Le prestazioni di una scheda PCB dipendono per il 70% dal suo layout. Lo stesso schema può portare a un funzionamento normale o a frequenti guasti con layout e routing diversi,anche direttamente influenzando la stabilitàChe siate un principiante nella progettazione di PCB o un ingegnere esperto alla ricerca di soluzioni di ottimizzazione,padroneggiare i seguenti punti chiave può risparmiare il 90% dei problemi nel processo di progettazione.

I. Preparazione del progetto: 3 passi per gettare una solida base ed evitare ripetizioni

1. Definire i vincoli di progettazione: confermare le dimensioni fisiche della scheda PCB, il numero di strati (scelta di scheda mono/doppia/multilivello), i requisiti di impedenza (ad es. segnale ad alta velocità da 50Ω,90Ω segnale differenziale), limiti di caduta di tensione della rotaia di alimentazione, norme EMC (CE/FCC, ecc.) e parametri del processo di fabbricazione (larghezza minima delle tracce, spaziatura tra le tracce, via dimensione) in anticipo.Scrivere questi vincoli nelle regole di progettazione (DRC) per evitare violazioni fin dall'inizio.

2. Revisione e ottimizzazione schematica

Prima del layout, è essenziale una seconda revisione schematica: verificare la razionalità dei percorsi di potenza, di terra e di segnale, evitando intersezioni inutili; raggruppare i moduli funzionali (come i moduli di potenza,interfacce ad alta velocità, e circuiti analogici) per fornire una base logica per la successiva pianificazione del layout; etichettare i segnali chiave (come orologio e coppie di differenziali) per un controllo focalizzato durante il layout.

3. Selezione dei componenti e conferma del pacchetto
dare la priorità ai componenti con confezioni standardizzate e un passo ragionevole (evitare confezioni con passo sottile inferiore a 0,4 mm, che aumentano la difficoltà di saldatura);confermare l'accuratezza della libreria dei pacchetti (definizioni dei pin), posizioni di serigrafia, dimensioni dei pad), in particolare per componenti di precisione quali BGA e QFP, poiché un imballaggio errato può portare direttamente a un guasto di progettazione.

II. Progettazione del layout: seguire i tre principi di "zonazione, prossimità e dissipazione del calore"

1. Disposizione funzionale della zona

Dividere il layout in sotto-regioni in base al tipo e alla funzione del segnale: area analogica (ADC/DAC, sensori), area digitale (MCU, FPGA), area di potenza (chips di potenza, induttori, condensatori),Area di interfaccia (USB), Ethernet, RF). Riserva bande di isolamento (consigliato ≥ 3 mm) tra ciascuna area per evitare che i segnali digitali interferiscano con i segnali analogici.

2. Priorizzare la disposizione dei componenti critici: posizionare i chip di alimentazione (LDO, DC-DC) vicino al carico per ridurre la lunghezza del percorso di alimentazione;posizionare induttori e condensatori vicino ai pin del chip di alimentazione per formare un circuito di filtraggio completo (evitare i layout di "flight wire").

posizionare fonti di segnale ad alta velocità (come oscillatori cristallini e chip di orologeria) vicino al ricevitore per accorciare il percorso di trasmissione e ridurre l'accoppiamento da interferenze;terra il rivestimento dell'oscillatore di cristallo e lascia intorno un'area priva di rame di ≥ 5 mm.

Tenere i componenti generatori di calore (come transistor di potenza e driver LED) lontani dai componenti sensibili (come MCU e sensori) e fornire spazio sufficiente per la dissipazione del calore;progettazione di dissipatori di calore placcati in rame, se necessario.

3- Verificare la razionalità del layout: assicurarsi che i perni dei componenti non siano ostruiti e che i segni della tela a seta siano chiaramente leggibili; assicurarsi che la distanza tra i componenti attraverso il foro sia ≥2.5 mm e la distanza tra i componenti montati in superficie è ≥0.5 mm; collocare i connettori e i componenti di interfaccia vicino al bordo del PCB per facilitare l'inserimento, la rimozione e il routing.

III. Progettazione del cablaggio: "corto, retto e liscio" come nucleo, tenendo conto dell'impedenza e dell'EMC.

1Regole di base di cablaggio: dare la priorità al routing dei segnali critici (orologio, coppie differenziali, segnali dati ad alta velocità), poi dei segnali generali;le linee di alimentazione e di terra hanno la precedenza sulle linee di segnalazione per garantire un'alimentazione stabile.

Tenere il cavo il più breve e retto possibile, evitando curve e vie inutili; se sono necessarie curve, utilizzare angoli di 45° o bordi arrotondati,evitando angoli retti di 90° (per ridurre il riflesso del segnale e le radiazioni EMC).

Corrispondenza della larghezza della traccia: selezionare la larghezza della traccia in base alla corrente (ad esempio, 1A corrisponde a 1 mm di larghezza della traccia, 0,5A a 0,5 mm, si raccomanda una larghezza della traccia del segnale pari a 0,2-0,3 mm);la larghezza della traccia del segnale differenziale e la spaziatura devono rispettare rigorosamente i requisiti di impedenza (e.per esempio, le coppie di differenziali USB 3.0 richiedono una larghezza di traccia di 0,2 mm e uno spazio di 0,4 mm).

2. Punti chiave per il routing del segnale ad alta velocità
I segnali differenziali (come HDMI, PCIe ed Ethernet) devono essere di uguale lunghezza, paralleli e strettamente accoppiati, con una differenza di lunghezza controllata entro 5 mm.

I segnali dell'orologio dovrebbero utilizzare una topologia a stella o a catena di margherita per evitare la connessione parallela diretta di carichi multipli.

I segnali ad alta velocità dovrebbero evitare di attraversare aree divise (come i piani di potenza e di terra), altrimenti disturberanno il piano di riferimento e causeranno problemi di integrità del segnale.

3. Linee guida per evitare le insidie di routing
Le linee di segnale non devono attraversare le fessure del piano di potenza o di terra.

Evitare lunghi percorsi paralleli di linee di segnale su strati diversi (per ridurre il crosstalk tra strati) L'intervallo tra le linee di segnale parallele dello stesso strato deve essere ≥ 3 volte la larghezza della linea.

I segnali critici dovrebbero idealmente non avere più di 2 vie (le vie introducono induttanza e capacità parassitaria, influenzando l'integrità del segnale).

IV. Progettazione della messa a terra: applicazione flessibile della messa a terra in un solo punto e della messa a terra in più punti

4Principi di messa a terra Il nucleo della messa a terra è quello di "ridurre l'area del circuito di messa a terra" ed evitare interferenze causate da differenze di potenziale di terra.La terra analogica e la terra digitale devono essere cablate separatamente e in ultima analisi collegate in un unico punto dell'alimentazione (e- per esempio, attraverso una resistenza da 0Ω, una perla di ferrite o una connessione diretta) è vietata la miscelazione diretta di materie analoghe e digitali.

1Diversi tipi di progettazione di messa a terra

Terreno del segnale: utilizzare "terreno stellare", collegando tutti i terreni del segnale a un punto di messa a terra comune per ridurre il crosstalk tra i segnali.

Power Ground: utilizza la messa a terra multi-punto." collegando i terminali di messa a terra dei chip di potenza e dei condensatori del filtro al piano di messa a terra più vicino per abbreviare il percorso di messa a terra e ridurre l' impedenza di messa a terra.

Terrazzo di schermatura: la messa a terra delle carcasse metalliche e dei rivestimenti di schermatura deve essere affidabile, con una resistenza di messa a terra ≤ 1Ω,evitando la formazione di "terra galleggiante" (la terra galleggiante è soggetta all'accumulo di elettricità statica), che porta a guasti EMC).

2. Tecniche di progettazione del piano di terra
Per le schede a più strati si raccomanda di utilizzare una struttura di stacking "piano di potenza + piano di terra" (ad esempio, Top - Power - GND - Bottom).Il piano di terra deve essere completamente rivestito di rame per formare un piano di riferimento a bassa impedenzaLe tavole a uno o due strati dovrebbero massimizzare l'area di arrotolamento in rame, utilizzando una "griglia di arrotolamento" o un "piano di arrotolamento di grande area"." e collegando gli strati superiori e inferiori del suolo attraverso le vie per migliorare l' efficacia della messa a terra.

V. Progettazione dell'alimentazione elettrica: filtraggio, disconnessione e regolazione della tensione sono tutti essenziali

1. Filtro e disaggregazione dell'alimentazione
Un condensatore in ceramica da 0,1 μF (condensatore di decuplo) deve essere posizionato accanto al pin di alimentazione di ciascun dispositivo attivo (MCU, chip), vicino al pin e al piano di terra,per risolvere i problemi di approvvigionamento immediatiUn condensatore elettrolitico da 10 μF + un condensatore ceramico da 0,1 μF deve essere posizionato all'ingresso di potenza per filtrare il rumore a bassa e alta frequenza.

I condensatori elettrolitici e i condensatori in ceramica devono essere posizionati rispettivamente ai terminali di ingresso e di uscita dell'alimentazione DC-DC.I terminali dell'induttore devono essere tenuti lontani da segnali sensibili per evitare interferenze magnetiche dell'accoppiamento.

2. Power Rail Routing
Le rotaie di alimentazione ad alta corrente (come le batterie e i motori) dovrebbero utilizzare tracce larghe o rivestimenti in rame per ridurre la caduta di tensione e la generazione di calore;le strisce di isolamento devono essere riservate tra più rotaie di alimentazione per evitare cortocircuitiLa segmentazione della potenza dovrebbe adottare un disegno "isola-stile" con linee di separazione chiare, e le linee di segnale non dovrebbero essere autorizzate a attraversarle.

VI. Ottimizzazione EMC: riduzione delle interferenze elettromagnetiche da parte della sorgente di configurazione

1. Disegno di schermatura
I circuiti sensibili (come i ricevitori RF e l'elaborazione dei segnali analogici) devono utilizzare coperture di schermatura metallica con una buona messa a terra;le linee di segnale ad alta velocità e di alimentazione devono mantenere una distanza sufficiente (≥ 10 mm) tra loro e le linee sensibili, o essere isolati con rame macinato.

2. Ottimizzazione del filtraggio e della messa a terra
I circuiti di interfaccia (USB, Ethernet, interfacce di alimentazione) devono utilizzare induttori in serie a modalità comune e diodi TVS paralleli per sopprimere le interferenze a modalità comune;tutte le linee di segnale delle interfacce esterne devono essere filtrate prima di essere condotte fuori dal PCB.

3. Ridurre le fonti di radiazione
Evitate lunghi cablaggi paralleli, linee di trasmissione sottermine e grandi aree di rame sospeso.Mantenete i segnali dell'orologio e dei segnali ad alta velocità il più brevi possibile e circondateli con piani di terra per formare una struttura di "linea a micro strisce", riducendo le radiazioni elettromagnetiche.

VII. Ispezione post-progettazione: tre passi chiave per garantire la fabbricabilità e l'assenza di pericoli nascosti

1Controllo delle regole della RDC
Dopo il completamento del layout, deve essere eseguito un controllo DRC, concentrandosi sul fatto che la larghezza della traccia, la spaziatura traccia, la dimensione, la spaziatura dei componenti, la corrispondenza di impedenza, ecc.,rispettare le regole di progettazione per garantire l'assenza di violazioni.

2. Integrità del segnale e simulazione EMC
Per i PCB ad alta velocità (ad esempio segnali ≥100 MHz), si raccomanda la simulazione dell'integrità del segnale (SI) per verificare riflessi, crosstalk, problemi di tempistica, ecc. I prodotti complessi richiedono una simulazione EMC (ad esempio,emissioni irradiate, scarica elettrostatica) per individuare e risolvere tempestivamente i problemi di interferenza.

3Controllo della fabbricabilità (DFM)
Dimensione del visuale: vias perforanti ≥ 0,8 mm, vias di montaggio superficiale ≥ 0,3 mm, evitando vias eccessivamente piccole che causano difficoltà di perforazione.

Maschera di saldatura e vetrina: le aperture della maschera di saldatura devono coprire i tamponi per evitare l'esposizione del rame; la vetrina di saldatura non deve oscurare i tamponi o i vias e i caratteri devono essere chiaramente leggibili.

Progettazione del pannello: se è necessaria la pannellazione, si riservano le fessure in V o i fori di timbro e si lascia un bordo di processo di ≥ 3 mm ai bordi del pannello per una facile produzione SMT.