Jawapan Ringkas kepada Soalan Besar tentang Reka Bentuk PCB

Q1: Bagaimana memilih bahan PCB (Papan Litar Bercetak)?

A1:Bahan PCBharus dipilih sepenuhnya berdasarkan keseimbangan antara keperluan reka bentuk, pengeluaran secara besar-besaran dan kos. Keperluan reka bentuk melibatkan unsur elektrik yang perlu dipertimbangkan dengan serius semasa reka bentuk PCB berkelajuan tinggi. Selain itu, pemalar dielektrik dan kehilangan dielektrik harus dipertimbangkan sama ada ia sepadan dengan frekuensi.

S2: Bagaimana untuk mengelakkan gangguan frekuensi tinggi?

A2: Prinsip utama untuk mengatasi gangguan frekuensi tinggi adalah mengurangkan crosstalk sebanyak mungkin, yang boleh dicapai dengan membesarkan jarak antara isyarat berkelajuan tinggi dan isyarat analog atau menyediakan pengawal bumi atau jejak pintasan di sebelah isyarat analog. Selain itu, gangguan bunyi yang disebabkan oleh bumi digital pada bumi analog harus dipertimbangkan dengan teliti.

S3: Bagaimana untuk menyusun jejak yang membawa isyarat pembeza?

A3: Dua perkara perlu diberi tumpuan dalam reka bentuk jejak yang membawa isyarat pembezaan. Pertama, panjang kedua-dua laluan hendaklah sama; kedua, jarak antara kedua-dua laluan hendaklah kekal selari.

S4: Bagaimana untuk menyusun jejak yang membawa isyarat pembeza apabila hanya terdapat satu talian isyarat jam pada terminal keluaran?

A4: Premis bagi susunan jejak yang membawa isyarat pembezaan ialah kedua-dua sumber isyarat dan hujung penerima mestilah isyarat pembezaan. Oleh itu, penghalaan pembezaan tidak boleh digunakan pada isyarat jam yang hanya mempunyai satu hujung keluaran.

S5: Bolehkah rintangan sepadan ditambah antara pasangan pembeza di hujung penerima?

A5: Rintangan sepadan biasanya ditambah antara pasangan pembeza di hujung penerima dan nilainya adalah sama dengan impedans pembeza. Hasilnya, kualiti isyarat akan menjadi lebih baik.

S6: Mengapakah jejak pasangan pembeza perlu berdekatan antara satu sama lain dan selari?

A6: Jejak pasangan pembeza hendaklah disusun rapat dan selari dengan betul. Jarak antara jejak pasangan pembeza ditentukan oleh impedans pembeza yang merupakan parameter rujukan utama dalam reka bentuk pasangan pembeza.

S7: Bagaimanakah cara menyelesaikan konflik antara penghalaan manual dan penghalaan automatik pada isyarat berkelajuan tinggi?

A7: Kini kebanyakan penghala automatik boleh mengawal kaedah pendawaian dan bilangan lubang tembus dengan menetapkan syarat kekangan. Semua syarikat EDA sangat berbeza antara satu sama lain dari segi kaedah pendawaian dan penetapan syarat kekangan. Tahap kesukaran pendawaian automatik berkait rapat dengan keupayaan pendawaian. Oleh itu, masalah ini boleh diselesaikan dengan memilih penghala yang mempunyai keupayaan pendawaian yang tinggi.

Q8: Dalam reka bentuk PCB berkelajuan tinggi, kawasan kosong pada lapisan isyarat boleh disalut dengan kuprum. Bagaimanakah kuprum harus diagihkan pada berbilang lapisan isyarat dari segi pembumian dan pembekalan kuasa?

A8: Secara umumnya, salutan kuprum kebanyakannya disambungkan dengan tanah di kawasan kosong. Jarak antara salutan kuprum dan talian isyarat perlu direka dengan ketat kerana salutan kuprum akan mengurangkan sedikit impedans ciri. Pada masa yang sama, impedans ciri lapisan lain tidak seharusnya terjejas.

Q9: Bolehkah impedans ciri pada satah kuasa ditentukan dengan model talian mikrostrip? Bolehkah model talian mikrostrip digunakan pada isyarat antara satah kuasa dan satah tanah?

A9: Ya. Semasa prosedur pengiraan impedans ciri, kedua-dua satah kuasa dan satah bumi boleh dianggap sebagai satah rujukan.

S10: Bolehkah titik ujian yang dijana melalui automasi pada PCB berketumpatan tinggi memenuhi keperluan ujian untuk pengeluaran besar-besaran?

A10: Semuanya bergantung pada kes sama ada peraturan mengenai titik ujian serasi dengan keperluan yang ditetapkan oleh mesin ujian. Selain itu, jika peroutingan dijalankan terlalu padat dan peraturan mengenai titik ujian sangat ketat, mungkin tiada cara untuk meletakkan titik ujian pada setiap segmen talian. Sudah tentu, kaedah manual boleh digunakan untuk melengkapkan titik ujian.

S11: Bolehkah penambahan titik ujian mempengaruhi kualiti isyarat berkelajuan tinggi?

A11: Semuanya bergantung pada kes sama ada kaedah penambahan titik ujian dan kelajuan penghantaran isyarat. Secara asasnya, penambahan titik ujian diperoleh sama ada dengan menambahkannya pada talian atau menarik keluar satu segmen. Kedua-dua kaedah ini boleh menjejaskan isyarat berkelajuan tinggi pada tahap tertentu dan tahap kesannya berkaitan dengan frekuensi serta kadar tepi isyarat.

S12: Apabila beberapa PCB disambungkan menjadi satu sistem, bagaimana talian bumi bagi setiap PCB harus disambungkan?

A12: Berdasarkan hukum arus Kirchoff, apabila kuasa atau isyarat dihantar dari Papan A ke Papan B, jumlah arus yang setara akan kembali ke Papan A melalui satah bumi dan arus pada satah bumi akan mengalir balik melalui laluan yang mempunyai impedans paling rendah. Oleh itu, bilangan pin yang menyumbang kepada satah bumi tidak seharusnya terlalu sedikit pada setiap antara muka sambungan kuasa atau isyarat supaya kedua-dua impedans dan hingar pada bumi dapat dikurangkan. Selain itu, keseluruhan gelung arus perlu dianalisis, terutamanya bahagian di mana arus adalah paling besar dan sambungan satah bumi atau talian bumi perlu dilaraskan untuk mengawal aliran arus dan mengurangkan pengaruh terhadap isyarat sensitif yang lain.

S13: Bolehkah talian bumi ditambah di tengah-tengah talian isyarat pembezaan?

A13: Pada asasnya, talian tanah tidak boleh ditambah di antara talian isyarat pembezaan kerana kepentingan terbesar prinsip talian isyarat pembezaan terletak pada kelebihan yang terhasil daripada gandingan bersama antara talian isyarat pembezaan, seperti pembatalan fluks, imuniti hingar dan sebagainya. Kesan gandingan akan rosak jika talian tanah ditambah di antaranya.

Q14: Apakah prinsip pemilihan titik pembumian PCB dan penutup yang sesuai?

A14: Prinsipnya adalah memanfaatkan tanah casis untuk menyediakan laluan berimpedans rendah bagi arus kembali dan mengawal laluan arus kembali ini. Sebagai contoh, skru biasanya boleh digunakan berhampiran komponen frekuensi tinggi atau penjana jam untuk menyambungkan satah tanah PCB dengan tanah casis bagi mengurangkan kawasan gelung arus keseluruhan sebanyak mungkin, iaitu untuk mengurangkan gangguan elektromagnet.

S15: Di manakah penyahpepijatan PCB harus bermula?

A15: Berkenaan dengan litar digital, perkara-perkara berikut hendaklah dilakukan mengikut turutan. Pertama, semua nilai kuasa hendaklah disahkan supaya secara purata mencapai keperluan reka bentuk. Kedua, semua frekuensi isyarat jam hendaklah disahkan berfungsi dengan normal dan tiada masalah tidak monotonik pada tepinya. Ketiga, isyarat set semula hendaklah disahkan memenuhi keperluan piawai. Jika perkara di atas telah disahkan, cip sepatutnya menghantar isyarat dalam kitaran pertama. Kemudian, nyahpepijat akan dijalankan berdasarkan protokol operasi sistem dan protokol bas.

Q16: Apakah cara terbaik untuk mereka bentuk PCB berkelajuan tinggi dan berketumpatan tinggi dengan kawasan papan yang tetap?

A16: Dalam proses reka bentuk PCB berkelajuan tinggi dan berketumpatan tinggi, gangguan crosstalk perlu diberi tumpuan khas kerana ia sangat mempengaruhi pemasaan dan integriti isyarat. Beberapa penyelesaian reka bentuk diberikan. Pertama, kesinambungan dan padanan impedans ciri penghalaan perlu dikawal. Kedua, jarak perlu diberi perhatian dan jarak biasanya dua kali ganda lebar laluan. Ketiga, kaedah penamatan yang sesuai perlu dipilih. Keempat, penghalaan pada lapisan bersebelahan perlu dilaksanakan dalam arah yang berbeza. Kelima, via buta/tertimbus boleh digunakan untuk meningkatkan kawasan penghalaan. Di samping itu, penamatan berbeza dan penamatan mod sepunya perlu dikekalkan untuk mengurangkan pengaruh ke atas pemasaan dan integriti isyarat.

Q17: Litar LC biasanya digunakan untuk menapis gelombang pada kuasa analog. Mengapakah LC kadangkala berprestasi lebih baik daripada RC?

A17: Perbandingan antara LC dan RC harus berdasarkan andaian sama ada jalur frekuensi dan induktans dipilih dengan sesuai. Oleh kerana reaktans induktans berkaitan dengan induktans dan frekuensi, jika frekuensi hingar kuasa terlalu rendah dan induktans tidak cukup tinggi, prestasi LC adalah lebih buruk daripada RC. Walau bagaimanapun, salah satu kelemahan RC terletak pada hakikat bahawa perintang itu sendiri akan menggunakan tenaga dengan kecekapan yang rendah.

S18: Apakah cara terbaik untuk mencapai keperluan EMC tanpa tekanan kos?

A18: Papan PCB mengalami kos yang lebih tinggi disebabkan oleh EMC biasanya kerana bilangan lapisan meningkat untuk menguatkan tekanan perisai dan beberapa komponen disediakan seperti manik ferit atau tercekik yang digunakan untuk menghentikan komponen gelombang harmonik frekuensi tinggi. Selain itu, struktur perisai lain pada sistem lain harus digunakan untukmemenuhi keperluan EMC. Pertama, komponen dengan kadar perubahan (slew rate) yang rendah hendaklah digunakan sebanyak mungkin untuk mengurangkan bahagian frekuensi tinggi yang dijana oleh isyarat. Kedua, komponen frekuensi tinggi tidak boleh diletakkan terlalu dekat dengan penyambung luaran. Ketiga, padanan impedans, lapisan penghalaan dan laluan arus balik bagi isyarat berkelajuan tinggi hendaklah direka dengan teliti untuk mengurangkan pantulan dan radiasi frekuensi tinggi. Keempat, kapasitor nyahganding yang mencukupi hendaklah diletakkan pada pin kuasa bagi mengurangkan hingar pada satah kuasa dan satah bumi. Kelima, bahagian bumi berhampiran penyambung luaran boleh dipisahkan daripada satah bumi dan bumi penyambung hendaklah berhampiran bumi casis.

S19: Apabila papan PCB mempunyai berbilang modul digital/analog, penyelesaian biasa adalah memisahkan modul digital dan analog. Mengapa?

A19: Sebab untuk membahagikan modul digital dan analog ialah kerana hingar biasanya dijana pada kuasa dan tanah ketika pertukaran antara potensi tinggi dan rendah, dan tahap hingar berkaitan dengan kelajuan isyarat serta jumlah arus. Jika modul analog dan digital tidak diasingkan dan hingar yang dijana oleh modul digital adalah lebih besar serta litar di kawasan analog adalah serupa, walaupun isyarat analog dan digital tidak bersilang, isyarat analog tetap akan terjejas oleh hingar.

S20: Apabila melibatkan reka bentuk PCB berkelajuan tinggi, bagaimanakah pemadanan impedans harus dilaksanakan?

A20: Sejauh reka bentuk PCB berkelajuan tinggi berkenaan,padanan impedansadalah salah satu pertimbangan utama. Impedans mempunyai hubungan mutlak dengan penghalaan. Sebagai contoh, impedans ciri ditentukan oleh beberapa elemen termasuk jarak antara lapisan mikrostrip atau stripline/double stripline dan lapisan rujukan, lebar penghalaan, bahan PCB dan sebagainya. Dengan kata lain, impedans ciri tidak dapat ditentukan sebelum penghalaan. Penyelesaian asas kepada masalah ini adalah untuk mengelakkan ketakselanjaran impedans daripada berlaku sebanyak mungkin.

S21: Dalam proses reka bentuk PCB berkelajuan tinggi, apakah langkah-langkah yang perlu diambil dengan mengambil kira EMC/EMI?

A21: Secara umumnya, reka bentuk EMI/EMC harus dipertimbangkan dari aspek pancaran dan pengaliran. Yang pertama tergolong dalam bahagian yang mempunyai frekuensi lebih tinggi (lebih daripada 30MHz) manakala yang kedua tergolong dalam bahagian yang mempunyai frekuensi lebih rendah (kurang daripada 30MHz). Oleh itu, kedua-dua bahagian frekuensi tinggi dan frekuensi rendah harus diberi perhatian. Reka bentuk EMI/EMC yang baik harus bermula daripada penempatan komponen,Susunan lapisan PCB, penghalaan, pemilihan komponen dan sebagainya. Setelah aspek-aspek tersebut tidak dipertimbangkan, kos mungkin akan meningkat. Sebagai contoh, penjana jam tidak sepatutnya diletakkan terlalu hampir dengan penyambung luaran sebanyak mungkin. Selain itu, titik sambungan antara PCB dan casis hendaklah dipilih dengan betul.

Q22: Apakah itu topologi penghalaan?

A22: Topologi penghalaan, juga dipanggil tertib penghalaan, merujuk kepada susunan penghalaan dalam rangkaian dengan berbilang pengakhiran.

S23: Bagaimanakah topologi penghalaan harus dilaraskan untuk meningkatkanintegriti isyarat?

A23: Jenis isyarat rangkaian ini begitu kompleks sehingga topologinya berbeza berdasarkan arah yang berbeza, tahap yang berbeza, dan jenis isyarat yang berbeza. Oleh itu, adalah sukar untuk menilai jenis isyarat yang mana yang bermanfaat kepada kualiti isyarat.

S24: Apakah sebab bagi salutan kuprum?

A24: Biasanya terdapat beberapa sebab untuk salutan kuprum. Pertama, salutan kuprum besar pada tanah atau kuasa akan mempunyai kesan perisai dan sesetengah tanah khas, seperti PGND, boleh memainkan peranan perlindungan. Kedua, untuk memastikan prestasi tinggi penyaduran elektrik atau mengelakkan lapisan daripada berubah bentuk, kuprum perlu disalut pada papan PCB yang mempunyai kurang penghalaan. Ketiga, salutan kuprum berpunca daripada keperluan terhadap integriti isyarat. Laluan balik yang lengkap perlu disediakan untuk isyarat digital frekuensi tinggi dan penghalaan rangkaian DC perlu dikurangkan. Selain itu, pelesapan haba juga perlu diambil kira.

Q25: Apakah itu arus balik?

A25: Apabila isyarat digital berkelajuan tinggi sedang berjalan, isyarat mengalir dari pemacu ke pembawa sepanjang talian penghantaran PCB dan kemudian kembali ke terminal pemacu melalui laluan terpendek sepanjang tanah atau kuasa. Isyarat yang kembali pada tanah atau kuasa dipanggil arus balik.

S26: Berapakah bilangan jenis terminal yang ada?

A26: Terminal, juga dipanggil pemadanan, biasanya diklasifikasikan kepada pemadanan sumber dan pemadanan terminal. Yang pertama merujuk kepada pemadanan perintang siri manakala yang kedua merujuk kepada pemadanan selari. Terdapat banyak kaedah yang boleh digunakan, termasuk perintang tarik-naik, perintang tarik-turun, pemadanan Davenan, pemadanan AC, pemadanan diod Schottky dan sebagainya.

S27: Apakah elemen yang boleh menentukan jenis padanan?

A27: Jenis pemadanan biasanya ditentukan oleh ciri-ciri BUFFER, topologi, pengelasan aras dan jenis pertimbangan. Selain itu, kitar tugas isyarat dan penggunaan tenaga sistem juga perlu dipertimbangkan.

S28: Apakah pemeriksaan yang perlu dijalankan ke atas PCB sebelum ia dikeluarkan oleh kilang pembuatan?

A28: Kebanyakan pengeluar PCB melaksanakan ujian hidup-mati pada PCB sebelum ia keluar dari kilang bagi memastikan semua litar disambungkan dengan betul. Sehingga kini, sesetengah pengeluar termaju menjalankan pemeriksaan X-ray untuk mencari beberapa halangan dalam proses etsa atau laminasi. Bagi produk yang melalui pemasangan SMT, ICT biasanya digunakan, yang memerlukan penetapan titik ujian ICT semasa fasa reka bentuk PCB. Sebaik sahaja masalah berlaku, sejenis khasPemeriksaan sinar-Xjuga boleh digunakan.

S29: Untuk satu litar yang terdiri daripada beberapa papan PCB, adakah ia perlu berkongsi tanah (ground) yang sama?

A29: Satu litar yang terdiri daripada beberapa papan PCB biasanya harus berkongsi tanah (ground) yang sama kerana adalah tidak praktikal untuk menggunakan beberapa bekalan kuasa dalam satu litar. Sudah tentu, jika keadaan anda mengizinkan, bekalan kuasa yang berbeza juga boleh digunakan. Lagipun, itu akan membantu mengurangkan gangguan.

Q30: Bagaimanakah ESD harus dipertimbangkan oleh sistem yang mengandungi DSP dan PLD?

A30: Bagi sistem biasa, bahagian yang mempunyai sentuhan langsung dengan manusia harus dipertimbangkan terlebih dahulu dan perlindungan yang sesuai perlu dilakukan pada litar dan struktur. Tahap pengaruh ESD terhadap sistem biasanya ditentukan mengikut situasi yang berbeza. Dalam persekitaran kering, ESD akan menjadi lebih teruk, terutamanya pada sistem yang lebih sensitif. Walaupun sistem yang lebih besar menunjukkan kesan ESD yang tidak begitu ketara, perhatian yang lebih tetap perlu diberikan.

S31: Apabila melibatkan reka bentuk PCB 4 lapisan, bahagian manakah yang perlu menerima salutan kuprum pada kedua-dua belah?

A31: Aspek berikut harus diambil kira untuk salutan kuprum: pengperisai, pelesapan haba, pengukuhan dan keperluan pembuatan PCB. Oleh itu, sebab utama perlu dipertimbangkan. Sebagai contoh, dari segi reka bentuk PCB berkelajuan tinggi, pengperisai harus diberi keutamaan. Pembumian permukaan bermanfaat untuk EMC dan salutan kuprum harus dilakukan sepenuhnya sekiranya terdapat pulau terpencil. Secara amnya, jika komponen pada permukaan menerima terlalu banyak pendawaian, akan menjadi sukar untuk mengekalkan kerajang kuprum yang lengkap. Oleh itu, adalah disyorkan bahawa papan dengan banyak komponen permukaan atau terlalu banyak pendawaian tidak disalut dengan kuprum.

S32: Dalam proses pendawaian jam, adakah perlu menambah pelindung bumi di kedua-dua belah?

A32: Ia bergantung pada crosstalk atau EMI papan litar. Jika garisan tanah perisai tidak diproses dengan betul, ia sebaliknya akan membawa kesan buruk.

Q33: Apakah strategi perutean jam untuk isyarat pada frekuensi yang berbeza?

A33: Dari segi penghalaan untuk talian jam, analisis keutuhan isyarat harus terlebih dahulu dijalankan dan prinsip penghalaan perlu digunakan. Kemudian barulah penghalaan dilaksanakan berdasarkan prinsip tersebut.

Sumber Berguna
•Cara Mereka Bentuk PCB Berkualiti Tinggi
•Peraturan Reka Bentuk PCB Utama yang Perlu Anda Ketahui
•Isu Reka Bentuk PCB yang Lazim Ditemui
•Masalah dan Penyelesaian yang Mungkin Berlaku dalam Proses Reka Bentuk PCB
•Elemen Reka Bentuk PCB yang Mempengaruhi Pembuatan SMT