El rendimiento de una placa de PCB depende en un 70% de su diseño de diseño. El mismo esquema puede conducir a un funcionamiento normal o a fallas frecuentes con diferentes diseños y enrutamiento,incluso afectando directamente a la estabilidadSi usted es un novato en el diseño de PCB o un ingeniero experimentado buscando soluciones de optimización,Dominar los siguientes puntos clave puede ahorrarle el 90% de los problemas en su proceso de diseño.

I. Preparación previa al diseño: 3 pasos para sentar una base sólida y evitar las reelaboraciones

1. Definir las restricciones de diseño: confirmar las dimensiones físicas de la placa de PCB, el número de capas (selección de placa de una / doble / múltiples capas), los requisitos de impedancia (por ejemplo, señal de alta velocidad de 50Ω,(signo diferencial de 90Ω), límites de caída de voltaje del tren de potencia, normas EMC (CE/FCC, etc.) y parámetros del proceso de fabricación (ancho mínimo de la traza, espaciamiento de la traza, por tamaño) por adelantado.Escriba estas restricciones en las reglas de diseño (DRC) para evitar violaciones desde el principio.

2Revisión y optimización esquemática

Antes del diseño, es esencial una segunda revisión esquemática: comprobar la racionalidad de las vías de potencia, tierra y señal, evitando intersecciones innecesarias; agrupar módulos funcionales (como módulos de potencia,Interfaces de alta velocidad, y circuitos analógicos) para proporcionar una base lógica para la planificación posterior del diseño; etiquetar las señales clave (como el reloj y los pares diferenciales) para un control enfocado durante el diseño.

3Selección de componentes y confirmación del paquete
Priorizar los componentes con paquetes estandarizados y una inclinación razonable (evitar los paquetes de inclinación fina por debajo de 0,4 mm, que aumentan la dificultad de soldadura);Confirmar la exactitud de la biblioteca de paquetes (definiciones de pines), ubicaciones de serigrafía, tamaños de almohadillas), especialmente para componentes de precisión como BGA y QFP, ya que un embalaje incorrecto puede conducir directamente a un fallo del diseño.

II. Diseño del diseño: Siga los tres principios de "zonación, proximidad y disipación de calor"

1. Diseño de zonas funcionales

Dividir el diseño en subregiones según el tipo y la función de la señal: área analógica (ADC/DAC, sensores), área digital (MCU, FPGA), área de potencia (chips de potencia, inductores, condensadores),Área de interfaz (USB)Las bandas de aislamiento reservadas (recomendadas ≥ 3 mm) entre cada área para evitar que las señales digitales interfieran con las señales analógicas.

2. Priorizar el diseño de los componentes críticos: colocar los chips de suministro de energía (LDO, DC-DC) cerca de la carga para reducir la longitud de la ruta de alimentación;Coloque inductores y condensadores cerca de los pines del chip de alimentación para formar un circuito de filtrado completo (evite los diseños de "cable volador").

Colocar fuentes de señal de alta velocidad (como osciladores de cristal y chips de reloj) cerca del receptor para acortar la trayectoria de transmisión y reducir el acoplamiento de interferencia;tierra la carcasa del oscilador de cristal y deje un área libre de cobre de ≥ 5 mm alrededor de ella.

Mantener los componentes generadores de calor (como los transistores de potencia y los controladores LED) alejados de los componentes sensibles (como las MCU y los sensores) y proporcionar suficiente espacio para la disipación del calor;diseño de disipadores de calor recubiertos de cobre si es necesario.

3Verifique la racionalidad del diseño: Asegúrese de que los pines de los componentes no estén obstruidos y que las marcas de la pantalla de seda sean claramente legibles; asegúrese de que la distancia entre los componentes a través del orificio sea ≥ 2.5 mm y el espacio entre los componentes montados en la superficie es ≥0.5 mm; coloque los conectores y componentes de interfaz cerca del borde del PCB para facilitar su inserción, extracción y enrutamiento.

III. Diseño de cableado: "Corta, recta y lisa" como núcleo, teniendo en cuenta la impedancia y la CEM.

1Reglas básicas de cableado: priorizar el enrutamiento de señales críticas (reloj, pares diferenciales, señales de datos de alta velocidad), luego señales generales;las líneas de energía y tierra tienen prioridad sobre las líneas de señal para garantizar un suministro de energía estable.

Mantenga el cableado lo más corto y recto posible, evitando curvas y vías innecesarias; si son necesarias, utilice ángulos de 45° o bordes redondeados,evitar ángulos rectos de 90° (para reducir la reflexión de la señal y la radiación EMC).

Aplicación del ancho de vía: Seleccione el ancho de la pista de acuerdo con la corriente (por ejemplo, la corriente de 1A corresponde a un ancho de pista de 1 mm, 0,5A corresponde a 0,5 mm, se recomienda que el ancho de pista de la señal sea de 0,2 a 0,3 mm);La anchura y el espaciamiento de la pista de la señal diferencial deben cumplir estrictamente los requisitos de impedancia (ePor ejemplo, los pares de diferenciales USB 3.0 requieren una anchura de traza de 0,2 mm y un espaciado de 0,4 mm).

2Puntos clave para el enrutamiento de señales de alta velocidad
Las señales diferenciales (como HDMI, PCIe y Ethernet) deben ser de igual longitud, paralelas y estrechamente acopladas, con una diferencia de longitud controlada dentro de 5 mm. Evite la ramificación o el uso de vías.

Las señales de reloj deben usar una topología de estrella o de cadena de margarita para evitar la conexión paralela directa de múltiples cargas.

Las señales de alta velocidad deben evitar cruzar áreas divididas (como los planos de potencia y de tierra), de lo contrario interrumpirá el plano de referencia y causará problemas de integridad de la señal.

3Guías para evitar trampas en la ruta
No se permite que las líneas de señalización crucen las divisiones del plano de potencia o del plano de tierra.

Se debe evitar el enrutamiento paralelo de líneas de señal en capas diferentes (para reducir el ruido cruzado entre capas). La distancia entre las líneas de señal paralelas en la misma capa debe ser ≥ 3 veces el ancho de la línea.

Las vías críticas idealmente no deben tener más de 2 vías (las vías introducen inductancia y capacitancia parasitaria, lo que afecta la integridad de la señal).

IV. Diseño de la puesta a tierra: aplicación flexible de la puesta a tierra en un solo punto y de la puesta a tierra en varios puntos

4Principios de puesta a tierra El núcleo de la puesta a tierra es "reducir el área del bucle de tierra" y evitar interferencias causadas por diferencias de potencial de tierra.La conexión de tierra analógica y la conexión de tierra digital deben estar conectadas por separado y, en última instancia, conectadas en un solo punto en la fuente de alimentación (eSe prohíbe la mezcla directa de materias analógicas y digitales.

1. Diferentes tipos de diseño de puesta a tierra

Tierra de la señal: Utilice "la conexión a tierra de la estrella", conectando todos los terrenos de la señal a un punto de conexión a tierra común para reducir el cruce entre las señales.

Utiliza "la conexión a tierra de varios puntos," conectando los terminales de puesta a tierra de los chips de potencia y los condensadores de filtros al plano de tierra de potencia más cercano para acortar la trayectoria de puesta a tierra y reducir la impedancia de puesta a tierra.

Tierra de blindaje: la tierra de las carcasas metálicas y las cubiertas de blindaje debe ser fiable, con una resistencia a la tierra ≤ 1Ω,evitar la formación de "tierra flotante" (tierra flotante es propensa a la acumulación de electricidad estática), lo que conduce a fallas EMC).

2. Técnicas de diseño del plano de tierra
Se recomienda que las placas multicapa utilicen una estructura de apilamiento "plano de potencia + plano de tierra" (por ejemplo, superior - potencia - GND - inferior).El plano del suelo debe estar completamente revestido de cobre para formar un plano de referencia de baja impedancia.Las tablas de una sola capa o de dos capas deben maximizar el área de tierra de cobre, utilizando una "tierra de cuadrícula" o un "plano de tierra de gran área"," y conectando las capas superior e inferior del suelo a través de vías para mejorar la efectividad de la puesta a tierra.

V. Diseño de la fuente de alimentación: El filtrado, el desacoplamiento y la regulación del voltaje son todos esenciales

1Filtración y desconexión de la fuente de alimentación
Se colocará un condensador cerámico de 0,1 μF (condensador de desacoplamiento) junto al pin de alimentación de cada dispositivo activo (MCU, chip), cerca del pin y del plano de tierra.para abordar los problemas de suministro inmediatos y actualesSe debe colocar un condensador electrolítico de 10 μF + un condensador cerámico de 0,1 μF en la entrada de energía para filtrar el ruido de baja y alta frecuencia.

Los condensadores electrolíticos y los condensadores cerámicos deben colocarse en los terminales de entrada y salida de la fuente de alimentación CC-CC, respectivamente.Los terminales del inductor deben mantenerse alejados de las señales sensibles para evitar interferencias en el acoplamiento magnético.

2. Enrutamiento de tren eléctrico
Los rieles de potencia de alta corriente (como la energía de las baterías y los motores) deben utilizar rastros anchos o revestimiento de cobre para reducir la caída de voltaje y la generación de calor.Las tiras de aislamiento deben reservarse entre varios rieles de potencia para evitar cortocircuitos.; la segmentación de la potencia debe adoptar un diseño de "isla" con líneas divisorias claras, y no se debe permitir que las líneas de señal las crucen.

VI. Optimización EMC: Reducción de la interferencia electromagnética de la fuente de diseño

1Diseño de protección
Los circuitos sensibles (como los receptores de RF y el procesamiento de señales analógicas) deben utilizar cubiertas de blindaje metálicas con una buena conexión a tierra.las líneas de señal y de electricidad de alta velocidad deben mantener una distancia suficiente (≥ 10 mm) entre sí y las líneas sensibles, o aislado con cobre molido.

2. Optimización de filtración y conexión a tierra
Los circuitos de interfaz (USB, Ethernet, interfaces de alimentación) deben utilizar inductores de modo común en serie y diodos TVS paralelos para suprimir las interferencias de modo común.todas las líneas de señal de las interfaces externas deben filtrarse antes de ser conducidas fuera del PCB.

3. Reducir las fuentes de radiación
Evite cables paralelos largos, líneas de transmisión subminadas y grandes áreas de cobre suspendido.Mantenga las señales del reloj y las señales de alta velocidad lo más cortas posible y rodearlas con planos de tierra para formar una estructura de "línea de microstrip", reduciendo la radiación electromagnética.

VII. Inspección posterior al diseño: 3 pasos clave para garantizar la fabricabilidad y la ausencia de peligros ocultos

1- Verificación de las reglas de la RDC
Una vez finalizado el diseño, deberá realizarse una comprobación DRC, centrándose en si la anchura del trazado, el espaciamiento del trazado, el tamaño, el espaciamiento de los componentes, la compatibilidad de la impedancia, etc.,cumplir con las reglas de diseño para garantizar que no haya violaciones.

2Integridad de la señal y simulación EMC
Para las PCB de alta velocidad (por ejemplo, señales ≥100 MHz), se recomienda la simulación de integridad de la señal (SI) para verificar los reflejos, el cruce de sonido, los problemas de sincronización, etc. Los productos complejos requieren simulación EMC (por ejemplo,emisiones radiadas, descarga electrostática) para identificar y resolver los problemas de interferencia a tiempo.

3. Verificación de la fabricabilidad (DFM)
Tamaño de la cara: vías perforadas ≥ 0,8 mm, vías de montaje superficial ≥ 0,3 mm, evitando vías excesivamente pequeñas que causan dificultades de perforación.

Máscara de soldadura y serigrafía: Las aberturas de la máscara de soldadura deben cubrir las almohadillas para evitar la exposición de cobre; la serigrafía no debe ocultar las almohadillas o las vías, y los caracteres deben ser claramente legibles.

Diseño del panel: si se requiere panelización, reservar ranuras de corte en V o agujeros de estampado, y dejar un borde de proceso de ≥ 3 mm en los bordes del panel para una producción SMT fácil.