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.

Bài viết này trước tiên giới thiệu các quy tắc và kỹ thuật thiết kế bố trí PCB, sau đó giải thích cách thiết kế và kiểm tra bố trí PCB, từ yêu cầu DFM của bố trí, yêu cầu thiết kế nhiệt, yêu cầu toàn vẹn tín hiệu, yêu cầu EMC, cài đặt lớp và yêu cầu phân chia mặt đất, và mô-đun nguồn. Các yêu cầu và các khía cạnh khác sẽ được phân tích chi tiết, cùng theo dõi tòa soạn để tìm hiểu chi tiết.

Quy tắc thiết kế bố cục PCB

1. Trong trường hợp bình thường, tất cả các thành phần nên được bố trí trên cùng một bề mặt của bảng mạch. Chỉ khi các thành phần cấp cao nhất quá dày đặc, mới có thể lắp đặt một số thiết bị có chiều cao hạn chế và sinh nhiệt thấp, chẳng hạn như điện trở chip, tụ chip và tụ chip. IC chip, vv được đặt ở lớp dưới.

2. Để đảm bảo hiệu suất điện, các bộ phận cần được đặt trên lưới điện và sắp xếp song song hoặc vuông góc với nhau sao cho gọn gàng, đẹp mắt. Trong trường hợp bình thường, các thành phần không được phép chồng chéo lên nhau; sự sắp xếp của các thành phần phải gọn gàng, và các thành phần nên được sắp xếp trên toàn bộ bố cục. Sự phân bố đồng đều và dày đặc.

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

4. Khoảng cách từ mép của bảng mạch nói chung không nhỏ hơn 2MM. Hình dạng tốt nhất của bảng mạch là hình chữ nhật và tỷ lệ khung hình là 3: 2 hoặc 4: 3. Khi kích thước của bảng mạch lớn hơn 200MM x 150MM, hãy xem xét bảng mạch có thể chịu được độ bền cơ học là bao nhiêu.

PCB layout design skills

Trong thiết kế bố trí của PCB, các đơn vị của bảng mạch phải được phân tích và thiết kế bố trí phải dựa trên chức năng khởi động. Khi bố trí tất cả các thành phần của mạch, cần đáp ứng các nguyên tắc sau:

1. Sắp xếp vị trí của từng khối mạch chức năng theo dòng mạch, bố trí sao cho thuận tiện cho việc lưu thông tín hiệu, và tín hiệu được giữ theo hướng càng tốt [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. Đối với các mạch hoạt động ở tần số cao, các thông số phân phối giữa các thành phần phải được xem xét. Trong mạch điện nói chung, các linh kiện nên được sắp xếp song song càng nhiều càng tốt, như vậy không chỉ đẹp mà còn dễ lắp đặt và dễ sản xuất hàng loạt.

Cách thiết kế và kiểm tra bố cục PCB

1. DFM requirements for layout

1. Lộ trình quy trình tối ưu đã được xác định và tất cả các thiết bị đã được đặt trên bảng.

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. Vị trí của công tắc quay số, thiết bị reset, đèn báo,… phù hợp, thanh điều khiển không gây nhiễu cho các thiết bị xung quanh.

5. Khung ngoài của ván có radian nhẵn là 197mil, hoặc thiết kế theo bản vẽ kích thước kết cấu.

6. Bảng thông thường có các cạnh xử lý 200mil; các cạnh bên trái và bên phải của bảng nối đa năng có các cạnh quy trình lớn hơn 400 triệu và các cạnh trên và dưới có các cạnh quy trình lớn hơn 680 triệu. Vị trí đặt thiết bị không xung đột với vị trí mở cửa sổ.

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. Cao độ chân thiết bị, hướng thiết bị, cao độ thiết bị, thư viện thiết bị, v.v. đã được xử lý bằng phương pháp hàn sóng có tính đến các yêu cầu của hàn sóng.

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. Các bộ phận uốn nếp có khoảng cách bề mặt linh kiện lớn hơn 120 mils và không có thiết bị nào trong vùng xuyên qua của các bộ phận gấp mép trên bề mặt hàn.

11. Không có thiết bị ngắn giữa các thiết bị cao và không có thiết bị vá và thiết bị xen giữa ngắn và nhỏ được đặt trong vòng 5mm giữa các thiết bị có chiều cao lớn hơn 10mm.

12. Các thiết bị phân cực có logo màn hình lụa phân cực. Hướng X và Y của cùng một loại linh kiện plug-in phân cực giống nhau.

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

14. Có 3 con trỏ định vị trên bề mặt chứa thiết bị SMD, được đặt theo hình chữ “L”. Khoảng cách giữa tâm của con trỏ định vị và cạnh của bảng lớn hơn 240 mils.

15. Nếu bạn cần thực hiện xử lý nội trú, bố trí được xem xét để tạo điều kiện thuận lợi cho việc xử lý và lắp ráp nội trú và PCB.

16. Các cạnh bị sứt mẻ (các cạnh không bình thường) cần được lấp đầy bằng phương pháp phay rãnh và lỗ dập. Lỗ đóng dấu là một khoảng trống không được tráng kim loại, thường có đường kính 40 mils và cách mép 16 mils.

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

Thứ hai, các yêu cầu thiết kế nhiệt của bố trí

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. Cách bố trí có tính đến các kênh tản nhiệt hợp lý, thông suốt.

4. Tụ điện phải được tách riêng khỏi thiết bị tỏa nhiệt cao.

5. Xem xét khả năng tản nhiệt của các thiết bị công suất lớn và các thiết bị dưới gầm gusset.

Thứ ba, các yêu cầu về tính toàn vẹn tín hiệu của bố cục

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. Tốc độ cao và tốc độ thấp, kỹ thuật số và tương tự được sắp xếp riêng biệt theo mô-đun.

5. Xác định cấu trúc tôpô của bus dựa trên kết quả phân tích và mô phỏng hoặc kinh nghiệm hiện có để đảm bảo rằng các yêu cầu hệ thống được đáp ứng.

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.

Bốn, yêu cầu 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. Để tránh nhiễu điện từ giữa thiết bị trên bề mặt hàn của bảng đơn và bảng đơn liền kề, không được đặt các thiết bị nhạy cảm và các thiết bị bức xạ mạnh trên bề mặt hàn của bảng đơn.

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. Mạch bảo vệ được đặt gần mạch giao diện, theo nguyên tắc bảo vệ trước rồi mới lọc.

5. Khoảng cách từ thân che chắn và vỏ che chắn đến thân che chắn và vỏ che chắn là hơn 500 mili giây đối với các thiết bị có công suất phát cao hoặc đặc biệt nhạy cảm (như dao động tinh thể, tinh thể, v.v.).

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. Khi hai lớp tín hiệu tiếp giáp trực tiếp với nhau, quy tắc đấu dây dọc phải được xác định.

2. Lớp nguồn chính tiếp giáp với lớp đất tương ứng của nó nhiều nhất có thể và lớp nguồn đáp ứng quy tắc 20H.

3. Each wiring layer has a complete reference plane.

4. Ván nhiều lớp được dát mỏng và vật liệu lõi (CORE) đối xứng để ngăn ngừa cong vênh do phân bố không đồng đều của mật độ da đồng và độ dày không đối xứng của vật liệu trung gian.

5. Độ dày của bảng không được vượt quá 4.5mm. Đối với những thiết bị có độ dày lớn hơn 2.5mm (bảng nối đa năng lớn hơn 3mm), các kỹ thuật viên nên xác nhận rằng không có vấn đề gì với quá trình xử lý, lắp ráp và thiết bị PCB và độ dày của bảng mạch PC là 1.6mm.

6. Khi tỷ lệ độ dày trên đường kính của đường kính lớn hơn 10: 1, nó sẽ được xác nhận bởi nhà sản xuất PCB.

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

8. Nguồn và xử lý mặt đất của các thành phần chính đáp ứng yêu cầu.

9. Khi cần kiểm soát trở kháng, các thông số cài đặt lớp đáp ứng yêu cầu.

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. Khi bảng đơn cấp nguồn cho bảng phụ, hãy đặt mạch lọc tương ứng gần ổ cắm điện của bảng đơn và đầu vào nguồn của bảng phụ.

Seven, other requirements

1. Cách bố trí có tính đến sự thông suốt tổng thể của hệ thống dây và luồng dữ liệu chính hợp lý.

2. Điều chỉnh các chỉ định chân của thiết bị loại trừ, FPGA, EPLD, trình điều khiển xe buýt và các thiết bị khác theo kết quả bố trí để tối ưu hóa bố cục.

3. Bố trí có tính đến việc tăng khoảng trống thích hợp lúc đi dây dày đặc để tránh tình trạng không định tuyến được.

4. Nếu vật liệu đặc biệt, thiết bị đặc biệt (chẳng hạn như 0.5mmBGA, v.v.) và các quy trình đặc biệt được thông qua, thì thời hạn giao hàng và khả năng xử lý đã được xem xét đầy đủ và được xác nhận bởi nhà sản xuất PCB và nhân viên quy trình.

5. Mối quan hệ tương ứng chân của đầu nối gusset đã được xác nhận để ngăn hướng và hướng của đầu nối gusset bị đảo ngược.

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. Sau khi bố trí xong, bản vẽ lắp ráp 1: 1 đã được cung cấp cho nhân viên dự án để kiểm tra xem lựa chọn gói thiết bị có đúng với thực thể thiết bị hay không.

9. Khi mở cửa sổ, mặt phẳng bên trong đã được coi là thu lại, và vùng cấm đi dây phù hợp đã được thiết lập.