Come progettare elementi di visualizzazione PCB?

In design, layout is an important part. The quality of the layout result will directly affect the effect of the wiring, so it can be considered that a reasonable layout is the first step to a successful PCB design. Especially the pre-layout is the process of thinking about the entire circuit board, signal flow, heat dissipation, structure and other structures. If the pre-layout fails, no amount of effort will be needed.

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PCB layout design The design process flow of printed circuit boards includes schematic design, electronic component database registration, design preparation, block division, electronic component configuration, configuration confirmation, wiring and final inspection. In the process of the process, no matter which process is found to be a problem, it must be returned to the previous process for reconfirmation or correction.

Questo articolo introduce prima le regole e le tecniche di progettazione del layout del PCB, quindi spiega come progettare e ispezionare il layout del PCB, dai requisiti DFM del layout, requisiti di progettazione termica, requisiti di integrità del segnale, requisiti EMC, impostazioni dei livelli e requisiti di divisione della messa a terra dell’alimentazione e moduli di potenza. I requisiti e gli altri aspetti verranno analizzati nel dettaglio, e seguire l’editor per scoprire i dettagli.

PCB layout design rules

1. Under normal circumstances, all components should be arranged on the same surface of the circuit board. Only when the top-level components are too dense, can some devices with limited height and low heat generation, such as chip resistors, chip capacitors, and chip capacitors, be installed. Chip IC, etc. are placed on the lower layer.

2. Con la premessa di garantire le prestazioni elettriche, i componenti devono essere posizionati sulla griglia e disposti paralleli o perpendicolari tra loro per essere ordinati e belli. In circostanze normali, i componenti non possono sovrapporsi; la disposizione dei componenti dovrebbe essere compatta e i componenti dovrebbero essere disposti sull’intero layout. La distribuzione è uniforme e densa.

3. The minimum distance between adjacent land patterns of different components on the circuit board should be above 1mm.

4. The distance from the edge of the circuit board is generally not less than 2MM. The best shape of the circuit board is rectangular, and the aspect ratio is 3:2 or 4:3. When the size of the circuit board is larger than 200MM by 150MM, consider what the circuit board can withstand Mechanical strength.

PCB layout design skills

Nella progettazione del layout del PCB, le unità del circuito devono essere analizzate e il design del layout deve essere basato sulla funzione di partenza. Quando si dispongono tutti i componenti del circuito, è necessario rispettare i seguenti principi:

1. Disporre la posizione di ciascuna unità del circuito funzionale in base al flusso del circuito, in modo che il layout sia conveniente per la circolazione del segnale e il segnale sia mantenuto il più possibile nella stessa direzione [1].

2. Take the core components of each functional unit as the center and lay out around him. The components should be uniformly, integrally and compactly arranged on the PCB to minimize and shorten the leads and connections between the components.

3. For circuits operating at high frequencies, the distribution parameters between components must be considered. In general circuits, components should be arranged in parallel as much as possible, which is not only beautiful, but also easy to install and easy to mass produce.

Come progettare e ispezionare il layout del PCB

1. DFM requirements for layout

1. The optimal process route has been determined, and all devices have been placed on the board.

2. The origin of the coordinates is the intersection of the left and lower extension lines of the board frame, or the lower left pad of the lower left socket.

3. The actual size of the PCB, the location of the positioning device, etc. are consistent with the process structure element map, and the device layout of the area with restricted device height requirements meets the requirements of the structure element map.

4. La posizione dell’interruttore del quadrante, del dispositivo di ripristino, dell’indicatore luminoso, ecc. è appropriata e il manubrio non interferisce con i dispositivi circostanti.

5. Il telaio esterno della scheda ha un radiante uniforme di 197 mil o è progettato secondo il disegno delle dimensioni strutturali.

6. Ordinary boards have 200mil process edges; the left and right sides of the backplane have process edges greater than 400mil, and the upper and lower sides have process edges greater than 680mil. The device placement does not conflict with the window opening position.

7. All kinds of additional holes (ICT positioning hole 125mil, handle bar hole, elliptical hole and fiber holder hole) that need to be added are all missing and set correctly.

8. The device pin pitch, device direction, device pitch, device library, etc. that have been processed by wave soldering take into account the requirements of wave soldering.

9. The device layout spacing meets the assembly requirements: surface mount devices are greater than 20mil, IC is greater than 80mil, and BGA is greater than 200mil.

10. Le parti di crimpatura hanno più di 120 mil nella distanza della superficie del componente e non vi è alcun dispositivo nell’area passante delle parti di crimpatura sulla superficie di saldatura.

11. Non ci sono dispositivi corti tra dispositivi alti e nessun dispositivo patch e dispositivi di interposizione corti e piccoli sono posizionati entro 5 mm tra dispositivi con un’altezza maggiore di 10 mm.

12. Polar devices have polarity silkscreen logos. The X and Y directions of the same type of polarized plug-in components are the same.

13. All devices are clearly marked, no P*, REF, etc. are not clearly marked.

14. There are 3 positioning cursors on the surface containing SMD devices, which are placed in an “L” shape. The distance between the center of the positioning cursor and the edge of the board is greater than 240 mils.

15. Se è necessario eseguire l’elaborazione dell’imbarco, si considera che il layout faciliti l’imbarco e l’elaborazione e l’assemblaggio del PCB.

16. The chipped edges (abnormal edges) should be filled in by means of milling grooves and stamp holes. The stamp hole is a non-metallized void, generally 40 mils in diameter and 16 mils from the edge.

17. The test points used for debugging have been added in the schematic diagram, and they are placed appropriately in the layout.

Second, the thermal design requirements of the layout

1. Heating components and exposed components of the casing are not in close proximity to wires and heat-sensitive components, and other components should also be properly kept away.

2. The placement of the radiator takes into account the convection problem, and there is no interference of high components in the projection area of ​​the radiator, and the range is marked on the mounting surface with silk screen.

3. Il layout tiene conto dei canali di dissipazione del calore ragionevoli e regolari.

4. Il condensatore elettrolitico deve essere adeguatamente separato dal dispositivo ad alto calore.

5. Considerare la dissipazione del calore di dispositivi ad alta potenza e dispositivi sotto il tassello.

Third, the signal integrity requirements of the layout

1. The start-end matching is close to the sending device, and the end matching is close to the receiving device.

2. Place decoupling capacitors close to related devices

3. Place crystals, crystal oscillators and clock drive chips close to related devices.

4. High-speed and low-speed, digital and analog are arranged separately according to modules.

5. Determine the topological structure of the bus based on the analysis and simulation results or the existing experience to ensure that the system requirements are met.

6. If it is to modify the board design, simulate the signal integrity problem reflected in the test report and give a solution.

7. The layout of the synchronous clock bus system meets the timing requirements.

Quattro, requisiti EMC

1. Inductive devices that are prone to magnetic field coupling, such as inductors, relays, and transformers, should not be placed close to each other. When there are multiple inductance coils, the direction is vertical and they are not coupled.

2. Al fine di evitare interferenze elettromagnetiche tra il dispositivo sulla superficie di saldatura della singola scheda e la scheda singola adiacente, non devono essere posizionati dispositivi sensibili e dispositivi a forte radiazione sulla superficie di saldatura della singola scheda.

3. The interface components are placed close to the edge of the board, and appropriate EMC protection measures have been taken (such as shielding shells, hollowing out of the power supply ground, etc.) to improve the EMC capability of the design.

4. Il circuito di protezione è posto in prossimità del circuito di interfaccia, seguendo il principio della prima protezione e poi del filtraggio.

5. The distance from the shielding body and the shielding shell to the shielding body and shielding cover shell is more than 500 mils for the devices with high transmitting power or particularly sensitive (such as crystal oscillators, crystals, etc.).

6. A 0.1uF capacitor is placed near the reset line of the reset switch to keep the reset device and reset signal away from other strong devices and signals.

Five, layer setting and power supply and ground division requirements

1. Quando due livelli di segnale sono direttamente adiacenti l’uno all’altro, è necessario definire regole di cablaggio verticale.

2. The main power layer is adjacent to its corresponding ground layer as much as possible, and the power layer meets the 20H rule.

3. Each wiring layer has a complete reference plane.

4. I pannelli multistrato sono laminati e il materiale del nucleo (CORE) è simmetrico per prevenire la deformazione causata dalla distribuzione non uniforme della densità della pelle di rame e dallo spessore asimmetrico del supporto.

5. Lo spessore della tavola non deve superare i 4.5 mm. Per quelli con uno spessore maggiore di 2.5 mm (backplane maggiore di 3 mm), i tecnici dovrebbero aver confermato che non ci sono problemi con l’elaborazione, l’assemblaggio e l’attrezzatura del PCB e che lo spessore della scheda PC è di 1.6 mm.

6. Quando il rapporto spessore-diametro della via è maggiore di 10:1, sarà confermato dal produttore del PCB.

7. The power and ground of the optical module are separated from other power and ground to reduce interference.

8. The power and ground processing of key components meet the requirements.

9. When impedance control is required, the layer setting parameters meet the requirements.

Six, power module requirements

1. The layout of the power supply part ensures that the input and output lines are smooth and do not cross.

2. Quando la scheda singola fornisce alimentazione alla sottoscheda, posizionare il circuito di filtro corrispondente vicino all’uscita di alimentazione della scheda singola e all’ingresso di alimentazione della sottoscheda.

Seven, other requirements

1. The layout takes into account the overall smoothness of the wiring, and the main data flow is reasonable.

2. Regolare le assegnazioni dei pin dell’esclusione, FPGA, EPLD, driver bus e altri dispositivi in ​​base ai risultati del layout per ottimizzare il layout.

3. Il layout tiene conto dell’opportuno aumento dello spazio in corrispondenza del cablaggio denso per evitare la situazione che non possa essere instradato.

4. Se vengono adottati materiali speciali, dispositivi speciali (come 0.5 mmBGA, ecc.) e processi speciali, il periodo di consegna e la processabilità sono stati pienamente considerati e confermati dai produttori di PCB e dal personale di processo.

5. The pin corresponding relationship of the gusset connector has been confirmed to prevent the direction and orientation of the gusset connector from being reversed.

6. If there are ICT test requirements, consider the feasibility of adding ICT test points during layout, so as to avoid difficulty in adding test points during the wiring phase.

7. When a high-speed optical module is included, the layout of the optical port transceiver circuit is prioritized.

8. After the layout is completed, a 1:1 assembly drawing has been provided for the project personnel to check whether the device package selection is correct against the device entity.

9. At the opening of the window, the inner plane has been considered to be retracted, and a suitable wiring prohibition area has been set.