Guide de conception de circuits imprimés pour votre prochain projet électronique

Une carte de circuit imprimé (PCB) sert de plateforme pour la connexion des composants électroniques. Les concepteurs sont tenus de respecter les normes DFM et IPC pour la conception des circuits afin d'améliorer les performances opérationnelles du circuit imprimé. Néanmoins, la conception d'un circuit imprimé est une tâche complexe qui exige des connaissances approfondies. Dans ce tutoriel, FS Technologies vise à fournir des informations essentielles sur la conception d'un circuit imprimé. conseils et règles pour la conception de circuits imprimés qui sont essentiels pour garantir la fonctionnalité et la fiabilité du produit final pour votre projet à venir.

Lignes directrices pour l'agencement des circuits imprimés

Masque de soudure bleu PCB bare board

L'agencement du circuit imprimé est un aspect essentiel du processus de conception des circuits, car il détermine la taille, la forme et la disposition des composants, ainsi que les pistes de cuivre qui les relient. Elle implique également le placement des viasles connecteurs et les autres composants mécaniques nécessaires à l'exécution des tâches de l'entreprise Assemblage de PCB et le montage sur carte. Une conception efficace de l'agencement doit permettre d'atténuer les problèmes tels que le bruit du signal, la diaphonie et les interférences électromagnétiques. En règle générale, il est recommandé de garder les traces hautes courtes et directes et d'éloigner toutes les traces des composants bruyants tels que les blocs d'alimentation et les moteurs. Dans ce tutoriel, nous examinerons ces questions plus en détail.

Signal Bruit

  • Raccourcir les chemins de câblage : Le flux de courant dans un circuit dépend du câblage. Des fils trop longs peuvent augmenter la résistance du circuit, réduire la vitesse de transmission du signal et diminuer la qualité du signal.
  • Séparer les signaux numériques et analogiques : Les signaux numériques contiennent des composantes à haute fréquence et des interférences. Lorsque des signaux numériques et analogiques sont disposés ensemble, le signal analogique peut être perturbé. Il est recommandé de séparer les fils de terre de ces signaux pour éviter les interférences de retour.
  • Plan de masse : Cela implique la séparation délibérée des couches de terre en zones distinctes afin d'assurer des connexions de terre adéquates entre les régions. La séparation des zones de masse peut améliorer les performances thermiques et réduire les interférences de signaux, ce qui est essentiel pour maintenir les températures de fonctionnement normales des composants.
  • Prévenir les interférences : Outre le câblage et la planification, l'utilisation de composants tels que des filtres, des condensateurs et des inductances permet d'éviter les interférences mutuelles entre les signaux. Ces composants peuvent réduire le rayonnement électromagnétique et la susceptibilité électromagnétique dans le circuit. Si nécessaire, FS Technology peut fournir des services complets en matière de circuits imprimés, notamment approvisionnement en composants. Nous nous approvisionnons en composants de haute qualité auprès de fabricants certifiés pour votre projet PCBA.
  • Disposition équilibrée : Il s'agit d'une technique qui repose sur une disposition plus raisonnable entre les composants et les lignes de signaux afin d'améliorer les performances du circuit. Les facteurs à prendre en compte sont la distribution de l'énergie, les broches de signal, la planification de la mise à la terre, la capacité de l'alimentation et l'adaptation de l'impédance.

Diaphonie

  • Séparation des lignes de signalisation à grande et à petite vitesse : Les signaux à grande vitesse changent plus rapidement, mais ils présentent également certains inconvénients tels que la diaphonie électromagnétique, qui peut affecter la stabilité et la fiabilité des lignes de signaux à faible vitesse en raison de la fréquence. Par conséquent, la distribution efficace des fils d'alimentation et de terre peut réduire la probabilité de diaphonie mutuelle.
  • Aménagement raisonnable du territoire : Une bonne planification de la mise à la terre permet de s'assurer que tous les dispositifs de la carte sont effectivement mis à la terre. Les règles suivantes doivent être respectées : minimiser les boucles de masse, maintenir des plans de masse, éviter les lignes de masse fines et longues, et utiliser une grande zone de masse.
  • Utiliser un blindage : Si la diaphonie est inévitable lors de la conception, le blindage est une bonne solution. Il consiste en des matériaux métalliques placés autour de la ligne de signal qui doit être protégée des interférences. Il permet d'isoler efficacement la ligne de signal et de réduire les interférences dues aux rayonnements électromagnétiques.
  • Couches de PCB appropriées : Bien que l'ajout de couches supplémentaires augmente les coûts, il s'agit d'une solution efficace. PCB multicouche fournissent plus de couches de signaux, et l'espace entre les couches peut augmenter la surface, réduisant ainsi les problèmes de diaphonie.

Interférences électromagnétiques

  • Disposition hiérarchique : Pour les applications haut de gamme qui nécessitent un grand nombre de lignes sur la carte, la complexité et le croisement des lignes peuvent entraîner des interférences électromagnétiques. PCB haute fréquence est couramment utilisé dans ces applications, et une disposition en couches ou une technologie de contrôle de l'impédance du circuit imprimé peut contribuer à réduire les problèmes tels que la distorsion et la gigue du signal.
  • Matériau de substrat approprié : Les différents matériaux de substrat ont des effets différents sur les performances des circuits imprimés, c'est pourquoi il est important de comprendre les caractéristiques des différents matériaux de substrat. types de PCB avant de commencer le processus de conception. Par exemple, des matériaux comme la fibre de verre et le polyimide peuvent contribuer à réduire les interférences électromagnétiques.
  • Simulation et analyse : La simulation et l'analyse des circuits avant la conception peuvent aider les concepteurs à comprendre le principe de fonctionnement et les performances du circuit, ainsi qu'à prévoir et à optimiser ses performances anti-interférences. Des outils tels que le simulateur SPICE peuvent effectuer des calculs numériques précis et des simulations du circuit, aidant les concepteurs à évaluer ses performances et à déterminer les paramètres des composants. Les simulateurs de champs électromagnétiques peuvent simuler la propagation et l'interférence des champs électromagnétiques, ce qui facilite l'analyse et la résolution des problèmes d'interférence électromagnétique.

Tutoriel sur le placement des composants

Comme il s'agit de l'une des sections les plus critiques de la carte PCBA, les composants clés doivent être placés près du centre de la carte lors de la conception. Cela permet de minimiser la longueur des traces de signaux et de réduire les risques d'interférences. Voici quelques tutoriels sur le placement des composants dans la conception des circuits imprimés :

  • Regroupement par fonction : Les différents composants ont des fonctions et des rôles variés. Les concepteurs doivent comprendre leurs caractéristiques et diviser le circuit en différentes parties selon la fonction. Ils peuvent ensuite placer les composants apparentés ensemble pour mieux contrôler le chemin du signal et optimiser la transmission du signal. Par exemple, les composants de puissance doivent être placés à proximité les uns des autres et les composants appartenant au même chemin de signal doivent être regroupés.
  • Assemblage et réparation : Les composants conçus dans la mise en page sont utilisés dans l'assemblage final du circuit imprimé. Si l'espacement est trop faible, il peut entraîner des difficultés d'assemblage et des problèmes de défaillance, ce qui augmente le coût du projet. Par conséquent, la prise en compte de la possibilité d'assemblage lors de la conception de l'agencement des composants est une technique permettant de réduire les coûts. En outre, les défaillances des PCBA étant inévitables, il est nécessaire d'envisager la réparation ou le remplacement des composants. le dessoudage des composants.
  • Caractéristiques thermiques des composants : Certains composants, tels que les amplificateurs de puissance et les processeurs, génèrent plus de chaleur lorsque le circuit fonctionne. Cependant, si les composants sont placés de manière trop dense, les composants ayant de mauvaises performances thermiques peuvent être affectés et endommagés. FS Technology recommande de placer les composants générateurs de chaleur dans des zones ouvertes ou des zones de dissipation de la chaleur lors de la conception des circuits imprimés afin d'éviter l'influence mutuelle entre les composants.
  • Transmission de données : Comme nous l'avons déjà mentionné, il est essentiel de raccourcir le trajet du signal. Par conséquent, les composants communicants tels que les microprocesseurs, la mémoire et les puces d'interface doivent être placés à proximité les uns des autres. Ces composants communiquent ou échangent des données entre eux, et le fait de les placer à proximité les uns des autres peut réduire le temps de transfert des données.
  • Orientation et alignement : L'orientation et l'alignement des composants sont liés à la direction du flux des signaux, à la propreté de la carte et au trajet des signaux. C'est pourquoi, orientation des composants est un aspect essentiel des directives de conception des circuits imprimés. Voici quelques conseils : les résistances doivent être placées perpendiculairement à la direction de la carte, et les condensateurs doivent être placés parallèlement à la carte pour faciliter le routage.
  • Suivez les conseils du fabricant : Les fichiers de conception doivent finalement être transmis au fabricant. Pour cela, il faut que les fichiers de conception soient transmis au fabricant. Sociétés de PCBA Chez FS Technology, il existe un département de conception indépendant, dont les membres sont des praticiens expérimentés de l'industrie électronique. Ainsi, se référer aux modifications fournies par les avis de l'entreprise de PCBA est souvent bénéfique plutôt que nuisible au projet.

Règles de largeur de la trace

Largeur de la trace du PCB

La largeur d'une trace sur un circuit imprimé doit être basée sur le courant qu'elle doit transporter. Il convient de s'assurer que la largeur de la trace est suffisante pour éviter qu'elle ne surchauffe ou ne brûle en raison d'un flux de courant élevé. 

La formule pour calculer la largeur de piste d'un circuit imprimé est la suivante :

Largeur de la trace (W) = (élévation de température × poids du cuivre)/(longueur de la trace interne × surface de la section transversale du cuivre)

Où ?

Hausse de température Hausse de température maximale admissible pour la trace

Poids du cuivrePoids du cuivre par unité de surface de la trace. 

Longueur de la trace interne Longueur de la trace interne sur le circuit imprimé.

Surface de la section transversale du cuivre Surface de la section transversale de la trace de cuivre. Elle est calculée en multipliant la largeur de la trace par l'épaisseur du cuivre.

Conseils pour les circuits imprimés

Un via est un petit trou qui traverse les différentes couches d'un circuit imprimé et les relie entre elles. Il est important d'utiliser correctement les vias lors de la conception du circuit imprimé. Les vias doivent être placés à des endroits qui n'interfèrent pas avec d'autres composants ou traces de signaux, et il faut veiller à éviter toute interférence avec d'autres vias ou composants. Il existe trois types de vias en fonction de leur position sur le circuit imprimé :

  • Trou de passage : Ce via traverse le circuit imprimé de haut en bas et est facile à percer car il n'est pas nécessaire d'arrêter le perçage à l'endroit voulu. Ce via est plus grand que les autres types.
  • Enterré via : Contrairement aux vias traditionnels qui relient les couches supérieure et inférieure d'un circuit imprimé, les vias enterrés sont situés entre les couches internes et ne sont pas visibles de la surface. L'utilisation efficace de l'espace sur le circuit imprimé permet de réduire la taille et le poids des appareils électroniques.
  • Aveugle via : Ces vias relient une couche externe à une couche interne du circuit imprimé. Ils sont techniquement difficiles à réaliser car le perçage doit être arrêté avec précision.

Lignes directrices pour la mise à la terre

  • Utiliser un plan de masse solide : Un plan de masse solide fournit une voie de retour à faible impédance pour le courant, réduit le bruit et améliore la fiabilité du circuit. Idéalement, le plan de masse doit couvrir l'ensemble du circuit imprimé afin de garantir que le chemin de retour du courant est toujours le plus court possible.
  • Séparer les courants de retour des signaux à haute vitesse des autres courants de terre : Les signaux à grande vitesse peuvent créer des boucles de courant importantes qui peuvent interférer avec d'autres courants de terre. Pour minimiser ces interférences, il est important de séparer les courants de retour des signaux à grande vitesse des autres courants de terre. Cela peut être réalisé en utilisant un plan de masse séparé ou en acheminant les signaux à grande vitesse et leurs courants de retour ensemble.
  • Minimiser la surface de la boucle de terre : Les boucles de terre peuvent créer des bruits indésirables dans le circuit. Pour minimiser la zone de la boucle de masse, le chemin de masse doit être aussi court et direct que possible. Essayez d'éviter d'acheminer les traces de masse en boucles ou d'utiliser plusieurs points de masse.
  • Séparation des masses analogiques et numériques : Les circuits analogiques et numériques doivent être séparés pour éviter les interférences. Il est important de séparer les plans de masse analogique et numérique et de les connecter en un seul point pour éviter les boucles de masse. La séparation des masses analogique et numérique permet de réduire la diaphonie, le bruit et les interférences.
  • Envisager une mise à la terre pour les blocs d'alimentation : Les blocs d'alimentation doivent être correctement mis à la terre afin de minimiser le bruit et les interférences. Utilisez une connexion de mise à la terre séparée pour chaque alimentation et connectez-les à la terre principale en un seul point. Il est important d'éviter de partager une connexion de masse entre différentes alimentations, car cela peut créer des boucles de masse et introduire du bruit dans le circuit. Une mise à la terre correcte peut améliorer les performances et la fiabilité du circuit.

Directives relatives à l'alimentation électrique

Nous devons utiliser des régulateurs de tension et des filtres pour nous assurer que l'alimentation est stable et fiable pour fonctionner à ses valeurs nominales. Il est également important de s'assurer que les traces de l'alimentation sont suffisamment larges pour supporter la charge de courant.

  • Minimiser les chutes de tension : Utilisez des tracés épais ou plusieurs tracés parallèles pour minimiser les chutes de tension entre l'alimentation et la charge. Calculez la chute de tension et ajustez la largeur de la trace en conséquence.
  • Pensez à la gestion thermique : Les blocs d'alimentation peuvent générer une chaleur importante, surtout s'ils fonctionnent à des niveaux de courant élevés. Envisagez d'ajouter des dissipateurs de chaleur, des ventilateurs ou d'autres mécanismes de refroidissement pour dissiper la chaleur et garantir un fonctionnement fiable.
  • Contournement de l'alimentation : Si votre circuit comporte des composants analogiques ou numériques sensibles, envisagez d'ajouter un condensateur de dérivation entre l'alimentation et la masse. Cela permet d'atténuer les fluctuations de tension et d'éviter les bruits parasites.

Lignes directrices pour les tests de PCB

Le contrôle de l'ensemble de la Test PCB est un aspect crucial de la validation de la conception, et le choix d'une méthode d'évaluation de l'impact sur l'environnement est un aspect essentiel de la validation de la conception. Service de prototypage de circuits imprimés avec un délai d'exécution rapide peut vous aider à réaliser les tests rapidement, ce qui permet d'identifier et de résoudre les problèmes avant qu'ils ne deviennent des problèmes majeurs. Il est important de tester chaque composant et sous-système au cours du processus de construction et de tester minutieusement l'ensemble de la carte une fois l'assemblage terminé. Les outils de test automatisés peuvent faciliter le processus de test et réduire les risques d'erreur humaine. Envisagez d'utiliser des outils de test de circuits imprimés tels que le boundary scan, l'inspection optique automatisée (AOI) ou l'inspection automatisée par rayons X (AXI). Pour faciliter les tests ICP, envisagez d'ajouter un connecteur ou un plot de programmation.

Conclusion

L'utilisation d'outils bien connus Logiciel d'implantation de circuits imprimés dans les projets de conception peut simplifier votre processus de conception. Ces outils permettent aux concepteurs de créer, d'éditer et d'optimiser les modèles de mise en page avant de les utiliser. Fabrication de PCB. Le respect des règles susmentionnées et l'utilisation de ces techniques, ainsi que l'envoi des fichiers de conception dans la boîte aux lettres électronique de FS Technology, sont des facteurs clés pour produire des PCB ou PCBA de haute qualité et attirer l'attention des fabricants d'électronique.

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