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电子互连设计注意事项:利用可信设计原则优化PCB互连

发布人:电子资料库 时间:2023-02-04 来源:工程师 发布文章

设计一个高效且有效地达到目标规格的印刷电路板(PCB)是一个挑战,需要密切关注大量细节。

挑战升级指数当您设计一个产品时,需要使用多个电路板通过电子互连. 当你试图在一个多电路板组件中容纳所有变量时,你可能会想扯掉你的头发可靠的提示和注意事项这可以使整个过程更加顺利,也不会让人感到紧张。

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通过刚挠PCB互连连接

多板解决方案示例

虽然就功能而言,多电路板解决方案可能不是最佳方法,但有一些原因说明您必须使用这种方法。

它可以是简单的事情,如适应严格的外形或者需要轻松隔离电源或敏感信号. 您可能会被指控使用“现成”板与特定组件或自定义板(如LCD显示器)进行对话。堆叠电路板的其他原因可能包括为将来的扩展而设计(比如普通的Arduino shields),有多种设计配置(可能是基本版本和高级版本),或者只是使您的设计模块化(一种混合和匹配)。

可以部署一个单独的板来处理特定于跟踪的应用程序中的特定任务,例如用于电容触摸、感应充电或自定义电阻的跟踪路由。

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堆积的PCB

不管是什么原因,记住一些最佳实践专注于细节将帮助你以最小的难度实现你的产品目标。

例如,当多个电路板需要相互通信时,管脚数会增加,元件密度(这可能会导致信号完整性问题)增加测试时间,从而制造出更复杂的产品。成品的生命周期耐久性也会受到连接板数量增加的影响。

道路上会有一些坎坷,但如果你坚持一个好的计划,并采用合理的原则来减少常见的陷阱和风险,最终的印刷电路板、PCB互连和应用程序将反映出同样的质量准备水平。

与经验丰富的PCB制造对于复杂的项目来说,装配供应商的工程师们在准备制造和组装电子互连时,他们已经与多个布局一起工作并修改了这些布局。

稳健互连的基本设计考虑

把一个好的印刷电路板计划写在纸上,首先要有一个正确的整体产品目标、市场/客户洞察力和目标规格. 从这个起点开始,您可以开始设计电路板和其他需要协同工作的组件。

这通常发生在你喜欢的地方PCB设计软件. 有很多可用的工具,但是你应该使用一个善于组合的工具 设计PCBA使用三维可视化容纳PCB堆叠,如Altium Designer或Cadence的PCB布局工具

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使用设计软件时,请简化视图以查看板之间的拆分平面和返回路径。如果数字信号必须穿过功率基准面上的一个裂缝,则使用一个或两个平面去耦电容器(100nF)关闭有问题的信号。

另一个经验法则是避免并行和横向路由跟踪,因为它们会导致大量PCB串扰而不是那些垂直排列的。由于这些痕迹比它们厚得多,所以当它们相互重叠时会吸收更多的辐射。

将它们设计成垂直的,可以减少从一个轨迹到另一个轨迹的整体耦合。

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并行路由跟踪–糟糕的设计实践

上面的并行跟踪设计示例是一个糟糕的实践。

然而,宽边跟踪设计有时是故意的,并计算到他们的PCB设计中。如果您没有这种设计经验,我们强烈建议您使用这种设计。下图是一个故意的侧面设计

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横向路由跟踪

遵循PCB设计流程

PCB设计的进一步开发应遵循从最终原理图开始的工作流程,并遵循以下步骤:

  • 制定零件清单

  • 在设计软件中为每个元件的放置创建PCB布局

  • 定义组件的布线

  • 确定如何测试以验证性能是否符合规范

  • 制定制造计划和程序

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用于连接到另一个PCB的扩展头示例
形象学分:树莓派基金会 )

板堆叠注意事项

连接多个电路板的一种常见方法是将多个电路板堆叠在一起,用连接器将电路板分开。在设计要堆叠的电路板时,需要仔细规划基板,以减少阻抗不连续、信号耦合和过多的电磁辐射。

所有信号层应与不间断基准面相邻并紧密耦合。

紧密耦合的平面降低了顶端的交流阻抗,并显著降低了电磁辐射。通过在飞机之间传输高速信号,进一步减少了辐射。

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堆叠电路板–互连的公/母连接器在红色框中突出显示

PCB测试前的思考

在整个设计工作流程中,一定要考虑如何将测试集成到整个产品生产计划中。连接的电路板将需要额外和更复杂的测试,以确保信号强度和其他操作规范得到满足。在设计过程中融入这一点要比完成后返回要容易得多。

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飞行探针试验

测试中需要解决哪些参数?

一般来说,应测试对噪声敏感的任何高速信号或轨迹. 一些例子包括串行接口(SPI、I2C、UART等)、模拟信号(如预放大的传感器测量值)、音频信号和可能会出现电压降的高功率记录道,具体取决于电流的流动量以及迹线和连接器插脚上是否有足够的铜。

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裸板ATG飞针试验

牢记制造和服务

在设计阶段考虑制造过程对未来可重复建设以及在发生故障时如何维修产品。

为制造而设计通常意味着将测试点纳入总体设计。测试点通常放置在电路板的边缘,以便于将探头连接到电路以评估电压。

根据您的设计,您可能需要一个简单的裸板测试或更复杂的功能测试,而电路板通电。董事会办公室可以有飞行探测器和编程与您的测试点垫的位置。

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裸印制电路板的微裂纹飞针试验

为将来的可维护性而设计是一个重要的考虑因素,因为您可能需要在产品使用后进行故障排除或维修,可能会损坏或以其他方式失去功能。

重要的是要设计一种机制,以便在板连接时探测整个组件,例如在多个板之间使用软电缆。电缆束取代了直插式刚性连接,您可以翻转电路板,在通电的情况下更容易接近探头。

有效高速互连设计

高速设计的互连性,如通信接口的时钟信号和触发器,需要特别考虑以确保系统性能,尤其是在低功耗环境中。除其他因素外,需要采取措施减少串扰和过量噪声的产生。

阻抗匹配也很重要,因为它可以最大限度地提高功率传输,并在高速下最小化信号反射。在高速下,从低阻抗源传输到高阻抗源的信号将使其相位前后翻转180度,而不必对每一端进行适当的端接。

这里有个提示:对于高速SPI通信,您需要考虑在连接到外部板之前添加串联电阻或缓冲器。您使用的电阻直接与您的PCB跟踪阻抗有关。使用太少会消耗大量电流。使用过多的电阻对改善信号传输几乎没有影响。

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非车载连接前的串联电阻器

对于高速信号,连接器上每隔一个插脚之间有一个接地是有帮助的(例如,插脚1=电源,插脚3=触发器1,插脚5=触发器2,插脚7=触发器3,插脚2、4、6和8都是接地)。这有助于减少电感耦合和串扰。

这是一些可靠的提示和注意事项当设计多氯联苯的有效互连时。首先,请记住产品目标和市场。从好开始设计软件,通过工作流程在你的第一块板子被旋转之前,你需要考虑关键的设计、测试、制造和服务。

为什么指定正确的组件至关重要

当你研究不同的元件时,你可以采取多种方法来组装你的电路板。当然,互联网有着丰富的信息,但在试图通过营销术语进行斗争时,它可能会势不可挡。

与制造商代表会面是了解新产品的好方法,但是,同样,你遇到的是一个销售人员,他最终试图让你购买产品。但是,制造商愿意分享专业知识并为您提供对行业标准的洞察,过去的经验和样本可以是一个伟大的资源


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关键词: 电子 设计

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