Il riepilogo più completo del cablaggio PCB, 14 Principi e tecniche di cablaggio del PCB
- Insistere sul cablaggio manuale e utilizzare il cablaggio automatico con cautela
- Comprendere le specifiche del produttore
- Larghezza della traccia appropriata
- Lasciare spazio sufficiente tra le tracce
- Posizionamento dei componenti
- Mantenere separate le tracce analogiche e digitali
- Strato di terra
- Lasciare spazio sufficiente per il cablaggio e i fori di montaggio.
- Direzioni di cablaggio alternative
- Evitare l'accoppiamento capacitivo
- Posizionare fori e cuscinetti per la dissipazione del calore
- Cablaggio di messa a terra e di alimentazione
- Utilizzare lo strato serigrafico
- Evitare 90°
- Attenersi al cablaggio manuale
In generale, il software di progettazione PCB generale include funzioni di routing automatico, ma in realtà nessun routing automatico può sostituire completamente le competenze, l'esperienza e la flessibilità degli ingegneri del layout PCB.
In alcuni casi è possibile utilizzare l'autorouting:
Dopo aver posizionato tutti i componenti, puoi verificare la percentuale di completamento utilizzando il processo AutoRoute e, se è inferiore all'85%, dovrai modificare il posizionamento dei componenti.
Durante il routing, i colli di bottiglia e altri punti di connessione critici possono sfuggire e possono essere identificati utilizzando la funzione di routing automatico.
Quando non sai come iniziare il cablaggio o incontri difficoltà, puoi utilizzare l'instradamento automatico come fonte di ispirazione.
Quando inizi a disporre le tracce di rame, prenditi il tempo necessario per chiedere al produttore se ha requisiti relativi alla larghezza minima delle tracce, alla spaziatura delle tracce e al numero di strati PCB che possono assemblare.
Conoscendo queste informazioni in anticipo, è possibile impostare i valori di larghezza della traccia e spaziatura nelle regole di progettazione per evitare di reindirizzare l'intero layout PCB.
- Scegli la larghezza della traccia appropriata
La geometria della traccia (spessore e larghezza) garantisce che il circuito funzioni correttamente in tutte le condizioni ambientali e di carico. Le tracce del PCB vengono utilizzate per trasportare segnali elettrici e pertanto devono avere una larghezza compatibile con la corrente che le attraversa.
Gli ingegneri del layout PCB devono determinare la larghezza minima di ciascuna traccia per evitare il rischio di surriscaldamento della scheda; questo parametro influisce direttamente sul processo di routing poiché riduce lo spazio disponibile sul PCB.
Se lo spazio disponibile non è un problema, si consiglia di utilizzare tracce con una larghezza maggiore rispetto a quella minima, migliorando così la gestione termica e l'affidabilità della scheda. Le tracce sullo strato esterno consentono un migliore scambio termico e quindi possono avere larghezze inferiori.
- Lasciare spazio sufficiente tra tracce e tamponi
È importante lasciare spazio sufficiente tra le tracce e i pad del PCB (come mostrato di seguito) per evitare cortocircuiti durante le fasi di produzione o assemblaggio del PCB.
In generale, si consiglia di lasciare spazi adeguati tra ogni traccia e tampone adiacenti e deve esserci sempre spazio sufficiente attorno ad essi senza tracce o cuscinetti per evitare il rischio di scosse elettriche.
- Posizionamento dei componenti PCB
Il modo in cui vengono posizionati i componenti determina il successo della progettazione del PCB. Per posizionare correttamente i componenti è necessario comprenderne appieno le caratteristiche.
Ad esempio, i condensatori elettrolitici termicamente sensibili devono essere tenuti lontani da diodi, resistori e induttori generatori di calore.
Ecco alcune semplici regole pratiche:
È necessario prestare attenzione ai componenti con più pin poiché occupano molto spazio.
Mantenere i componenti posizionati nello stesso orientamento
Considera la funzione di ciascun componente e la sua relazione con gli altri componenti prima di posizionarlo.
Se i componenti sono stati acquistati, si consiglia di stampare il layout su carta in base alle dimensioni e vedere se i componenti si adattano.
- Mantenere separate le tracce analogiche e digitali
Le tracce del PCB che trasportano segnali digitali, in particolare segnali ad alta frequenza, devono essere separate dalle tracce che trasportano segnali analogici.
Separare le tracce dei segnali analogici e dei segnali digitali può ridurre la possibilità di interferenze reciproche, migliorando così la stabilità e l'affidabilità del circuito. Quando i segnali analogici e i segnali digitali si trovano sulla stessa linea, potrebbero verificarsi i seguenti problemi:
Portare diafonia: la componente ad alta frequenza del segnale digitale interferirà con il segnale analogico, causando una diminuzione della precisione del segnale analogico.
Introduzione al rumore: i segnali digitali stessi contengono rumore. Quando i segnali digitali e i segnali analogici condividono la stessa linea, questi rumori influenzeranno anche il segnale analogico.
Ritardo o ritardo: i segnali digitali avranno un certo ritardo o ritardo durante la trasmissione, che potrebbe causare la distorsione dei segnali analogici.
- Prestare attenzione allo strato di base
Ogni PCB richiede almeno un piano di terra perché fornisce lo stesso punto di riferimento per tutte le tracce per misurare le tensioni.
Invece, se scegli di instradare ogni singola traccia a terra anziché su un piano di terra, ti ritroverai con innumerevoli connessioni di terra diverse, ciascuna con la propria resistenza e caduta di tensione.
La soluzione più semplice e lineare è quella di creare un piano di massa solido, che può essere l'intera zona del rame o addirittura l'intero strato nel caso di schede multistrato.
Posizionare uno strato di terra sotto la traccia che trasporta il segnale aiuterà a ridurne l'impedenza e a migliorare l'immunità al rumore. La raccomandazione è di posizionare gli strati di alimentazione e di terra sullo strato più interno del circuito, mantenendoli simmetrici e centrati. Ciò impedirà al PCB di piegarsi.
- Lasciare spazio sufficiente per il cablaggio e i fori di montaggio
Quando posizioni i componenti, dovresti prima posizionare tutti i plug-in, lasci abbastanza spazio tra gli altri componenti e tutte le tracce che li collegano insieme?
Se ciò non viene fatto, potrebbe esserci il rischio di scosse elettriche sul PCB e fare affidamento sulla maschera di saldatura come unico isolante non garantisce la sicurezza.
Quando si utilizza un plug-in, ricordarsi di lasciare un anello di spazio oltre le dimensioni fisiche del foro di montaggio per proteggerlo da altri componenti e tracce vicine.
- Direzioni di cablaggio alternative
Se la maggior parte delle tracce su uno strato seguono una certa direzione (ad esempio orizzontale), allora è preferibile la direzione verticale delle tracce adiacenti (ad esempio verticale), che può ridurre la diafonia tra le tracce.
Inoltre, il metodo di cablaggio che alterna le direzioni della traccia può anche migliorare la stabilità del segnale. Sulle tracce nella stessa direzione possono verificarsi problemi quali riflessione, attenuazione e distorsione del segnale a causa dell'interazione di capacità e induttanza tra le linee di segnale.
Va notato che il metodo di cablaggio che prevede l'alternanza delle direzioni delle tracce può anche aumentare la complessità e il costo del cablaggio, pertanto è necessario valutarlo e considerarlo nella progettazione effettiva.
- Evitare l'accoppiamento capacitivo
Per ridurre l'accoppiamento capacitivo causato da tracce poste sopra e sotto grandi piani di terra, è necessario garantire che le tracce assegnate all'alimentazione e ai segnali analogici siano posizionate su livelli dedicati.
Ridurre il valore del condensatore: minore è il valore del condensatore, minore è l'effetto dell'accoppiamento capacitivo. Pertanto, quando si progetta un circuito, è possibile utilizzare il valore di capacità più piccolo possibile per ridurre l'impatto dell'accoppiamento capacitivo.
Aumentare l'impedenza: aumentare l'impedenza dei segnali rilevanti in un circuito può ridurre gli effetti dell'accoppiamento capacitivo. Ad esempio, l'aggiunta di resistori appropriati all'ingresso o all'uscita del segnale può ridurre al minimo l'effetto di accoppiamento capacitivo tra la sorgente del segnale e il carico.
Utilizzare linee di segnale differenziali: le linee di segnale differenziali possono ridurre in una certa misura l'impatto dell'accoppiamento capacitivo. Poiché la linea del segnale differenziale è composta da due linee, il segnale viene trasmesso attraverso la differenza tra le due linee, in modo da evitare il problema dell'accoppiamento capacitivo causato da una singola linea.
- Posizionare fori e cuscinetti per la dissipazione del calore
Il posizionamento dei fori di dissipazione del calore può migliorare l'efficienza di dissipazione del calore della scheda PCB. I fori termici possono introdurre flusso d'aria nella scheda PCB e aumentare la superficie della scheda PCB, facilitando la dissipazione del calore. Inoltre, i fori di dissipazione del calore possono anche ridurre le bolle sulla superficie della scheda PCB e l'accumulo di gas durante la saldatura.
Il posizionamento dei pad di saldatura può migliorare l'affidabilità della scheda PCB. Nella progettazione del pad è necessario prendere in considerazione il processo di saldatura e la qualità della saldatura, nonché la resistenza meccanica e la stabilità tra il componente e la scheda PCB. Ottimizzando il design e il layout dei pad, è possibile migliorare la qualità della saldatura e ridurre i difetti di saldatura, migliorando così l'affidabilità e le prestazioni della scheda PCB.
- Cablaggio di messa a terra e di alimentazione
Le tracce associate ai segnali di alimentazione e di terra sono più spesse delle tracce che trasportano segnali digitali o analogici. Ciò consente loro di trasportare correnti maggiori, cioè di essere facilmente individuabili con un semplice controllo visivo, riducendo così segnale e potenza. Possibilità di errato collegamento tra le linee.
Una regola comune consiste nell'utilizzare una larghezza di 0.040 pollici per le tracce di terra e di alimentazione e una larghezza di 0.025 pollici per tutte le altre tracce.
Se non si rendono le tracce di alimentazione e di terra più larghe della media, molto calore che tenta di fluire attraverso quegli spazi ristretti potrebbe finire per bruciare i cavi e friggere il cavo. PCB bordo.
Puoi vedere che le tracce di alimentazione +5 V sono più ampie rispetto a tutte le tracce di segnale collegate all'IC.
- Utilizzare lo strato serigrafico
Lo strato serigrafato fornito con la scheda PCB può essere utilizzato per contrassegnare le informazioni che si desidera contrassegnare.
Non usare troppe parole che occupano spazio.
Non è necessario annotare tutte le informazioni disponibili, ad esempio non è assolutamente necessario etichettare i valori dei resistori.
Se consentito, il testo può essere più grande in modo che risulti più chiaro una volta stampato.
Non posizionare le etichette sui cuscinetti di rame esposti che devono essere saldati, poiché l'inchiostro potrebbe bloccare il flusso della saldatura, provocando una giunzione difettosa.
- Evitare angoli di 90°
L'ingegnere medio saprà che le curve strette e ad angolo retto possono causare problemi alle alte frequenze, creando discontinuità che compromettono l'integrità del segnale aumentando la diafonia, le radiazioni e le riflessioni.
Le tracce percorrono l'intero PCB e attorno ai componenti e l'angolo ottimale è di 45°.