Преобразите свой дизайн печатной платы с помощью этих 31 важных советов по трассировке

Введение

Что такое маршрутизация печатных плат и почему она так важна в мире электронного дизайна? Этот вопрос часто возникает среди профессионалов и энтузиастов, которые углубляются в сферу производства печатных плат и микросхем. Маршрутизация печатной платы — это процесс соединения различных компонентов на печатной плате (PCB) или в интегральных схемах (ИС). Это важный шаг, следующий за размещением компонентов, на котором определяется точное позиционирование каждого компонента. Эффективность маршрутизации печатных плат напрямую влияет на производительность, надежность и технологичность электронных устройств. В этой статье мы исследуем тонкости разводки печатных плат и даем практические советы по оптимизации конструкции вашей печатной платы.

Методы и советы по трассировке печатных плат

• Соображения относительно длины трассировки

Одним из фундаментальных аспектов маршрутизации печатной платы является учет длины трассы.. Очень важно указать длину переходные отверстия и длины подушечки для упаковки в ваших расчетах. Этот комплексный подход к измерению длины трассы имеет решающее значение, поскольку он влияет на целостность сигнала и время прохождения цепи. Неточные измерения длины трассы могут привести к задержки и отражения сигнала, влияя на общая производительность печатной платы. Поэтому точность учета каждой части дорожки, включая переходные отверстия и площадки, очень важна. жизненно важен для оптимального проектирования печатной платы.

• Оптимальный угол наклона трассы

Наклон дорожек при проектировании печатной платы является еще одним критическим фактором.. Выбрав Угол 135 градусов когда трассировка трасс предпочтительнее произвольных углов, так как неправильный угол наклона может привести к производственным осложнениям. Правильный ракурс помогает уменьшение отражения сигнала и изменений импеданса, обеспечивая лучшая целостность сигнала и снижение возможности проблемы с травлением во время изготовления. Это, казалось бы, маленькая деталь, которая может иметь существенные последствия для качества и технологичности печатной платы..

• Избегание острых углов при трассировке трассировки

При проектировании дорожек печатной платы крайне важно избегать прямых или острых углов.. Острые углы могут привести к нежелательные изменения ширины дорожки и импеданса, что может вызвать отражение сигнала и, как следствие, проблемы с целостностью сигнала. Эти размышления могут привести к перекрестные помехи и электромагнитные помехи, потенциально нарушая производительность схемы. Как показано ниже, рекомендуется использовать изогнутые следы или углы 45 градусов чтобы обеспечить более плавный переход сигналов, что помогает поддерживать постоянный импеданс и снижать риск ухудшения сигнала.

• Правильная трассировка трассировки от площадок

При прокладке дорожек от площадок компонентов важно начните с продольной стороны колодки а не по ширине или по углам. В идеале следы должны выходить из контактных площадок таким образом, чтобы избежать резких изменений направления, с рекомендуемым зазором не менее 6 мил от края площадки до угла трассы. Эта практика помогает свести к минимуму нагрузку на паяные соединения и снижает риск проблем с травлением во время производства. Правильный подход к разводке контактных площадок не только способствует улучшению процесса сборки, но и способствует долговечности и надежности печатной платы.

• Стратегия подключения соседних паяльных площадок

Для соседних площадок, принадлежащих к одной сети, следует избегать прямого подключения.. Вместо этого дорожки должны выходить из контактных площадок перед подключением. Этот подход предотвращает образование мостиков при ручной пайке, что может привести к короткие замыкания. К сначала продлеваем следы, появилось больше места для работы, снижение риска ошибок при пайке и обеспечение более чистое и надежное соединение.

• Симметричная трассировка небольших компонентов микросхемы

Симметрия в маршрутизации трассировки особенно важна при работе с небольшими компонентами микросхем.. Крайне важно обеспечить, чтобы дорожки на обоих концах компонента сохраняют одинаковую ширину. Если один контакт подключен к медная заливка, противоположный контакт должен иметь аналогичное расположение. Этот сбалансированная прокладка помогает предотвратить смещение или вращение компонента во время процесса пайки., который жизненно важен для поддержания целостности сборки печатной платы.

• Заземление и размещение переходных отверстий GND

Для сигналов, требующих заземления, крайне важно поддерживать целостность заземляющего слоя.. Рекомендуется стратегически разместите переходные отверстия GND (земли) вдоль линий заземления. расстояние между двумя отверстиями GND не должно быть слишком большим; в идеале оно должно находиться в пределах 50-150 мил. Правильное размещение переходных отверстий GND обеспечивает прочную и непрерывную плоскость заземления., который имеет решающее значение для целостности сигнала и минимизации электромагнитных помех. Изображение ниже иллюстрирует предпочтительные методы заземления для сигналов, требующих заземления.

• Обеспечение непрерывного опорного уровня для высокоскоростной маршрутизации сигналов

Для высокоскоростных трассировок сигналов требуется непрерывная и непрерывная опорная плоскость для поддержания целостности сигнала.. Крайне важно избегать маршрутизации сигнала через разные зоны, где опорная плоскость может быть прервана. Для высокоскоростных сигналов рекомендуется, чтобы трасса сохраняла минимальное расстояние 40 мил от края базовой плоскости. Это помогает предотвратить такие проблемы, как разрывы импеданса и отражения сигнала это может ухудшить производительность схемы. Сопровождающее изображение демонстрирует идеальные методы маршрутизации для высокоскоростных сигналов, гарантируя, что они остаются в пределах непрерывной базовой плоскости для оптимальная производительность.

• Контроль импеданса для контактных площадок устройств поверхностного монтажа (SMD)

Контактные площадки устройств поверхностного монтажа (SMD) могут привести к снижению импеданса., что может привести к разрывам импеданса, влияющим на целостность сигнала. Чтобы смягчить эту проблему, желательно удалить слой опорной плоскости непосредственно под контактными площадками SMD, соответствующий размеру контактных площадок. Эта техника помогает минимизировать резкое изменение импеданса. Общие компоненты SMD, которые выигрывают от этой практики, включают: конденсаторы, подавители электростатического разряда, синфазные дроссели и разъемы. На изображении ниже показано рекомендуемое изменение опорной плоскости под контактными площадками SMD для лучшего контроля импеданса.

• Минимизация площади петли при маршрутизации сигнала

При проектировании печатных плат очень важно минимизировать площадь петли, образованную трассами сигналов и их обратными путями. Меньшая площадь контура уменьшает электромагнитное излучение, излучаемое трассой, а также снижает восприимчивость схемы к внешним помехам. Как показано на изображении ниже, правильный метод маршрутизации предполагает максимально прямой путь сигнала, тем самым минимизируя площадь петли. Такая практика не только улучшает целостность сигнала, но и повышает общую электромагнитную совместимость (ЭМС) печатной платы.

• Минимизация заглушек при разводке печатных плат

При разводке печатных плат обязательно избегать создания заглушек. Заглушка, представляющая собой несвязный сегмент трассы, может действовать как нежелательная антенна, создавая отражения и деградация сигнала. Лучше всего проектировать трассы таким образом, чтобы длина заглушки фактически равна нулю. Кроме того, эффект от через заглушки— остатки следов, остающихся в переходном отверстии после переключения слоев сигнала — необходимо учитывать, особенно когда длина шлейфа превышает 12 мил. В таких случаях целесообразно оценить влияние заглушек переходных отверстий на целостность сигнала посредством моделирования. Такие методы, как обратное бурение может использоваться для удаления излишков через заглушку и сохранения целостности сигнала. На изображениях ниже представлено наглядное руководство о том, как избежать заглушек при проектировании печатной платы, как в дорожках, так и в переходных отверстиях.

• Как избежать образования петель на разных уровнях

В проектах многослойных печатных плат крайне важно избегайте создания петель с трассировками на разных слоях. Такие петли могут действовать как антенны, потенциально вызывая радиационная интерференция это может нарушить функциональность схемы. Обеспечение маршрутизации трасс для предотвращения образования петель является ключевым моментом проектирования, особенно при работе с высокочастотными сигналами, где вероятность возникновения помех выше. На изображении ниже показано, как правильно прокладывать трассы, чтобы избежать образования петель и минимизировать риск радиационных помех.

• Размещение контрольных точек на высокоскоростных сигналах

Для высокоскоростных трассировок сигналов обычно рекомендуется воздержитесь от размещения тестовых точек. В контрольных точках могут возникать разрывы и несоответствия импедансов, что может привести к проблемам с целостностью сигнала, таким как отражения и затухание. В высокоскоростных приложениях даже небольшие разрывы могут существенно нарушить передачу сигнала, поэтому поддержание плавной и последовательной трассы без контрольных точек имеет решающее значение для сохранения качества сигнала.

• Экранирование чувствительных сигналов или сигналов, подверженных помехам

Сигналы, которые подвержены помехам или особенно чувствительны, например, радиочастотные (РЧ) сигналы, требуют тщательного планирования. экранирование. Использование экрана, обычно шириной не менее 40 мил (хотя рекомендуется поддерживать толщину не менее 30 мил и может быть подтверждено производителем), может значительно снизить помехи. Кроме того, размещение многочисленных заземляющих отверстий на экране может повысить его эффективность, обеспечивая надежное соединение с заземляющим слоем и улучшая качество пайки.

• Равномерная ширина трассировки в одной сети

Поддержание одинаковой ширины трасс в одной сети имеет решающее значение для обеспечения постоянного характеристического импеданса.. Изменения ширины трассы могут привести к неравномерный импеданс, приводящий к отражению сигнала, особенно на более высоких скоростях передачи. Хотя определенные условия, такие как выводы разъемов или корпусов с шариковой решеткой (BGA), могут потребовать изменения ширины дорожек из-за ограниченного пространства, важно минимизируйте длину любого участка, где ширина трассы не одинакова. Это помогает уменьшить влияние на целостность сигнала.

• Ширина трассы для выводов микросхемы

По следам, выходящим из Контакты интегральной схемы (IC), ширина дорожки должна быть меньше или равна ширине площадки. Крайне важно избегать того, чтобы ширина дорожки превышала ширину площадки, чтобы избежать проблем с пайкой и обеспечить целостность электрического соединения. Для некоторых сигналов, которые требуют более широких трасс из-за более высоких текущая пропускная способность, следы можно расширить примерно 6-10 мил за пределами колодки чтобы выдержать повышенный ток без ущерба для соединения. Такая практика гарантирует, что дорожка сможет выдерживать необходимый ток, сохраняя при этом надежное соединение с панелью микросхемы.

• Отслеживание соединений с контактными площадками и переходными отверстиями

Принципиально важно, чтобы дорожки должны соединяться с центром контактных площадок и переходных отверстий. Такая точность обеспечивает надежную пайку и электрические характеристики. Любое несоосность может привести к слабым паяным соединениям или даже к разрыву цепи, что отрицательно скажется на функциональности печатной платы. Ориентируясь на центр контактных площадок и переходных отверстий, проектировщики могут избежать этих проблем и сохранить целостность соединений схемы.

• Расстояние утечки для сигналов высокого напряжения

Для сигналы высокого напряжения, обеспечивая адекватное путь утечки Это необходимо для обеспечения безопасности и предотвращения электрического пробоя. Утечка — это кратчайший путь между двумя проводящими частями или между проводящей частью и ограничивающей поверхностью оборудования, измеренный вдоль поверхности изоляции. Конкретный Требования к расстоянию утечки различаются в зависимости от уровня напряжения и условий использования, но они имеют решающее значение для соблюдения стандартов безопасности.

Параметры путей утечки следующие:

Расстояние утечки		Электрический зазор (мм)
1. Стандартный источник питания переменного и постоянного тока (120–240 В переменного тока)
LN (линия-нейтраль)	3,2 мм до предохранителя	2.50
	2,5 мм после предохранителя	2.00
Вход-Земля	3.40	2.50
Ввод-вывод выпрямителя	2.50	2.00
Предохранитель вход-выход	3.20	2.50
МОС-Граунд	4.00	2.80
Первичный вторичный	8.00	5.00
Вторичное заземление	1.40	0.70
2. Источник питания переменного и постоянного тока со схемой PFC.
Вход-Земля (PFC)	4.50	2.70
Первично-вторичный (PFC)	9.00	5.40
3. Источник питания переменного и постоянного тока выше 60 В и ниже 100 В.
Первичный-вторичный (60–100 В)	3.50	2.00
Вход-Земля (60-100 В)	1.80	1.00
От V+ до V- (предохранитель)	1.80	1.00

• Топология маршрутизации для нескольких микросхем DDR или памяти

В конструкциях, включающих несколько Модули DDR или другой чипы памяти, важно подтвердить топология маршрутизации. Топология относится к физическому расположению взаимосвязей между компонентами памяти, что может существенно повлиять на производительность и стабильность. Разработчики должны убедиться, что существует справочный документ или стандарт, которому необходимо следовать, определяющий оптимальную стратегию маршрутизации для этих компонентов с учетом таких факторов, как согласование длины трассы и целостность сигнала. Наличие хорошо спланированной топологии маршрутизации имеет решающее значение для правильного функционирования интерфейсов памяти, особенно в высокоскоростных приложениях, где время и качество сигнала имеют первостепенное значение.

• Зазор для областей «золотой палец» в многослойных печатных платах

В конструкциях многослойных печатных плат регионы с золотым пальцем— участки печатной платы, соприкасающиеся с разъемами, требуют особого внимания. Необходимо создать зазор, удалив медь (известную как «окно» или «прорезь») под золотыми пальцами во всех слоях. Этот зазор предотвращает короткое замыкание и гарантирует надежное соединение золотых пальцев. Площадь удаленной меди обычно должна составлять не менее 3 мм за край печатной платы, чтобы убедиться в отсутствии помех в рамке платы или корпусе. Правильный зазор имеет решающее значение для функциональности и предотвращения повреждений во время установки или использования.

• Стратегическое планирование маршрутизации в узких местах

При разводке печатной платы очень важно стратегически планировать узкие места внутри каналов маршрутизации. Это области, где путь сужается, что потенциально ограничивает пространство, доступное для следов. Предварительное планирование самых узких участков канала может гарантировать, что ширина и расстояние между дорожками соответствуют требованиям к сигналу, предотвращая такие проблемы, как перекрестные помехи и несоответствие импедансов. Правильное планирование помогает поддерживать целостность сигнала и снижает необходимость последующих доработок проекта.

• Размещение конденсаторов связи

Для оптимальной производительности при проектировании печатных плат разделительные конденсаторы следует размещать как можно ближе к разъемам они связаны с. Такая близость минимизирует площадь контура и, таким образом, снижает электромагнитные помехи (EMI). Это также гарантирует, что любой шум, присутствующий в сигнальных линиях, будет быстро заземлён, прежде чем он сможет повлиять на другие части схемы. Стратегическое размещение разделительных конденсаторов является ключевым фактором при проектировании высокоскоростных схем, позволяющим поддерживать целостность сигнала и минимизировать потенциальные проблемы с шумом.

• Размещение последовательных и согласующих резисторов

При проектировании печатных плат последовательные резисторы следует размещать вблизи передающего устройства, при этом согласующие резисторы лучше всего располагать рядом с принимающей стороной. Например, последовательные резисторы тактового сигнала eMMC рекомендуется располагать в пределах 400 мил процессора. Такое размещение гарантирует сохранение целостности сигнала за счет согласования импеданса и минимизации отражений, что критически важно для высокоскоростных сигналов, обычно встречающихся в интерфейсах памяти и процессора.

• Размещение заземления для IC Pad

Рекомендуется разместить хотя бы одно отверстие заземления на каждой контактной площадке микросхем, таких как чипы eMMC или флэш-памяти. Эта практика эффективно сокращает обратный путь для сигналов, что жизненно важно для поддержания целостности сигнала и снижения электромагнитных помех (EMI). Правильное заземление посредством размещения может значительно улучшить электрические характеристики высокоскоростных цифровых схем, обеспечивая путь к земле с низким импедансом.

• Размещение заземления для устройств ESD

Для Устройства защиты от электростатического разряда (ESD), рекомендуется разместить заземляющее отверстие на каждой площадке заземления. Такая конфигурация гарантирует, что ток электростатического разряда может быть быстро и эффективно направлен на землю, усиливая защитный эффект. Заземляющие отверстия следует располагать как можно ближе к площадкам, чтобы минимизировать индуктивность и сопротивление пути к земле. На изображении ниже показано рекомендуемое размещение отверстий заземления для устройств ESD, чтобы максимизировать их эффективность.

• Рекомендации по маршрутизации вокруг чувствительных компонентов

При разводке печатной платы крайне важно избегать следов маршрутизации вокруг чувствительных компонентов такие как кристаллы, генераторы, генераторы тактовых импульсов, распределители тактовых импульсов, импульсные источники питания, магнитные устройства и сквозные отверстия разъемов. Эти компоненты часто чувствительны к шуму и сами могут быть источниками помех. Трассы, проложенные слишком близко к этим компонентам, могут создавать нежелательные шумы или подвергаться воздействию помех, что приводит к потенциальным проблемам с целостностью сигнала и производительностью схемы. Поэтому поддержание свободного пространства вокруг этих компонентов имеет важное значение для обеспечения стабильности и надежности печатной платы.

• Переход между уровнями и управление переходами для обеспечения целостности сигнала

При проектировании печатной платы, когда трасса сигнала меняет слои и оба слоя привязаны к плоскости заземления, важно разместить соответствующее заземляющее отверстие рядом с сигнальным отверстием. Это обеспечивает непрерывность обратного пути и сохраняет целостность сигнала. Для дифференциальные сигналыКак сигнальный переход, так и сопутствующий заземляющий переход должны быть расположены симметрично, чтобы сохранить импеданс дифференциальной пары и минимизировать перекрестные помехи. В случае несимметричные сигналыРазмещение обратного заземления рядом с сигнальным переходом уменьшает перекрестные помехи между переходами и поддерживает целостность сигнала.

• Зазор между заземлением и медью разъемов

При проектировании разъемов для печатных плат крайне важно обеспечить, чтобы заземляющая медь простиралась на расстояние не менее в три раза больше ширины трассы вдали от сигнальных площадок. Такое расстояние, технически обозначаемое как ≥3 Вт, помогает предотвратить перекрестные помехи и электромагнитные помехи (EMI) между землей и сигнальными линиями, что жизненно важно для поддержания целостности сигнала. На рисунке ниже показан рекомендуемый зазор для заземления разъемов, ключевой параметр конструкции для надежной компоновки печатной платы.

• Поддержание целостности самолета в регионах BGA

Для территорий под Пакеты с шариковой решеткой (BGA), важно сохранить целостность плоских слоев. Если в плоскости есть разрыв, его следует перекрыть дорожками или плату следует модифицировать с помощью процесса, называемого «прореживание» или «лепка» чтобы обеспечить преемственность. Такая практика позволяет избежать компрометации эффективность силовых или наземных самолетов, что может привести к проблемам с распределением мощности и целостностью сигнала. На изображении ниже показан правильный метод устранения любых зазоров в плоскости под областями BGA, что важно для правильного функционирования печатной платы.

• Экранирование заземления при разводке печатных плат

Когда маршрутизация печатной платы включает в себя заземление, рекомендуется следовать инструкциям, изображенным на изображении. л представляет собой расстояние между отверстиями заземления в экранировании, и Д указывает расстояние между заземляющим экраном и сигнальными трассами. Для эффективного экранирования расстояние D должно быть как минимум в четыре раза больше ширины дорожки (≥4*Вт). Это обеспечивает минимальные помехи от экрана заземления к сигнальным линиям, сохраняя целостность сигнала по всей печатной плате.

• Экранирование заземления для высокоскоростных несимметричных сигналов

Некоторые критические высокоскоростные несимметричные сигналы, такие как тактовые сигналы, линии сброса (например, emmc_clk, emmc_datastrobe, RGMII_CLK), должны быть экранированы проводом заземления. Желательно заземлить хотя бы через каждый 500 мил вдоль заземляющего экрана, чтобы обеспечить эффективный путь к земле с низким сопротивлением. Эта практика помогает минимизировать шум и сохранить целостность сигнала для этих чувствительных высокоскоростных сигналов. На изображении ниже показано рекомендуемое размещение заземляющих переходов вдоль заземляющего экрана для таких сигналов.

Заключение

Наше знакомство с основами проектирования печатных плат было обогащено идеями, предоставленными Хуова от Чжиху. С разрешения Хуовы мы адаптировали его экспертные советы к нашему повествованию, стремясь поделиться с вами четким и действенным руководством.