Сложность разводки печатных плат

В современных условиях проектирования именно дизайнер должен быть мастером разводки платы, так же как инженер - мастером схемотехники. Один из способов, с помощью которого дизайнер платы может продемонстрировать свое мастерство, - это качественные методы размещения и маршрутизации, полученные в результате чтения и понимания технических паспортов и инструкций по применению производителя.

Меняющаяся роль дизайнера

В прошлом разработчики использовали листы данных для получения информации о затворах и площадях и мало что еще, редко читая примечания к приложениям. Они полагались на инженеров, которые объясняли компоненты и/или схему и обращали внимание на критичность размещения или маршрутизации.

Но сегодня роль дизайнера становится все более важной из-за возрастающей сложности сигналов, структуры слоев, меняющихся материалов плат и множества производственных проблем. Дизайнеры должны знать, как сигналы могут реагировать на конкретной плате и как ими управлять. Они должны понимать, как один, казалось бы, незначительный вопрос может повлиять на другие вопросы проектирования на плате - все то, что схемотехник может не знать или не понимать в полной мере.

Эволюция информации о производителе

Информация о производителях меняется так же, как меняются потребности дизайнеров. Сегодня в них включается информация, которая была не нужна или недоступна всего несколько лет назад. Эта информация включает в себя время нарастания и спада сигнала, информацию об источнике и нагрузке контактов, импеданс сопротивление в электричестве, мера в омах степени, в которой электрическая цепь сопротивляется протеканию электрического тока, когда напряжение подается на ее выводы, проблемы, понимание размещения, вопросы RoHS, информация о сборке и многое другое.

Знание времени нарастания и спада компонентов сейчас гораздо важнее, потому что время сигнала намного быстрее, и для правильной маршрутизации сигналов требуется гораздо больше знаний и усилий при проектировании. Мы не можем полагаться на тактовую частоту, чтобы сказать нам то, что мы должны знать. На любом занятии по высокоскоростному проектированию вам объяснят, почему управление необходимо даже на плате с низкой тактовой частотой. К сожалению, эта информация не всегда указывается в спецификациях производителя или в примечаниях к приложениям, хотя это было бы первым местом, где ее следует искать.

Важность назначения выводов и прокладки сигналов

Как проектировщик может разместить компоненты, если он не знает, от какого компонента может исходить сигнал? Как проложить маршрут на плате, если не известно, требует ли сигнал критических методов маршрутизации или заглушки?

Заглушки используются для различных целей. Например, заглушка может быть установлена на клиентской машине, а ее аналог - на сервере, где обеим требуется разрешить какой-то протокол, удаленное управление длиной процедуры на своей конкретной плате. Назначение выводов, указанное в спецификациях, должно быть включено в библиотечные детали и определено как источник или нагрузка (выход или вход), а также определена функция сигнала как шины, тактового генератора, разрешения, чтения/записи и т. д.

Это дает доступ к информации, необходимой в процессе разводки и ECO. "Медленные" платы более снисходительны к плохим методам размещения и маршрутизации, но, поскольку все производимые детали становятся все быстрее, целесообразно проектировать платы с учетом этих соображений, даже если сегодня они неактуальны, поскольку при последующем ремонте платы неизбежно будут использоваться более быстрые детали.

Характеристики импеданса и согласование длины шины

В спецификациях производителя иногда указываются характеристики импеданса, необходимые для шины или сигналов. Эта информация чрезвычайно важна для целостности сигнала, поэтому ее следует соблюдать и как можно точнее учитывать при проектировании платы. Метод, используемый для получения этого импеданса, менее важен, чем то, что требование должно быть выполнено.

Поэтому, если в информации производителя указана определенная ширина, толщина, расстояние между трассами и т. д., следует определить, можно ли реализовать эти требования на плате. Часто это не так, и разработчику придется рассчитывать, как обеспечить требуемый импеданс с помощью других методов.

Информация о согласовании длины шины также может быть включена в примечания к приложению. Допустимый перекос длины (или разница во времени поступления сигналов) определяется принимающей частью шины и обычно составляет от 20 до 60 пс, что соответствует примерно 0,100-0,300 дюйма.

Поэтому, опять же, следует внимательно изучить информацию в техническом паспорте на предмет точности, если в нем указан произвольно высокий допуск +/- .050 дюйма. Проектировщики должны предпочитать информацию, выраженную во времени, а не в длине, поскольку сигналы проходят быстрее по внешним слоям платы, чем по внутренним.

Соображения по размещению и маршрутизации

Размещение и маршрутизация деталей, основанные исключительно на информации, предоставленной производителем, вызывают некоторые споры, но все же заслуживают внимания. Хотя информация может не учитывать все специфические проблемы конкретной платы, проектировщик должен прочитать и понять технические данные производителя, чтобы понять требования к детали. Если информация не кажется достоверной для конкретной конструкции, следует обсудить ее с разработчиком схемы, производителем или специалистами по тестированию и ремонту.

Включение новых вопросов производства

Разработчик также должен включить новые производственные вопросы, включая информацию о соответствии RoHS, в компоновку деталей и платы. Эти вопросы могут включать, в частности, тип или размер требуемой паяльной маски, тип паяльной пасты или толщину трафарета, давление прижима, размер и форму отверстия для пасты, спецификации ступенчатых трафаретов, информацию об очистке, термические циклы, а также информацию о пайке волной и пайке оплавлением.

Заключение

Дизайнеры должны читать и учиться учитывать технические данные и сопутствующие требования к проектированию, чтобы стать мастерами разводки плат, необходимыми сегодня. Независимо от того, является ли новый дизайн сложным, широко открытым, медленным или быстрым, целостность сигнала и электромагнитные помехи (RFI) от микросхем и других электронных устройств. Допустимые пределы регулируются FCC. (и, следовательно, производительность платы) могут зависеть от размещения компонентов и прокладки трасс. Крайне важно, чтобы разработчик понимал информацию, предоставленную производителем, и учитывал все применимые данные при разводке платы.