Piirilevyjen asettelun ja reitityksen keskeiset periaatteet, huomioitavat asiat ja tekniikat

Piirilevyn asettelu ja reititys on laitteistosuunnittelun ydinprosessi, jossa komponentit sijoitetaan ja johtavat jäljet ​​piirretään piirilevylle. Tämä vaikuttaa suoraan piirin suorituskykyyn, luotettavuuteen ja sähkömagneettiseen yhteensopivuuteen. Seuraavassa on piirilevyn suunnittelun keskeiset periaatteet, huomioitavat seikat ja tekniikat, jotka on jaettu kahteen osaan: asettelu ja reititys:

I. Asetteluperiaatteet ja -tekniikat

1. Kaavoitussuunnittelu

● Vyöhykkeet toiminnallisilla moduuleilla: kuten virtalähde, analoginen, digitaalinen, RF jne. keskinäisten häiriöiden välttämiseksi.

● Signaalivirran suunnittelu: Asettelu "tulo → käsittely → lähtö" -virran mukaisesti ylikuulumisen vähentämiseksi.

● Herkän piirin eristys: Pidä korkeataajuiset, kello-, nollaus- ja muut signaalit poissa häiriölähteistä.

2. Kriittisten ja toiminnallisten komponenttiryhmien priorisointi

● Kiinteäpaikkaiset komponentit ensin: kuten liittimet, kytkimet, merkkivalot jne.

● Ydinkomponenttien, kuten mikrokontrollerien, FPGA-piirien jne., keskittäminen ja niiden ympärille liittyvien piirien sijoittaminen.

● Lämpöä tuottavat komponentit: Ota huomioon lämmön haihtuminen: Varaa tilaa lämmön haihtumiselle sijoittamalla ne reunojen tai jäähdytyselementtien lähelle.

3. Virtalähteen asettelu

● Kompakti asettelu: Aseta DC-DC-muuntimet, LDO:t jne. mahdollisimman lähelle kuormaa silmukka-alueen pienentämiseksi.

● Suodatinkondensaattorien sijoittelu: Aseta suuret kondensaattorit (esim. elektrolyyttikondensaattorit) kauas ja pienet kondensaattorit (esim. keraamiset kondensaattorit) lähelle sirun virtalähteen nastoja.

4. Irrotuskondensaattorin asettelu 

● Aseta ne mahdollisimman lähelle sirun virtalähteen nastoja (samaan kerrokseen) ja kytke läpiviennit suoraan virta-/maadoitustasoon.

● Käytä useita pieniä kondensaattoreita rinnakkain (esim. 0,1 μF + 0,01 μF) kattaaksesi laajemman taajuuskaistan.

5. Korkeataajuus- ja kellopiirit

● Aseta kellosiru lähelle kohdelaitetta ja lyhennä juovia.

● Aseta kide/oskillaattori lähelle integroitua piiriä, estä johtimet sen alla ja käytä maadoitussuojausta.

II. Reititysperiaatteet ja -tekniikat

1. Jäljen leveys ja virta

● Sähköjohdon leveyden laskeminen: Laske leveys asianmukaisesti virran perusteella (esim. 1 A/mm leveys) ja jätä marginaali.

● Signaalilinjan leveys: Tyypillisesti 4–8 mil; impedanssin ohjauslinjat lasketaan pinoamisen perusteella.

2. Jäljityskulma

● Vältä teräviä kulmia (<90°), priorisoi 45°:n kulmia tai pyöristettyjä johtimia impedanssin äkillisten muutosten vähentämiseksi.

3. Differentiaaliparin reititys

● Käytä samanpituisia, yhtä etäällä toisistaan ​​olevia ja yhdensuuntaisia ​​​​johtoja, joiden pituuserot pidetään tyypillisesti 5 millimetrin sisällä.

● Vältä jaettujen referenssitasojen ylittämistä impedanssin tasaisuuden säilyttämiseksi.

4. Signaalin eheys

● Kriittisten signaalien (esim. kello, nopea data) tulisi olla lyhyitä ja suoria, minimoiden läpiviennit.

● Vierekkäisten kerrosten jälkien tulisi olla ortogonaalisia ylikuulumisen vähentämiseksi.

● 3W-sääntö: Väli ≥ 3 kertaa juovan leveys kytkennän vähentämiseksi.

5. Maataso ja paluutie

● Säilytä täydellinen maataso ja vältä signaalilinjojen ylittämistä jaettujen maatasojen välillä.

● Varmista lyhin paluutie sijoittamalla suurnopeussignaalien alle jatkuva maavertailukerros.

6. Käytön kautta

● Käytä useita teho-osia rinnakkain impedanssin pienentämiseksi.

● Vähennä läpivientien määrää suurnopeussignaaleissa (tyypillisesti ≤ 2).

● Vältä reikiä liitäntätyynyissä (paitsi BGA-liittimissä); liitäntätyynyjen väliset reiät vaativat täyttökäsittelyn.

7. Power Tree -reititys

● Reititys puumaisen topologian mukaisesti yleisten impedanssihäiriöiden välttämiseksi.

● Yhden pisteen liitäntä analogiselle/digitaaliselle maadoitukselle (yleensä 0 Ω:n vastusta tai ferriittihelmeä käyttäen).

III. EMC/EMI-suunnittelun näkökohdat

● Suojaus ja suodatus: Käytä suojakansia tai maadoitusreittijä radiotaajuuden, kellon jne. eristämiseen.

● Levyn reunojen käsittely: Pidä herkät signaalit poissa levyn reunoista säteilyn estämiseksi.

● Maadoitusstrategia: Käytä monikerroslevyille täydellistä maatasoa ja segmentoi sekasignaalien maadoitukset asianmukaisesti.

IV. Tarkistuslista (asettelun ja jyrsinnän jälkeen)

● DRC-tarkistus: Piirtojäljen leveys, välistys, läpimitta jne. täyttävät prosessivaatimukset.

● Yhteystarkistus: Ei kytkemättömiä verkkoja.

● Virran eheys: Pieniimpedanssiset virtareitit, jännitehäviö täyttää vaatimukset.

● Signaalin eheys: Jatkuva impedanssi suurnopeussignaaleille, ei merkittäviä heijastuksia tai ylikuulumista.

● Lämpösuunnittelu: Esteettömät lämmönpoistoreitit lämpöä tuottaville komponenteille.

● DFM: Komponenttien välistys täyttää juotosvaatimukset, merkintäpisteet, prosessireunat jne. ovat valmiita.

V. Edistyneet tekniikat

● Käytä maadoitusreittijä: Aseta maadoitusreittijä lähelle signaalikerrosten siirtymiä paluureitin aikaansaamiseksi.

● Sokeat/haudatut reiät ja HDI-tekniikka: Suuritiheyksiset piirilevyt voivat vähentää kerrosten määrää ja parantaa suorituskykyä.

● Simulaatioapu: Suorita SI/PI-simulaatioita kriittisille signaaleille reititysparametrien optimoimiseksi.

Yhteenveto: 

Piirilevyn asettelu ja reititys vaativat tasapainon sähköisen suorituskyvyn, valmistuskustannusten ja suunnittelun monimutkaisuuden välillä. Käytännössä tulisi noudattaa järjestystä "ensin asettelu, sitten reititys; ensin kriittiset signaalit, sitten yleiset signaalit", ja säädöt tulisi tehdä joustavasti tietyn piirin ominaisuuksien perusteella. Suurnopeuksisten, suurtaajuisten tai erittäin tarkkojen piirien osalta on suositeltavaa tutustua piirivalmistajan suunnitteluohjeisiin ja suorittaa simulointitarkastus.

Jos tarvitset piirilevyjä ja piirilevyasemia, ota rohkeasti yhteyttä Benlidaan! Benlida on ammattimainen piirilevyjen ja piirilevyasemien valmistaja, joka on tarjonnut elektroniikan valmistuspalveluita (EMS) 14 vuoden ajan. Edistykselliset laitteet ja kokenut suunnittelutiimi takaavat erinomaisen palvelun asiakkaille ympäri maailmaa!

Tietoja kirjoittajasta:

Sonic Yang

Elektroniikan ja mekaanisen automaation pääaineena Sonic on työskennellyt piirilevyjen suunnittelussa, tuotekehityksessä ja elektroniikan valmistuksessa noin 22 vuotta, teknisenä johtajana ja koordinoinut toimitusketjua (komponentit ja CNC-osat) tarjoten ammattimaista tukea ja konsultointia globaaleille asiakkaille.