Kattava opas PCB-suunnitteluun

Tekoälyn ja suurnopeussovellusten perusteista kehittyneisiin strategioihin

Painettu piirilevy on elektroniikkatuotteiden luuranko ja hermosto. Kaiken yksinkertaisista mikrokontrolleriprojekteista monimutkaisiin tekoälypalvelimiin ulottuvan toiminnan vakaus ja suorituskyky ovat vahvasti riippuvaisia piirilevysuunnittelun laadusta. Tämä opas, jonka on koonnut insinööritiimin asiantuntijatiimi TOPFASTtarjoaa täydellisen etenemissuunnitelman peruskäsitteistä edistyneisiin strategioihin.

Perustava PCB-suunnitteluprosessi - vankka lähtökohta

Aloittelijoille standardoidun suunnitteluprosessin noudattaminen on avain menestykseen.

1: Suunnittelun valmistelu - kaavio ja sääntöjen määrittely

• Luonnossuunnittelu: Tämä on looginen perusta. Varmista, että symbolit ovat oikein, liitännät ovat tarkkoja ja että jokaiselle komponentille on määritetty oikea jalanjälki.
• Ennen ulkoasun suunnittelua: Varhainen yhteydenpito PCB-valmistaja (kuten TOPFAST) on ratkaisevan tärkeää. Hanki heidän Prosessin kyvykkyysasiakirja, määrittelemällä parametrit, kuten minimijäljen leveys/väli, minimireikäkoko, pinoamisrakenne, ja asettamalla nämä suunnittelusäännöiksi DFM-ongelmien välttämiseksi alusta alkaen.

2: Komponenttien sijoittelu - sähköisen järjestelmän "kaupunkisuunnittelu".

• Keskeinen periaate: "Sijainti on kaikki kaikessa."
  • Kriittiset komponentit ensin: Aseta pääohjain (CPU/FPGA), muisti ja virranhallintapiirit ensin.
  • Toiminnallinen modularisointi: Ryhmittele toisiinsa liittyvät piirit yhteen (esim. virtalähde, kellopiiri, analoginen osa).
  • Huomioi lämpö- ja kokoonpano: Jaa suuritehoiset komponentit ja suunnittele lämpöreitit; sijoita liittimet ja kytkimet ottaen huomioon kotelomekaniikka ja käyttäjäkokemus.

3: Reititys - Yhteyksien taito ja tiede

• Teho ensin: Reititä virta- ja maajohdot aikaisin ja varmista, että ne ovat lyhyitä ja leveitä impedanssin minimoimiseksi.
  • Kriittiset signaalit Prioriteetti: Reititä kellot, nopeat differentiaaliparit ja herkät analogiset signaalit lyhimmillä ja puhtaimmilla reiteillä.
  • 3W-sääntö: Säilytä rinnakkaisten jälkien väli vähintään 3 kertaa jäljen leveyden verran ristikkäisviestinnän vähentämiseksi.
  • Maadoitusstrategia: Käytä tyypillisesti jaettua maatasoa digitaalisille ja analogisille osille, jotka on kytketty yhteen pisteeseen häiriöiden välttämiseksi.

4: Jälkikäsittely ja valmistustiedoston tuottaminen

• DRC Check: Suorita lopullinen suunnittelusääntöjen tarkistus sen varmistamiseksi, että mitään ei ole jätetty huomiotta.
• Gerber- ja poratiedostojen luominen: Nämä ovat valmistuksen vakiotiedostoja. Lisäksi tulostetaan IPC-356-verkkoluettelo levyn lentävän koettimen testausta varten, jotta voidaan varmistaa, että sähköinen liitettävyys vastaa suunnittelua.
• Kommunikoi valmistajan kanssa: Tarjota selkeä Kokoonpanopiirustus ja Prosessivaatimukset (esim. pintakäsittely - Immersion Gold, HASLvai ENIG?). Tämä parantaa viestintää ja varmistaa, että ammattimainen kumppani kuten TOPFAST ymmärtää tarkasti "Design for Manufacture" -tarpeesi.

TOPFAST-vinkki: Alkuvaiheen prototyyppejä varten suositellaan vahvasti Sähkötesti (E-testi) ja Lentävän koettimen testi. Tämä on viimeinen, kustannustehokkain puolustuslinja mahdollisia oikosulkuja tai aukkoja vastaan.

Edistyneet käytännöt - suunnittelufilosofia tekoälyä ja nopeiden skenaarioiden suunnittelua varten

Kun suunnittelusi siirtyy GHz-aikaan tekoälykiihdytinkorttien tai nopeiden kytkimien osalta, perussäännöt ovat vain lähtökohta. Onnistuminen riippuu yhteissuunnittelusta eheys ja valmistettavuus.

1. Paradigman muutos: Järjestelmän yhteissuunnittelusta "järjestelmän yhteissuunnitteluun".

Nykyaikainen nopea piirilevy on 3D-kompleksi, joka koostuu seuraavista osista signaalinsiirtolinjat, a monimutkainen sähkönjakeluverkko (PDN)ja tarkka lämmönhallintajärjestelmä. Tavoite siirtyy "toiminnallisuuden saavuttamisesta" seuraavien tekijöiden välisen tasapainon optimoimiseen. Signaalin eheys (SI), virran eheys (PI) ja lämmön eheys (Thermal Integrity)..

2. Kriittinen perusta: DFM ja luotettavuussuunnittelu yhteistyössä TOPFASTin kanssa.

• Tarkka impedanssin säätö: Kyse ei ole vain jäljen leveyden laskemisesta. Vahvista erityinen ydin/prepreg-materiaalit valmistajan kanssa. TOPFASTin insinööritiimi tarjoaa neuvontapalvelut ja impedanssin laskentapalvelut stack-upin osalta varmistaa johdonmukaisuus suunnittelusta valmiiseen tuotteeseen.
• Kehittynyt Via-suunnittelu ja takaporaus: Sokeat ja haudatut viat ovat välttämättömiä tiheille BGA-levyille. Yli 10 Gbps:n signaaleja varten, Takaisinporaus (Stub Removal) on vakiomenetelmä, jolla poistetaan tynkävaikutukset ja varmistetaan signaalin eheys. Vahvista valmiudet tällaisiin kehittyneisiin prosesseihin TOPFAST suunnitteluvaiheessa.

3. Simulointipohjainen suunnittelu: "Prototyyppien luominen virtuaalimaailmassa

Vanha "suunnittelu-tuotanto-testi-muutos"-sykli on kallis ja hidas. Nykyaikaisen työnkulun tulisi olla iteratiivinen. "simulate-optimize-resimulate" prosessi.

• SI/PI-yhteissimulointi: Analysoidaan koko PDN:n impedanssi. Optimoi kytkentäkondensaattorin sijoittelu, jotta varmistetaan erittäin alhainen impedanssi sirun virtanastoilla.
• 3D-sähkömagneettinen (EM) simulointi: Käytä 3D-täysaaltoratkaisuja monimutkaisten liittimien ja läpivientien käyttäytymisen tarkkaan mallintamiseen laajoilla taajuusalueilla.

TOPFAST-tapaustutkimus: Erään asiakkaan tekoälykiihdytinkorttihankkeessa ensimmäinen prototyyppi osoitti korkeaa bittivirheprosenttia (BER) 25 Gbps:n nopeudella. Yhdistetyn kanavasimulointi ja TOPFASTin PCB-prosessianalyysitodettiin, että tietyn laminaatin dielektrinen häviö (Df) oli odotettua suurempi. Kun TOPFASTin suositus, materiaali vaihdettiin M7NE, erittäin matalahäviöinen materiaali, ja lasin kudontatyyli optimoitiin. Tämä mahdollisti vakaan toiminnan 32 Gbps:n nopeudella ja BER-arvon ollessa parempi kuin 1E-12 ilman suunnittelumuutoksia.

4. Tulevaisuuden suunnittelu: Yhteistyö asiantuntijoiden kanssa huipputekniikan kehittämiseksi.

Teknologian eturintama etenee jatkuvasti. Seuraavan sukupolven järjestelmiin valmistautuminen edellyttää seuraavien asioiden huomioimista:

• Erittäin alhaisen häviön materiaalit: Kun tiedonsiirtonopeudet lähestyvät 112 Gbps PAM-4:ää, tavallinen FR-4 ei enää kestä häviöiden vuoksi.
• Järjestelmätason yhteissuunnittelu: Mallinna ja analysoi piirilevy, liittimet ja kaapelit yhtenä järjestelmänä.
• Syvällinen yhteistyö TOPFASTin kaltaisen kumppanin kanssa: Kokenut valmistuskumppani ei tarjoa vain tuotteita, vaan kokenut valmistuskumppani tarjoaa kokeneen valmistuskumppanin, joka tarjoaa aina kokoonpanokonsultoinnista ja DFM-katselmuksesta erikoisprosessien toteuttamiseen (esim. hybridi-press-sovitus, jäykkä-jousto). jatkuva tekninen ymmärrys ja varmuus koko matkan ajan.

Päätelmä

Piirilevysuunnittelu on huolellinen matka logiikasta fysiikkaan, virtuaalisesta todellisuuteen. Poikkeukselliset insinöörit ovat sekä tiedemiehiä, jotka hallitsevat virtapiirit ja sähkömagneettiset kentät, että ammattilaisia, jotka ymmärtävät syvällisesti materiaaleja ja prosesseja. Yhteistyö TOPFASTin kaltaisen ammattimaisen valmistajan kanssa tarkoittaa, että sinulla on insinööriliittolainen mukana koko matkan ajan suunnittelusta massatuotantoon. Näin varmistetaan, että ideasi, olivatpa ne sitten perustavanlaatuisia tai huippuluokan ideoita, muunnetaan vakaiksi ja luotettaviksi tuotteiksi, jotka ovat korkealaatuisia ja nopeatempoisia ja jotka varmistavat kilpailuetusi markkinoilla.

PCB Design FAQ