Índice
O que é o layout de PCB e sua importância?
Se quiser garantir a confiabilidade dos produtos de PCB, você deve primeiro fazer as três coisas a seguir
- O que é PCB?
- Por que o layout de PCB?
- Layout de PCB: Como garantir a confiabilidade？
1. O que é o PCB?
PCB é o principal suporte dos produtos eletrônicos modernos, que conecta vários componentes eletrônicos por meio do alinhamento preciso da folha de cobre para realizar a função de projeto do circuito e fornecer suporte mecânico.
Símbolos e terminologia de componentes eletrônicos
Abreviações padronizadas para componentes eletrônicos
- RES: Resistor
- CAP: Capacitor
- IND: Indutor
- LED: Diodo emissor de luz
- ICCircuito integrado
Terminologia eletrônica de PCB
- Tensão (V): Diferença de potencial, medida em volts
- Corrente (I): Fluxo de elétrons, medido em amperes
- Resistência (R): Capacidade de impedir a corrente, medida em ohms
- Lei de Ohm’: V = I×R
- Leis de Kirchhoff’: Incluindo a lei da corrente (KCL) e a lei da tensão (KVL)
Estrutura da camada de PCB e seleção de materiais
Tipos comuns de estrutura de camada de PCB:
- Placas de um lado: Custo mais baixo, adequado para circuitos simples
- Placas de dupla face: Traços em ambos os lados conectados através de vias
- Placas multicamadas (4-12 camadas): Preferível para circuitos complexos com planos dedicados de alimentação e aterramento
Materiais de substrato comuns:
- FR-4: Laminado epóxi reforçado com vidro, mais comumente usado
- Materiais de alta frequência, Como o Rogers RO4003C para circuitos de RF
- Materiais flexíveis: Poliimida para circuitos flexíveis
2. Por que o layout da placa de circuito impresso?
O layout de PCB refere-se ao diagrama esquemático no processo real de design da placa de circuito, incluindo a colocação de componentes, o planejamento do alinhamento, a conexão entre camadas e outras etapas importantes.Um excelente layout de PCB não só garante que o circuito funcione corretamente, mas também melhora significativamente a compatibilidade eletromagnética (EMC), o desempenho térmico e a confiabilidade de longo prazo do produto.
De acordo com as estatísticas, cerca de 70% das falhas de produtos eletrônicos são causadas por Projeto de PCB problemas, em vez de defeitos nos próprios componentes. Portanto, dominar as habilidades profissionais de layout de PCB é fundamental para os engenheiros eletrônicos.
Entenda claramente Depois de entender claramente os dois pontos acima, vamos explorar principalmente o terceiro ponto hoje.Para garantir a confiabilidade da placa de circuito impresso, o que deve ser feito?
PCB layout： How to ensure reliability？
Princípios e técnicas fundamentais de layout de PCB
Padrões de colocação de componentes
- Princípio do espaçamento mínimo:
- ≥2mm distance between components and board edge (5mm recommended)
- Espaçamento entre componentes de alta tensão: Adicione pelo menos 1 mm por 1000 V
- Particionamento funcional:
- Separação rigorosa de circuitos digitais/analógicos
- Áreas dedicadas para circuitos de alta frequência
- Arrangement following signal flow (input → processing → output)
- Consistência da orientação:
- Todos os componentes devem manter a mesma orientação (horizontal ou vertical)
- Marcações claras de polaridade para componentes polarizados
- Considerações sobre a soldagem:
- Espaçamento de componentes de solda por onda: 50- 100 mil (1,27-2,54 mm)
- A solda por refluxo permite um espaçamento um pouco menor
Fundamentos do projeto do plano de terra e de potência
A integridade da energia afeta diretamente a estabilidade do sistema. Projetos excelentes devem:
- Estratégia de camadas:
- Camadas dedicadas de alimentação e aterramento em placas multicamadas
- Planos de potência/terra adjacentes formando capacitância natural
- Especificações de rastreamento:
- Largura do traço de aterramento > traço de potência > traço de sinal
- Traços de potência crítica usando topologias em "estrela" ou "grade
- Posicionamento do capacitor de desacoplamento:
- 0.1μF capacitor near each power pin
- One 10μF bulk capacitor per 5-10 ICs
- Os capacitores são colocados o mais próximo possível dos pinos de alimentação
- Técnicas de aterramento:
- Conexão de ponto único para aterramento digital/analógico
- Aterramento multiponto para circuitos de alta frequência
- Evitar loops de terra
Gerenciamento da integridade do sinal
- Roteamento prioritário:
- Encaminhe os relógios e os pares diferenciais de alta velocidade primeiro
- Manter o roteamento simétrico e de comprimento igual
- Regra 3W:
- Center-to-center spacing ≥3×trace width
- Reduz a diafonia
- Controle de impedância:
- Calcular a impedância característica para sinais de alta velocidade
- Mantém a impedância consistente em pares diferenciais
- Via otimização:
- Minimizar vias em sinais de alta velocidade
- Use vias cegas/enterradas quando necessário
Técnicas práticas de projeto de EMC/EMI
Controle dos três elementos da EMI’
- Supressão de fontes de ruído:
- Circuitos de relógio blindados
- Use π-filters for switching power supplies
- Adicionar pequenos resistores em série a dispositivos de comutação rápida
- Bloqueio do caminho de acoplamento:
- Mantenha os sinais sensíveis longe de fontes de ruído
- Use traços de proteção para sinais críticos
- Aumentar a distância entre camadas
- Proteção de circuitos sensíveis:
- Separe os circuitos analógicos das áreas digitais
- Vazamento local de cobre para circuitos de alta frequência
- Implementar bobinas de modo comum
Métodos de implementação
- Estratégia de empilhamento:
- Pilha típica de 4 camadas: Sinal-Terra-Potência-Sinal
- As placas de 6 camadas podem adicionar camadas de roteamento dedicadas
- Técnicas de filtragem:
- Capacitores eletrolíticos em massa nas entradas de energia
- Capacitores de desacoplamento de cerâmica nos pinos de alimentação do CI
- π-type or T-type filters for signal lines
- Medidas de blindagem:
- Cobre aterrado localmente derramado em áreas sensíveis
- Protetores de metal quando necessário
- Contas de ferrite nas portas do cabo
Problemas e soluções comuns de layout de PCB
Problema 1: Como resolver a reflexão de sinal em circuitos de alta velocidade?
Soluções:
- Implemente a correspondência de impedância: terminação em série da fonte ou em paralelo final
- Aplicar estratégias de terminação apropriadas: Paralela, Thevenin, etc.
- Controle o comprimento do traço:Mantenha os traços de alta velocidade curtos e retos
- Avoid sharp angles: Use 45° or curved corners
Problema 2: Como otimizar a rede de distribuição de energia (PDN) em placas multicamadas?
Soluções:
- Projetar planos de potência de baixa impedância
- Combinações adequadas de capacitores de desacoplamento (valores grandes + pequenos)
- Usar ferramentas de análise de integridade de energia para simulação
- Adicione planos de energia locais próximos a CIs críticos
- Manter um acoplamento firme entre os planos de alimentação e de aterramento
Problema 3: Como reduzir efetivamente a interferência de circuitos digitais em circuitos analógicos?
Soluções:
- Separação física: Manter um espaçamento de pelo menos 5 mm
- Particionamento do plano de aterramento:Conexão de ponto único para aterramento digital/analógico
- Fonte de alimentação independente:Use LDOs para seções analógicas
- Isolamento de sinais:Optoacopladores ou acopladores magnéticos para sinais digitais para analógicos
- Otimização do layout:Coloque os circuitos analógicos próximos às bordas da placa para reduzir os caminhos de interferência
Resumo
Um excelente layout de PCB é a base da qualidade dos produtos eletrônicos.Seguindo os princípios e as dicas abaixo, você pode melhorar significativamente o sucesso de seu projeto:
- Planeje primeiro: Particionamento funcional completo e projeto de empilhamento antes de começar
- Prioridade de energia: Dedicar esforços suficientes para otimizar a distribuição de energia
- Foco do sinal: Encaminhe os sinais críticos primeiro para garantir a integridade
- Projeto EMC: Controle a EMI na fonte em vez de corrigi-la posteriormente
- Teste de verificação: Usar verificações de DRC e as simulações necessárias para validar os projetos
PT 
EN 
AR 
DE