindestleiterbahnbreiten, Leiterbahnabstände und die Anzahl der Leiterplattenschichten hat, die er zusammenbauen kann.
Wenn Sie diese Informationen im Voraus kennen, können Sie Leiterbahnbreiten- und -abstandswerte in Designregeln festlegen, um eine Umleitung des gesamten PCB-Layouts zu vermeiden.
- Wählen Sie die passende Leiterbahnbreite
Die Leiterbahngeometrie (Dicke und Breite) stellt sicher, dass die Schaltung unter allen Umgebungs- und Lastbedingungen ordnungsgemäß funktioniert. Leiterplattenbahnen werden zur Übertragung elektrischer Signale verwendet und müssen daher eine Breite haben, die mit dem durch sie fließenden Strom kompatibel ist.
PCB-Layout-Ingenieure müssen die Mindestbreite jeder Leiterbahn bestimmen, um das Risiko einer Überhitzung der Platine zu vermeiden. Dieser Parameter wirkt sich direkt auf den Routing-Prozess aus, da er den verfügbaren Platz auf der Leiterplatte reduziert.
Wenn der verfügbare Platz kein Problem darstellt, empfiehlt es sich, Leiterbahnen mit einer größeren Breite als der Mindestbreite zu verwenden, um so das Wärmemanagement und die Zuverlässigkeit der Platine zu verbessern. Leiterbahnen auf der Außenschicht ermöglichen einen besseren Wärmeaustausch und können daher geringere Breiten aufweisen.
- Lassen Sie ausreichend Platz zwischen Leiterbahnen und Pads
Es ist wichtig, genügend Platz zwischen den Leiterbahnen und Pads der Leiterplatte zu lassen (wie unten gezeigt), um Kurzschlüsse während der Leiterplattenherstellung oder -montage zu vermeiden.
Im Allgemeinen wird empfohlen, zwischen den benachbarten Leiterbahnen und Pads angemessene Abstände zu lassen und es muss immer genügend Platz um sie herum ohne Leiterbahnen oder Pads vorhanden sein, um die Gefahr eines Stromschlags zu vermeiden.
- Bestückung der Leiterplatte
Die Platzierung der Komponenten bestimmt den Erfolg Ihres PCB-Designs. Um Komponenten richtig zu platzieren, müssen ihre Eigenschaften vollständig verstanden werden.
Beispielsweise müssen thermisch empfindliche Elektrolytkondensatoren von wärmeerzeugenden Dioden, Widerständen und Induktivitäten ferngehalten werden.
Hier sind einige einfache Faustregeln:
Bei Bauteilen mit mehreren Pins ist Vorsicht geboten, da diese viel Platz beanspruchen.
Achten Sie darauf, dass die Komponenten immer in der gleichen Ausrichtung platziert werden
Berücksichtigen Sie die Funktion jeder Komponente und ihre Beziehung zu anderen Komponenten, bevor Sie sie platzieren.
Wenn die Komponenten beschafft wurden, empfiehlt es sich, den Plan entsprechend den Maßen auf Papier auszudrucken und zu prüfen, ob die Komponenten passen.
- Halten Sie analoge und digitale Spuren getrennt
Leiterplattenleiterbahnen, die digitale Signale, insbesondere Hochfrequenzsignale, übertragen, müssen von Leiterbahnen, die analoge Signale übertragen, getrennt werden.
Durch die Trennung der Spuren analoger und digitaler Signale kann die Möglichkeit einer gegenseitigen Beeinflussung verringert und so die Stabilität und Zuverlässigkeit der Schaltung verbessert werden. Wenn analoge und digitale Signale auf derselben Leitung liegen, können folgende Probleme auftreten:
Übersprechen: Die Hochfrequenzkomponente des digitalen Signals stört das analoge Signal, wodurch die Genauigkeit des analogen Signals abnimmt.
Rauschen einführen: Digitale Signale selbst enthalten Rauschen. Wenn sich digitale und analoge Signale dieselbe Leitung teilen, wirken sich diese Störungen auch auf das analoge Signal aus.
Verzögerung oder Verzögerung: Digitale Signale weisen während der Übertragung eine gewisse Verzögerung oder Verzögerung auf, was zu einer Verzerrung analoger Signale führen kann.
- Achten Sie auf die Bodenschicht
Jede Leiterplatte benötigt mindestens eine Masseebene, da sie den gleichen Bezugspunkt für alle Leiterbahnen zur Messung von Spannungen bietet.
Wenn Sie sich stattdessen dafür entscheiden, jede einzelne Leiterbahn zur Erde statt zu einer Erdungsebene zu verlegen, erhalten Sie zahllose verschiedene Erdungsverbindungen, jede mit ihrem eigenen Widerstand und Spannungsabfall.
Die einfachste und linearste Lösung besteht darin, eine solide Masseebene zu schaffen, die die gesamte Kupferfläche oder bei Mehrschichtplatinen sogar die gesamte Lage umfassen kann.
Das Anbringen einer Erdungsschicht unter der Leiterbahn, die das Signal überträgt, trägt dazu bei, deren Impedanz zu verringern und die Störfestigkeit zu verbessern. Die Empfehlung besteht darin, die Strom- und Erdungsschichten auf der innersten Schicht der Leiterplatte zu platzieren und sie symmetrisch und zentriert zu halten. Dadurch wird verhindert, dass sich die Leiterplatte verbiegt.
- Lassen Sie ausreichend Platz für die Verkabelung und Montagelöcher
Wenn Sie Komponenten platzieren, sollten Sie zuerst alle Plug-Ins platzieren. Lassen Sie genügend Platz zwischen anderen Komponenten und allen Leiterbahnen, die sie miteinander verbinden?
Geschieht dies nicht, besteht möglicherweise die Gefahr eines Stromschlags auf der Leiterplatte, und die Verwendung einer Lötstoppmaske als alleinigem Isolator gewährleistet keine Sicherheit.
Denken Sie bei der Verwendung eines Plug-Ins daran, einen Ringraum über die physischen Abmessungen des Montagelochs hinaus zu lassen, um es vor anderen Komponenten und Spuren in der Nähe zu schützen.
- Alternative Verkabelungsrichtungen
Wenn die meisten Leiterbahnen auf einer Ebene einer bestimmten Richtung folgen (z. B. horizontal), wird die vertikale Richtung benachbarter Leiterbahnen (z. B. vertikal) bevorzugt, wodurch das Übersprechen zwischen Leiterbahnen verringert werden kann.
Darüber hinaus kann die Verdrahtungsmethode mit wechselnden Leiterbahnrichtungen auch die Stabilität des Signals verbessern. Auf Leiterbahnen in derselben Richtung können aufgrund der Wechselwirkung von Kapazität und Induktivität zwischen Signalleitungen Probleme wie Signalreflexion, Dämpfung und Verzerrung auftreten.
Es ist zu beachten, dass die Verkabelungsmethode mit wechselnden Leiterbahnrichtungen auch die Komplexität und die Kosten der Verkabelung erhöhen kann und daher abgewogen und im tatsächlichen Design berücksichtigt werden muss.
- Vermeiden Sie kapazitive Kopplung
Um die kapazitive Kopplung zu reduzieren, die durch über und unter großen Masseebenen platzierte Leiterbahnen verursacht wird, müssen Sie sicherstellen, dass die der Stromversorgung und den Analogsignalen zugewiesenen Leiterbahnen auf dedizierten Ebenen platziert werden.
Reduzieren Sie den Kondensatorwert: Je kleiner der Kondensatorwert, desto geringer ist der Effekt der kapazitiven Kopplung. Daher kann beim Entwurf einer Schaltung der kleinstmögliche Kapazitätswert verwendet werden, um die Auswirkungen der kapazitiven Kopplung zu reduzieren.
Impedanz erhöhen: Durch Erhöhen der Impedanz relevanter Signale in einem Stromkreis können die Auswirkungen der kapazitiven Kopplung verringert werden. Beispielsweise kann das Hinzufügen geeigneter Widerstände am Signaleingang oder -ausgang den kapazitiven Kopplungseffekt zwischen der Signalquelle und der Last minimieren.
Verwenden Sie differenzielle Signalleitungen: Differenzielle Signalleitungen können die Auswirkungen der kapazitiven Kopplung bis zu einem gewissen Grad reduzieren. Da die Differenzsignalleitung aus zwei Leitungen besteht, wird das Signal über die Differenz zwischen den beiden Leitungen übertragen, sodass das durch eine einzelne Leitung verursachte kapazitive Kopplungsproblem vermieden werden kann.
- Platzieren Sie Wärmeableitungslöcher und Pads
Durch die Platzierung von Wärmeableitungslöchern kann die Wärmeableitungseffizienz der Leiterplatte verbessert werden. Thermolöcher können einen Luftstrom in die Leiterplatte einleiten und die Oberfläche der Leiterplatte vergrößern, wodurch die Wärmeableitung erleichtert wird. Darüber hinaus können Wärmeableitungslöcher auch Blasen auf der Oberfläche der Leiterplatte und Gasansammlungen beim Schweißen reduzieren.
Durch das Anbringen von Lötpads kann die Zuverlässigkeit der Leiterplatte verbessert werden. Bei der Gestaltung des Pads müssen der Schweißprozess und die Schweißqualität sowie die mechanische Festigkeit und Stabilität zwischen Bauteil und Leiterplatte berücksichtigt werden. Durch die Optimierung des Designs und der Anordnung der Pads kann die Schweißqualität verbessert und Schweißfehler reduziert werden, wodurch die Zuverlässigkeit und Leistung der Leiterplatte verbessert wird.
- Erdung und Stromverkabelung
Mit Strom- und Erdungssignalen verbundene Leiterbahnen sind dicker als Leiterbahnen, die digitale oder analoge Signale übertragen. Dadurch können sie größere Ströme führen, d. h. sie können durch eine einfache visuelle Inspektion leicht identifiziert werden, wodurch Signal- und Leistungswerte reduziert werden. Möglichkeit einer falschen Verbindung zwischen Leitungen.
Eine gängige Regel ist die Verwendung einer Breite von 0.040 Zoll für Erdungs- und Stromleiterbahnen und einer Breite von 0.025 Zoll für alle anderen Leiterbahnen.
Wenn Sie die Strom- und Erdungsleiter nicht breiter als durchschnittlich machen, kann die große Hitze, die durch diese engen Räume strömt, dazu führen, dass die Drähte verbrennen und die Kabel braten PCB-Board.
Sie können sehen, dass die +5-V-Spannungsspuren im Vergleich zu allen mit dem IC verbundenen Signalspuren breiter sind.
- Verwenden Sie eine Siebdruckschicht
Die mit der Leiterplatte gelieferte Siebdruckschicht kann zum Markieren der Informationen verwendet werden, die Sie markieren möchten.
Verwenden Sie nicht zu viele Wörter, die Platz beanspruchen.
Es ist nicht erforderlich, alle verfügbaren Informationen aufzuschreiben, beispielsweise ist es überhaupt nicht erforderlich, Widerstandswerte zu kennzeichnen.
Falls zulässig, kann der Text größer sein, damit er beim Drucken klarer ist.
Bringen Sie keine Etiketten auf freiliegenden Kupferpads an, die gelötet werden sollen, da die Tinte den Lotfluss blockieren und zu einer schlechten Verbindung führen kann.
- Vermeiden Sie 90°-Winkel
Der durchschnittliche Ingenieur weiß, dass scharfe und rechtwinklige Kurven bei hohen Frequenzen Probleme verursachen können und Diskontinuitäten erzeugen, die die Signalintegrität beeinträchtigen, indem sie Übersprechen, Strahlung und Reflexionen erhöhen.
Die Leiterbahnen verlaufen durch die gesamte Leiterplatte und um die Bauteile herum, der optimale Winkel beträgt 45°.