Kretskortens funktionsprincip
Kretskortets kärnfunktion är att underlätta överföring och distribution av elektriska signaler och leverera kraft- och styrsignaler till olika elektroniska komponenter. Dess arbetsprincip kan sammanfattas enligt följande: Ledande kopparskenor och olika kretsbanor sammankopplar elektroniska komponenter, vilket möjliggör strömflöde och signalöverföring.
I t.ex. en dators moderkort kopplar kretskortet inte bara samman nyckelkomponenter som CPU, minne och grafikkort utan levererar också ström via strömkretsar och samordnar deras funktion via styrsignaler.Kretskortets stabilitet och tillförlitlighet har en direkt inverkan på den elektroniska enhetens totala prestanda.
1.Grundläggande fysisk struktur
- Substratmaterial:Vanligtvis tillverkade av isolerande material som glasfiber (FR4) eller flexibla substrat (t.ex. polyimid), vilket ger mekaniskt stöd och elektrisk isolering.
- Ledande skiktEtsade kopparspår bildar exakta ledningar för att upprätta elektriska anslutningar mellan komponenter.
- Flerskiktsdesign: Komplexa kretsar använder staplade lager (t.ex. 4/6/8-lagers kort) med vias för anslutningar mellan lagren, vilket optimerar signalintegriteten och utrymmeseffektiviteten.
2.Signal- och strömöverföringsmekanismer
- Fördelar med signalöverföringKärnbaserad HDIHögfrekventa signaler leds med mikroband eller stripline för att kontrollera impedansen och minimera reflektioner och överhörning (t.ex. kräver differentiella USB 3.0-par 90Ω impedansmatchning).
- Strömfördelning: Effektplan minskar impedansen, medan frikopplingskondensatorer dämpar högfrekvent brus för att säkerställa stabil spänning.
- Jordningssystem: Dedikerade jordplan i flerlagerkort ger returvägar med låg impedans, vilket förhindrar problem med jordstudsar.
3.Typiska funktionella moduler
- Digitala kretsar: Routning av CPU-minnesbussar kräver längdmatchning för att uppfylla tidsbegränsningar.
- Analoga kretsar: För att undvika EMI måste audiosignalvägarna vara isolerade från nätaggregaten.
- System med blandade signaler: ADC/DAC använder ofta stjärnjordning för att separera analoga och digitala jordar.
4.Arbetsflöde för samarbete (t.ex. moderkort till dator)
- Kraftfas: Den 24-poliga ATX-strömkontakten omvandlar spänningar via DC-DC-regulatorer (t.ex. 12 V→1,2 V för processorkärnan).
- Signalbehandling: Nordbryggan (eller modern SoC) kommunicerar med GPU:er via PCIe-banor med 8 GT/s.
- Klocksynkronisering: Kristalloscillatorer genererar referensklockor som multipliceras av PLL:er för distribution till delsystem.
5.Viktiga resultatfaktorer
- Materialegenskaper: I högfrekventa kretsar används dielektrikum med låg förlust (t.ex. Rogers RO4003C).
- Regler för layout: Känsliga signaler följer 3W-regeln (avstånd ≥3× spårbredd) för att minska överhörning.
- Termisk hanteringHögströmsledningar följer IPC-2152 ampacitetsstandarder, med termiska vior för värmeavledning.
6.Felkällor och tillförlitlighet
- Öppna/korta kretsar: Orsakas av elektromigration eller mekanisk påfrestning.
- Frågor om signalintegritet: Missanpassning av impedans leder till ringning eller kollaps av ögondiagram.
- Hållbarhet i miljön: Validerad via HALT (Highly Accelerated Life Testing) för värme- och fuktbeständighet.
Modern PCB-design förlitar sig på EDA-verktyg (t.ex. Cadence Allegro) för signalintegritet (SI), effektintegritet (PI) och EMC-simuleringar, vilket säkerställer korrekt översättning från scheman till fysiska kort. Framsteg som HDI (High-Density Interconnect) och inbäddade passiver fortsätter att driva elektroniken mot högre prestanda och miniatyrisering.