Viktiga punkter i PCB-design

PCB-design är grunden för elektroniska produkter. Kvaliteten på kretskortet påverkar direkt hur väl enheten fungerar, hur tillförlitlig den är och hur mycket den kostar att producera. Det finns flera viktiga delar av designen tryckta kretskort (kretskort). Det innebär att man planerar layouten, bestämmer routningsstrategier och ser till att ström och signaler är bra. Kraven på tillverkningsprocessen är också viktiga.

1. Planering av PCB-layout

PCB-layout är den primära designfasen, där korrekt komponentplacering optimerar signalflödet, minskar störningar och förbättrar den termiska effektiviteten.

1.1 Design av funktionell partitionering och isolering

• Analog/Digital/RF Zonisolering: Uppnås genom fysiskt avstånd (≥5 mm) och separation mellan jordplan
• Indelning i högspännings- och lågspänningsområden: Effektomvandlingsmoduler bör hålla 10-15 mm avstånd från känsliga signaler
• Placering av värmekänsliga komponenter: BGA-paket kräver en 5 mm frizon; värmealstrande komponenter (t.ex. effekt-MOSFET:er) bör placeras nära kortets kanter

1.2 Mekaniska och termiska konstruktionsstandarder

• Inställning av koordinatsystem: Ursprung i mitten av hörnmonteringshålen (±0,05 mm noggrannhet)
• Planering av termisk hantering:
• Layout med naturlig konvektion: Komponenter med hög värme på kretskortets ovansida
• Kylning med forcerad luft: Komponenter i linje med luftflödesriktningen
• Strukturell kompatibilitet: Kontakterna måste vara i linje med höljets öppningar (±0,2 mm tolerans)

2. PCB för hög hastighet Routing-strategier

2.1 Grundläggande principer för routning

• 3W-regel: Spåravstånd ≥3× spårbredd (t.ex. 15 mils spåravstånd för 5 mils spårbredd)
• Ortogonal lagerroutning: Angränsande signalskikt använder vinkelrät routing (0°/90°-korsning)
• Via optimering: Höghastighetssignaler som byter lager kräver intilliggande jordreturledningar (avstånd ≤λ/10)

2.2 Särskild signalhantering

3. Design av kraftintegritet

3.1 Kraftarkitektur för flerskiktskort

• Segmentering av flygplan:
• Isolering av digital (1,2 V/1,8 V) och analog ström
• 20H-regel: Effektplanet är infällt 20× dielektrisk tjocklek från marken
• Placering av frikopplingskondensator:
• Bulk kondensatorer (10 μF) vid strömingångar
• Små kondensatorer (0,1 μF) nära IC-stiften (≤3 mm)

3.2 Konstruktion för spänningsomvandling

• Grundläggande om DC-DC-layout:
• Avstånd mellan induktor och brytare ≤5mm
• Återkopplingsspår dras bort från bullerkällor
• Rippelkontroll:
• Belastningens transienta svar ΔV<2%
• ≥40dB bullerdämpning @100MHz

4. Avancerad optimering av signalintegritet

4.1 Styrning av transmissionsledningar

• Beräkning av impedansanpassning:

  Formel för mikrostripimpedans:  
  Z0 = [87/sqrt(εr+1,41)] * ln[5,98h/(0,8w+t)]  

• Strategier för uppsägning:
• Källa-serie-terminering (22-33Ω)
• Endparallell avslutning (50Ω till jord)

4.2 Tekniker för begränsning av överhörning

• Regler för 3D-avstånd:
• Avstånd mellan samma skikt ≥3H (H = höjd till referensplan)
• Förskjuten routing i adjacentlager
• Metoder för avskärmning:
• 1 jordspår per 5 höghastighetssignaler
• Kritiska signaler i stripline-konfiguration

5. DFM-standarder (design för tillverkning)

5.1 Parametrar för processens kapacitet

5.2 Utformning av specialkonstruktioner

• Termiska Via Arrays: 0,3 mm diameter, 0,6 mm delning
• Balansering av koppar: <30% skillnad i koppararea per sida
• Paneliseringsdesign: V-cut-linjer som undviker områden med hög trafiktäthet

6. Process för verifiering av konstruktionen

6.1 Checklista för förproduktion

1. Kontroll av elektriska regler (ERC): Verifiering av öppet/ kortslutet
2. Kontroll av konstruktionsregler (DRC): 300+ processregler
3. Simulering av signalintegritet: Marginal för inställning/hållning >15%
4. Termisk analys: Övergångstemperatur <80%-klassning