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.

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.

บทความนี้จะแนะนำกฎและเทคนิคการออกแบบเลย์เอาต์ PCB ก่อน จากนั้นจะอธิบายวิธีการออกแบบและตรวจสอบเลย์เอาต์ PCB จากข้อกำหนด DFM ของเลย์เอาต์ ข้อกำหนดการออกแบบทางความร้อน ข้อกำหนดความสมบูรณ์ของสัญญาณ ข้อกำหนด EMC การตั้งค่าเลเยอร์ และข้อกำหนดการแบ่งภาคพื้นดินกำลังไฟฟ้า และ โมดูลพลังงาน ข้อกำหนดและแง่มุมอื่น ๆ จะได้รับการวิเคราะห์โดยละเอียดและติดตามผู้แก้ไขเพื่อค้นหารายละเอียด

กฎการออกแบบเค้าโครง PCB

1. ภายใต้สถานการณ์ปกติ ส่วนประกอบทั้งหมดควรจัดวางบนพื้นผิวเดียวกันของแผงวงจร เมื่อส่วนประกอบระดับบนสุดมีความหนาแน่นมากเกินไปเท่านั้น จึงจะสามารถติดตั้งอุปกรณ์บางอย่างที่มีความสูงจำกัดและการสร้างความร้อนต่ำได้ เช่น ตัวต้านทานชิป ตัวเก็บประจุแบบชิป และตัวเก็บประจุแบบชิป ชิป IC ฯลฯ วางอยู่บนชั้นล่าง

2. ภายใต้สมมติฐานของการรับรองประสิทธิภาพทางไฟฟ้า ส่วนประกอบควรวางบนตารางและจัดวางขนานหรือตั้งฉากซึ่งกันและกันเพื่อให้เรียบร้อยและสวยงาม ภายใต้สถานการณ์ปกติ ส่วนประกอบต่างๆ จะไม่ทับซ้อนกัน การจัดเรียงส่วนประกอบควรมีขนาดกะทัดรัด และส่วนประกอบควรจัดวางบนเค้าโครงทั้งหมด การกระจายมีความสม่ำเสมอและหนาแน่น

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

4. ระยะห่างจากขอบของแผงวงจรโดยทั่วไปไม่น้อยกว่า 2 มม. รูปร่างที่ดีที่สุดของแผงวงจรคือสี่เหลี่ยม และอัตราส่วนภาพคือ 3:2 หรือ 4:3 เมื่อแผงวงจรมีขนาดใหญ่กว่า 200 มม. คูณ 150 มม. ให้พิจารณาว่าแผงวงจรสามารถทนต่อความแข็งแรงทางกลได้อย่างไร

PCB layout design skills

ในการออกแบบเลย์เอาต์ของ PCB ควรวิเคราะห์หน่วยของแผงวงจร และการออกแบบเลย์เอาต์ควรขึ้นอยู่กับฟังก์ชันเริ่มต้น เมื่อจัดวางส่วนประกอบทั้งหมดของวงจรควรปฏิบัติตามหลักการดังต่อไปนี้:

1. จัดเรียงตำแหน่งของวงจรการทำงานแต่ละหน่วยตามการไหลของวงจร เพื่อให้รูปแบบสะดวกต่อการหมุนเวียนของสัญญาณ และสัญญาณจะถูกเก็บไว้ในทิศทางเดียวกันให้มากที่สุด [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. สำหรับวงจรที่ทำงานที่ความถี่สูงต้องพิจารณาพารามิเตอร์การกระจายระหว่างส่วนประกอบต่างๆ ในวงจรทั่วไป ส่วนประกอบควรจัดวางขนานกันให้มากที่สุด ซึ่งไม่เพียงแต่สวยงาม แต่ยังติดตั้งง่ายและง่ายต่อการผลิตเป็นจำนวนมาก

วิธีการออกแบบและตรวจสอบเค้าโครง PCB

1. DFM requirements for layout

1. กำหนดเส้นทางกระบวนการที่เหมาะสมที่สุดแล้ว และวางอุปกรณ์ทั้งหมดไว้บนกระดานแล้ว

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. ตำแหน่งของสวิตช์หมุนหมายเลข รีเซ็ตอุปกรณ์ ไฟแสดงสถานะ ฯลฯ เหมาะสม และแฮนด์บาร์ไม่รบกวนอุปกรณ์โดยรอบ

5. โครงด้านนอกของบอร์ดมีเรเดียนเรียบ 197mil หรือออกแบบตามรูปวาดขนาดโครงสร้าง

6. กระดานสามัญมีขอบกระบวนการ 200mil; ด้านซ้ายและด้านขวาของแบ็คเพลนมีขอบกระบวนการมากกว่า 400 มม. และด้านบนและด้านล่างมีขอบกระบวนการมากกว่า 680 มม. ตำแหน่งอุปกรณ์ไม่ขัดแย้งกับตำแหน่งการเปิดหน้าต่าง

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. พิทช์พินอุปกรณ์ ทิศทางอุปกรณ์ ระยะพิทช์อุปกรณ์ ไลบรารีอุปกรณ์ ฯลฯ ที่ได้รับการประมวลผลโดยการบัดกรีด้วยคลื่นคำนึงถึงข้อกำหนดของการบัดกรีด้วยคลื่น

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. ชิ้นส่วนย้ำมีระยะห่างมากกว่า 120 mils บนพื้นผิวของส่วนประกอบ และไม่มีอุปกรณ์ในบริเวณผ่านของชิ้นส่วนย้ำบนพื้นผิวเชื่อม

11. ไม่มีอุปกรณ์สั้น ๆ ระหว่างอุปกรณ์สูง และไม่มีอุปกรณ์แก้ไข และอุปกรณ์คั่นระหว่างสั้นและขนาดเล็กภายใน 5 มม. ระหว่างอุปกรณ์ที่มีความสูงมากกว่า 10 มม.

12. อุปกรณ์โพลาร์มีโลโก้ซิลค์สกรีนขั้ว ทิศทาง X และ Y ของส่วนประกอบปลั๊กอินโพลาไรซ์ชนิดเดียวกันจะเหมือนกัน

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

14. มีเคอร์เซอร์ตำแหน่ง 3 ตำแหน่งบนพื้นผิวที่มีอุปกรณ์ SMD ซึ่งวางอยู่ในรูปร่าง “L” ระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางของเคอร์เซอร์กำหนดตำแหน่งกับขอบกระดานมากกว่า 240 มิล

15. หากคุณต้องการดำเนินการขึ้นเครื่อง การจัดวางจะถือว่าอำนวยความสะดวกในการขึ้นเครื่องและการประมวลผลและการประกอบ PCB

16. ควรเติมขอบที่บิ่น (ขอบผิดปกติ) โดยใช้ร่องกัดและเจาะรู รูตราประทับเป็นโมฆะที่ไม่เป็นโลหะ โดยทั่วไปจะมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 40 มม. และห่างจากขอบ 16 มม.

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

ประการที่สองความต้องการการออกแบบความร้อนของโครงร่าง

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. เลย์เอาต์คำนึงถึงช่องระบายความร้อนที่เหมาะสมและราบรื่น

4. ควรแยกตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าออกจากอุปกรณ์ที่มีความร้อนสูงอย่างเหมาะสม

5. พิจารณาการกระจายความร้อนของอุปกรณ์และอุปกรณ์กำลังสูงภายใต้เป้าเสื้อกางเกง

ประการที่สามความต้องการความสมบูรณ์ของสัญญาณของโครงร่าง

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. ดิจิตอลและแอนะล็อกความเร็วสูงและความเร็วต่ำถูกจัดเรียงแยกกันตามโมดูล

5. กำหนดโครงสร้างทอพอโลยีของบัสตามผลการวิเคราะห์และการจำลองหรือประสบการณ์ที่มีอยู่เพื่อให้แน่ใจว่าตรงตามข้อกำหนดของระบบ

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.

สี่ ข้อกำหนด 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. เพื่อหลีกเลี่ยงสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างอุปกรณ์บนพื้นผิวการเชื่อมของบอร์ดเดี่ยวและบอร์ดเดี่ยวที่อยู่ติดกัน ไม่ควรวางอุปกรณ์ที่ละเอียดอ่อนและอุปกรณ์การแผ่รังสีที่แรงบนพื้นผิวการเชื่อมของบอร์ดเดี่ยว

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. วางวงจรป้องกันไว้ใกล้วงจรอินเทอร์เฟซ ตามหลักการของการป้องกันครั้งแรกแล้วกรอง

5. ระยะห่างจากตัวป้องกันและเปลือกป้องกันไปยังตัวป้องกันและเปลือกหุ้มฉนวนมากกว่า 500 mils สำหรับอุปกรณ์ที่มีกำลังส่งสูงหรือมีความละเอียดอ่อนเป็นพิเศษ (เช่น คริสตัลออสซิลเลเตอร์ คริสตัล ฯลฯ)

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. เมื่อเลเยอร์สัญญาณสองชั้นอยู่ติดกันโดยตรง จะต้องกำหนดกฎการเดินสายในแนวตั้ง

2. ชั้นพลังงานหลักอยู่ติดกับชั้นกราวด์ที่สอดคล้องกันมากที่สุด และชั้นพลังงานเป็นไปตามกฎ 20H

3. Each wiring layer has a complete reference plane.

4. แผงหลายชั้นเคลือบด้วยลามิเนต และวัสดุแกนกลาง (CORE) มีความสมมาตรเพื่อป้องกันการบิดเบี้ยวที่เกิดจากการกระจายความหนาแน่นของผิวทองแดงที่ไม่สม่ำเสมอและความหนาอสมมาตรของสื่อ

5. ความหนาของบอร์ดไม่ควรเกิน 4.5 มม. สำหรับผู้ที่มีความหนามากกว่า 2.5 มม. (แบ็คเพลนมากกว่า 3 มม.) ช่างควรยืนยันว่าไม่มีปัญหากับการประมวลผล การประกอบ และอุปกรณ์ PCB และความหนาของบอร์ดการ์ดพีซีคือ 1.6 มม.

6. เมื่ออัตราส่วนความหนาต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นผ่านมากกว่า 10:1 จะได้รับการยืนยันจากผู้ผลิต PCB

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

8. การประมวลผลกำลังและพื้นดินของส่วนประกอบหลักเป็นไปตามข้อกำหนด

9. เมื่อจำเป็นต้องมีการควบคุมอิมพีแดนซ์ พารามิเตอร์การตั้งค่าเลเยอร์จะเป็นไปตามข้อกำหนด

Six, power module requirements

1. เลย์เอาต์ของส่วนจ่ายไฟช่วยให้มั่นใจได้ว่าสายอินพุตและเอาต์พุตเรียบและไม่ตัดกัน

2. เมื่อบอร์ดเดี่ยวจ่ายไฟให้กับบอร์ดย่อย ให้วางวงจรตัวกรองที่เกี่ยวข้องไว้ใกล้กับปลั๊กไฟของบอร์ดเดี่ยวและช่องจ่ายไฟของบอร์ดย่อย

เซเว่น ข้อกำหนดอื่นๆ

1. เลย์เอาต์คำนึงถึงความเรียบโดยรวมของการเดินสาย และการไหลของข้อมูลหลักก็สมเหตุสมผล

2. ปรับการกำหนดพินของการยกเว้น, FPGA, EPLD, ไดรเวอร์บัส และอุปกรณ์อื่นๆ ตามผลลัพธ์ของเลย์เอาต์เพื่อปรับเลย์เอาต์ให้เหมาะสม

3. เค้าโครงคำนึงถึงการเพิ่มพื้นที่ที่เหมาะสมในการเดินสายไฟที่หนาแน่นเพื่อหลีกเลี่ยงสถานการณ์ที่ไม่สามารถกำหนดเส้นทางได้

4. หากมีการใช้วัสดุพิเศษ อุปกรณ์พิเศษ (เช่น 0.5mmBGA เป็นต้น) และกระบวนการพิเศษ ระยะเวลาในการส่งมอบและความสามารถในการดำเนินการจะได้รับการพิจารณาอย่างเต็มที่ และยืนยันโดยผู้ผลิต PCB และบุคลากรในกระบวนการผลิต

5. ยืนยันความสัมพันธ์ที่สอดคล้องกันของพินของขั้วต่อเป้าเสื้อกางเกงเพื่อป้องกันไม่ให้ทิศทางและทิศทางของขั้วต่อเป้าเสื้อกางเกงถูกย้อนกลับ

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. หลังจากเค้าโครงเสร็จสิ้น ได้มีการจัดเตรียมแบบร่างการประกอบแบบ 1:1 สำหรับบุคลากรของโครงการเพื่อตรวจสอบว่าการเลือกแพ็คเกจอุปกรณ์นั้นถูกต้องกับเอนทิตีอุปกรณ์หรือไม่

9. เมื่อเปิดหน้าต่าง ระนาบด้านในได้รับการพิจารณาให้หดกลับ และได้กำหนดพื้นที่ห้ามเดินสายไฟที่เหมาะสม