Nøglepunkter i PCB-design
PCB-design er grundlaget for elektroniske produkter. Kvaliteten af printkortet har direkte indflydelse på, hvor godt enheden fungerer, hvor pålidelig den er, og hvor meget den koster at producere. Der er flere vigtige dele af designet Trykte kredsløb (PCB'er). Det omfatter planlægning af layout, beslutning om routing-strategier og sikring af, at strøm og signaler er gode. Kravene til fremstillingsprocessen er også vigtige.
1. Planlægning af PCB-layout
PCB-layout er den primære fase af designet, hvor korrekt komponentplacering optimerer signalflowet, reducerer interferens og forbedrer den termiske effektivitet.
1.1 Design af funktionsopdeling og isolering
- Analog/Digital/RF zoneisolering: Opnået gennem fysisk afstand (≥5 mm) og adskillelse af jordplan
- Opdeling i højspændings- og lavspændingsområder: Strømkonverteringsmoduler skal holde 10-15 mm afstand fra følsomme signaler
- Placering af varmefølsomme komponenter: BGA-pakker kræver en 5 mm frizone; varmeudviklende komponenter (f.eks. power MOSFET'er) skal være tæt på kortets kanter.
1.2 Mekaniske og termiske designstandarder
- Opsætning af koordinatsystem: Oprindelse i midten af hjørnemonteringshullerne (±0,05 mm nøjagtighed)
- Planlægning af termisk styring:
- Layout med naturlig konvektion: Komponenter med høj varme på PCB-toppen
- Tvungen luftkøling: Komponenter på linje med luftstrømmens retning
- Strukturel kompatibilitet: Stik skal flugte med skabets åbninger (±0,2 mm tolerance)
2.1 Grundlæggende principper for routing
- 3W-regel: Sporafstand ≥3× sporbredde (f.eks. 15mil afstand for 5mil bredde)
- Ortogonal lag-rutning: Tilstødende signallag bruger vinkelret routing (0°/90°-krydsning)
- Via optimering: Højhastighedssignaler, der skifter lag, kræver tilstødende returledninger til jord (afstand ≤λ/10)
2.2 Særlig signalhåndtering
| Signaltype | Krav til ruteføring | Typiske parametre |
|---|
| Differentielle par | Længdeafstemning (±5mil) | 100Ω±10%-impedans |
| Ur-signaler | Beskyt sporene | 6mil bredde |
| RF-signaler | Buede hjørner | 50Ω impedans |
3. Design af strømintegritet
3.1 Strømforsyningsarkitektur til flerlagskort
- Segmentering af fly:
- Digital (1,2V/1,8V) og analog strømisolering
- 20H-regel: Effektplan forsænket 20× dielektrisk tykkelse fra jorden
- Placering af afkoblingskondensator:
- Bulk-kondensatorer (10μF) ved strømindgange
- Små kondensatorer (0,1 μF) nær IC-stifter (≤3 mm)
3.2 Design af spændingskonvertering
- Grundlæggende om DC-DC-layout:
- Afstand mellem induktor og kontakt ≤5 mm
- Feedback-spor ledes væk fra støjkilder
- Kontrol af krusninger:
- Belastningens transiente respons ΔV<2%
- ≥40dB støjdæmpning @100MHz
4. Avanceret optimering af signalintegritet
4.1 Kontrol af transmissionslinjer
- Beregning af impedanstilpasning:
Formel for mikrostrip-impedans:
Z0 = [87/sqrt(εr+1,41)] * ln[5,98h/(0,8w+t)]
- Strategier for opsigelse:
- Afslutning af kildeserie (22-33Ω)
- Ende-parallel-terminering (50Ω til jord)
4.2 Teknikker til dæmpning af krydstale
- Regler for 3D-afstande:
- Afstand mellem samme lag ≥3H (H = højde til referenceplan)
- Forskudt routing i det tilstødende lag
- Metoder til afskærmning:
- 1 jordspor pr. 5 højhastighedssignaler
- Kritiske signaler i stripline-konfiguration
5. DFM-standarder (design til produktion)
5.1 Parametre for proceskapacitet
| Parameter | Standardproces | Proces med høj præcision |
|---|
| Min. sporbredde | 0,1 mm | 0,05 mm |
| Min. borestørrelse | 0,2 mm | 0,1 mm |
| Afstand mellem puder | 0,15 mm | 0,08 mm |
5.2 Særligt strukturdesign
- Termisk Via Arrays: 0,3 mm i diameter, 0,6 mm pitch
- Afbalancering af kobber: <30% forskel i kobberareal pr. side
- Paneliseringsdesign: V-cut-linjer, der undgår områder med høj trafiktæthed
6. Designverifikationsproces
6.1 Tjekliste før produktion
- Kontrol af elektriske regler (ERC): Verifikation af åben/kortslutning
- Kontrol af designregler (DRC): 300+ procesregler
- Simulering af signalintegritet: Setup/hold-margin >15%
- Termisk analyse: Forbindelsestemperatur <80%-klassificering