Как понять некоторые важные этапы проектирования печатных плат

Если вы заинтересованы в разработке печатной платы, то должны знать ряд важных этапов. Эти этапы включают в себя разработку идеи, определение, проверку и размещение компонентов. Понимание этих этапов поможет вам создать наилучшую конструкцию.

Идея

Создание эффективного дизайна печатной платы начинается с определения назначения устройства. Очень важно, чтобы размеры платы и ограничения по высоте соответствовали предполагаемым компонентам. Также необходимо учитывать ESR компонентов на высоких частотах и температурную стабильность. Кроме того, необходимо правильно выбрать ширину и расстояние между трассами. Несоблюдение этого общего правила может привести к резкому увеличению затрат.

Процесс проектирования печатных плат начинается с разработки идеи, определения и проверки. Этот этап является критическим и выполняется перед созданием прототипа или реализацией проекта. Он подчеркивает творческий потенциал разработчика и обеспечивает согласованность и конгруэнтность всех аппаратных компонентов. Он также позволяет наладить перекрестное сотрудничество между различными членами команды, что дает синергетический эффект.

Определение

Проектирование печатной платы - сложный процесс. Он включает в себя выбор подходящих материалов для основания печатной платы, выбор правила проектирования и выбор окончательных размеров. Печатная плата также должна быть протестирована, чтобы убедиться, что она будет правильно функционировать в предполагаемых условиях эксплуатации. Если проектирование выполнено неправильно, проект может закончиться неудачей.

Первым шагом в проектировании печатных плат является создание набора чертежей. Это делается с помощью компьютерного программного обеспечения. Чертежи служат моделью для проектирования. Разработчик может также использовать калькулятор ширины трасс для определения внутренних и внешних слоев. Проводящие медные трассы и цепи обозначаются черными чернилами. Эти трассы называются слоями печатной платы. Существует два типа слоев - внешний и внутренний.

Валидация

Для проверки правильности конструкции печатные платы проходят процесс валидации. Эти испытания проводятся путем изучения структур платы. К таким структурам относятся датчики и разъемы, а также стандарт Beatty на параметры материалов. Эти тесты проводятся для того, чтобы исключить любые ошибки проектирования, например, отражения.

Затем печатные платы подготавливаются к производству. Этот процесс зависит от используемого инструмента САПР и производственного предприятия. Обычно он включает в себя создание файлов Gerber, представляющих собой чертежи каждого слоя. Существует несколько средств просмотра и проверки Gerber-файлов, некоторые из которых встроены в средства автоматизированного проектирования, а другие являются отдельными приложениями. Одним из примеров является программа ViewMate, которую можно бесплатно загрузить и использовать.

Процесс валидации также включает в себя тестирование устройства. Конструкция проверяется с помощью прототипа, чтобы убедиться, что она соответствует ожидаемым характеристикам. Кроме того, проводится анализ схемы для определения стабильности конструкции. По результатам этого тестирования определяется необходимость внесения каких-либо изменений. Необходимо внести некоторые изменения, чтобы улучшить конструкцию и обеспечить ее соответствие техническим требованиям заказчика.

Размещение компонентов

Размещение компонентов на печатных платах может осуществляться различными способами. Можно разместить их над или под другим компонентом, а можно использовать комбинацию этих методов. Аккуратность размещения можно придать, выровняв компоненты, выбрав Align Top или Align Bottom. Также можно равномерно распределить компоненты на плате, выделив их и щелкнув правой кнопкой мыши. Кроме того, можно переместить компоненты на верхнюю или нижнюю сторону печатной платы, нажав кнопку L.

При проектировании печатных плат размещение компонентов имеет решающее значение. В идеале компоненты размещаются на верхней стороне платы. Однако если компонент имеет низкое тепловыделение, то его можно разместить на нижней стороне. Также рекомендуется объединять однотипные компоненты в группы и располагать их в ровный ряд. Кроме того, в непосредственной близости от активных компонентов следует размещать развязывающие конденсаторы. Кроме того, следует размещать разъемы в соответствии с конструктивными требованиями.

Напряжение пробоя диэлектрика

Независимо от того, разрабатываете ли вы собственную печатную плату или приобретаете ее у производителя, необходимо знать несколько этапов. К ним относятся: проверка электрических компонентов и разводки печатной платы на функциональность. Для этого она подвергается ряду испытаний в соответствии со стандартом IPC-9252. Двумя наиболее распространенными тестами являются тесты на изоляцию и непрерывность цепи. Эти тесты проверяют, нет ли на плате разрывов или коротких замыканий.

После завершения процесса проектирования важно учесть тепловое расширение и тепловое сопротивление компонентов. Эти два параметра важны, поскольку при нагревании платы тепловое расширение ее компонентов увеличивается. Tg компонентов платы должно быть достаточно высоким, чтобы предотвратить их повреждение или деформацию. Если Tg слишком низкий, это может привести к преждевременному выходу компонентов из строя.

Как использовать послойное наращивание печатных плат для борьбы с ЭМП-излучением

Многослойная укладка печатных плат - один из лучших способов снижения ЭМС и контроля ЭМП-излучения. Однако он не лишен рисков. Конструкция печатной платы с двумя сигнальными слоями может привести к нехватке места на плате для прокладки сигналов, что приведет к вырезанию плоскости PWR. Поэтому лучше располагать сигнальные слои между двумя уложенными друг на друга проводящими плоскостями.

Использование 6-слойной печатной платы

Шестислойная структура печатной платы эффективна для развязки высокоскоростных и низкоскоростных сигналов, а также может использоваться для улучшения целостности питания. Размещение сигнального слоя между поверхностным и внутренним проводящими слоями позволяет эффективно подавлять электромагнитные помехи.

Размещение источника питания и заземления на втором и пятом слоях печатной платы является критическим фактором для контроля излучения ЭМИ. Такое размещение выгодно, поскольку сопротивление меди источника питания велико, что может повлиять на контроль синфазных ЭМИ.

Существуют различные конфигурации 6-слойных печатных плат, которые целесообразно использовать в различных приложениях. 6-слойная печатная плата должна быть спроектирована в соответствии со спецификацией приложения. Затем его необходимо тщательно протестировать, чтобы убедиться в его функциональности. После этого проект превращается в "синюю печать", по которой будет осуществляться процесс производства.

Раньше печатные платы представляли собой однослойные платы без межслойных отверстий с тактовой частотой в диапазоне сотен кГц. В настоящее время они могут содержать до 50 слоев, причем компоненты располагаются между слоями и с обеих сторон. Скорость передачи сигналов возросла до более чем 28 Гбит/с. Преимущества однослойной компоновки многочисленны. Они позволяют уменьшить излучение, улучшить перекрестные помехи и минимизировать проблемы с импедансом.

Использование ламинированной плиты

Использование печатной платы с ламинированным сердечником - отличный способ защиты электроники от ЭМИ-излучения. Этот тип излучения вызывается быстро меняющимися токами. При быстрых изменениях эти токи образуют петли и излучают помехи. Для борьбы с этим излучением необходимо использовать плату с ламинированным сердечником, имеющим низкую диэлектрическую проницаемость.

ЭМИ вызываются различными источниками. Наиболее распространенным является широкополосный ЭМИ, возникающий на радиочастотах. Он возникает от различных источников, включая электрические цепи, линии электропередачи и лампы. Это может привести к повреждению промышленного оборудования и снижению производительности.

Плата с ламинированным сердечником может включать в себя цепи снижения электромагнитных помех. Каждый контур снижения электромагнитных помех включает резистор и конденсатор. Она также может включать коммутационное устройство. Блок схемы управления управляет каждой схемой снижения ЭМИ, посылая сигналы выбора и управления на схемы снижения ЭМИ.

Несоответствие импеданса

Многослойное наращивание печатных плат - отличный способ улучшить контроль электромагнитных помех. Они помогают сдерживать электрические и магнитные поля, сводя к минимуму ЭМИ общего вида. Наилучшая схема имеет сплошные плоскости питания и заземления на внешних слоях. Подключение компонентов к этим плоскостям происходит быстрее и проще, чем прокладка силовых кабелей. Однако компромисс заключается в увеличении сложности и стоимости производства. Многослойные печатные платы стоят дорого, но преимущества могут перевесить компромисс. Для достижения наилучших результатов следует работать с опытным поставщиком печатных плат.

Проектирование слоистой структуры печатной платы является неотъемлемой частью процесса обеспечения целостности сигнала. Этот процесс требует тщательного учета требований к механическим и электрическим характеристикам. Разработчик печатной платы тесно сотрудничает с изготовителем для создания наилучшей печатной платы. В конечном итоге слои печатной платы должны обеспечить успешную маршрутизацию всех сигналов, соблюдение правил целостности сигналов, а также наличие соответствующих слоев питания и заземления.

Многослойная разводка печатной платы позволяет снизить уровень электромагнитного излучения и улучшить качество сигнала. Кроме того, она может служить развязывающей шиной питания. Хотя единого решения всех проблем, связанных с электромагнитными помехами, не существует, есть несколько хороших вариантов оптимизации многослойных стеков печатных плат.

Разделение следов

Одним из лучших способов борьбы с электромагнитным излучением является использование в конструкции печатных плат метода "сложения слоев". Этот метод предполагает размещение плоскости заземления и сигнальных слоев рядом друг с другом. Это позволяет им выступать в роли экранов для внутренних сигнальных слоев, что способствует снижению синфазного излучения. Кроме того, слоистая структура гораздо эффективнее одноплоскостной печатной платы с точки зрения терморегулирования.

Помимо того, что слоистая конструкция печатной платы эффективно сдерживает электромагнитное излучение, она также позволяет повысить плотность размещения компонентов. Это достигается за счет увеличения пространства вокруг компонентов. Это также позволяет снизить уровень синфазных ЭМИ.

Для снижения электромагнитного излучения конструкция печатной платы должна иметь четыре или более слоев. Четырехслойная плата будет излучать на 15 дБ меньше, чем двухслойная. Важно располагать сигнальный слой близко к плоскости питания. Использование хорошего программного обеспечения для проектирования печатных плат поможет выбрать подходящие материалы и выполнить расчет импеданса.