La disposition des circuits imprimés est le " squelette " de la conception du matériel, déterminant directement les performances, la fabrication et la stabilité du circuit.Les débutants tombent souvent dans le piège de "poser et modifier au fur et à mesure" en raison d'un manque de méthodes systématiquesCependant, en maîtrisant la logique de "priorisation de la planification, de la priorité des domaines clés et de la mise en œuvre des détails", vous pouvez rapidement commencer.Les 7 étapes réutilisables suivantes vous aideront à éviter 90% des pièges courants.

I. Comprendre la "logique sous-jacente": 3 principes fondamentaux pour éviter les erreurs

La compréhension de la logique sous-jacente avant la mise en page est plus efficace que la mémorisation aveugle des règles.Vous épargnerez 80% de vos ennuis en vous en souvenant.:

• Priorité du flux de signal

Placer les composants dans l'ordre naturel de "entrée → traitement → sortie". Par exemple, les alimentations doivent être placées à partir de "interface → filtre → puce de puissance → charge IC," et les signaux du " capteur → amplificateur → MCU → interface de sortie." Évitez la position croisée des composants, ce qui peut provoquer des courbes de circuit.et le PHY près du MCU (traitement) pour réduire la réaction du signal.

• Zoning fonctionnel pour l'isolation

Afin d'éviter que des circuits à températures différentes n'interfèrent les uns avec les autres, le PCB est divisé en quatre zones fonctionnelles principales, utilisant l'espace physique pour isoler les interférences.La logique de zonage spécifique est la suivante::
Zone haute tension/haute puissance (modules d'alimentation, moteurs): située loin du bord de la carte, avec un espace dédié à la dissipation de chaleur;
Zone numérique (MCU, mémoire, puces logiques): située au centre près du centre;
Zone analogique (capteurs, amplificateurs optiques, ADC): éloignée des signaux horlogers/à grande vitesse, entourée de lignes de terre;
Zone d'interface (USB, Ethernet, boutons): placée près du bord de la carte pour faciliter la prise/décharge et le câblage.

• Les " éléments clés " occupent une place centrale

Tout d'abord, déterminez les composants principaux, puis priorisez les composants de soutien.
* Puces de base (MCU, FPGA, Power IC): placer au centre du PCB ou près des points de convergence du signal;
* Les composants lourds et de grande taille (transformateurs, dissipateurs de chaleur): Gardez-les à l'écart des bords des planches et des points de contrainte (tels que les trous de vis) afin d'éviter que les vibrations ne provoquent leur chute;
* Connecteurs d'interface (port d'alimentation, port de données): fixer au bord de la carte selon les exigences structurelles,s'assurer que la broche 1 est correctement positionnée (la connexion inverse provoquera directement une défaillance du circuit).

II. Conception en quatre étapes: un processus pratique de la planification à la mise en œuvre

Étape 1: les contraintes structurelles en premier, éviter les retouches

Tout d'abord, il faut s'attaquer aux exigences structurelles "inchangables", qui constituent le "fondement" de la mise en page; les erreurs entraîneront une révision complète de la conception:

Confirmez les limites de hauteur et les trous de montage
Marquez les zones de hauteur limitée sur la carte (par exemple, H=1,8 mm, H=2,0 mm).Laisser une zone de 5 mm sans disposition autour des trous de vis pour éviter les dommages aux composants ou au câblage pendant l'installation.

Correction des interfaces et des composants structurels
Selon le fichier de structure 3D importé, placez les composants nécessitant des structures correspondantes, tels que les ports USB, les ports réseau et les clips de boîtier,en accordant une attention particulière à la position de la broche de connexion 1. Cela doit être conforme au schéma et à la structure (par exemple, la broche de port réseau 1 correspond à TX +; les broches incorrectes provoqueront une défaillance de la communication).

Étape 2: mise en page de zonage fonctionnel pour réduire les interférences

Suivant les quatre zones précédemment définies, utilisez des "zones blanches" ou des "lignes de terre" pour l'isolation.

Zone analogique: placez les amplificateurs et capteurs opérationnels dans le coin supérieur gauche, avec un plan de sol analogique complet en dessous, en laissant au moins 2 mm de dégagement entre eux et la zone numérique.

Zone d'alimentation électrique: placer les puces d'alimentation électrique près des interfaces d'entrée, les sorties faisant face aux zones numérique/analogique, en minimisant les chemins de courant (par exemple,une puce d'alimentation 5V ne doit pas être à plus de 10 mm de l'interface USB).

Zone d'horloge: placer les oscillateurs cristallins et les distributeurs d'horloge à proximité des broches d'horloge de la MCU, à une distance ≤ 10 mm, entourés de lignes de mise à la terre (" mise à la terre "), et loin des puces électriques et des dissipateurs.

Étape 3: Optimisation des détails, équilibrage des performances et fabrication

Cette étape détermine la qualité de la mise en page, en mettant l'accent sur trois détails facilement négligés:

Conception de la dissipation de chaleur
Distribuer uniformément les composants générateurs de chaleur (MOS de puissance, LDO, pilote LED), en évitant les regroupements; conserver les composants sensibles à la chaleur (oscillateurs cristallins,condensateurs électrolytiques) éloignés des sources de chaleur (à une distance d'au moins 3 mm), par exemple, placez la puce de pilotage LED au bord de la carte, loin des ADC de haute précision.

Orientation des composants
Assurez-vous que les composants similaires sont orientés dans la même direction (par exemple, les écrans à soie de résistance sont tous tournés vers la droite, les bornes positives du condensateur électrolytique sont toutes tournées vers le haut).Placer les composants SMT sur le même côté autant que possible pour réduire le nombre de fois qu'ils doivent être retournés pendant le soudage en usine, ce qui réduit la probabilité de soudures à froid; placer les composants de soudure à ondes (par exemple, les résistances perforées) dans le même sens pour éviter l'accumulation de soudure.

Contrôle de l'espacement: un espacement suffisant doit être maintenu selon les spécifications de fabrication pour éviter les ponts de soudure ou les problèmes de sécurité.2 mm entre les composants montés en surface (≥0.15 mm pour les emballages 0402); distance de rampage ≥ 2,5 mm dans les zones à haute tension (par exemple, entrée 220 V) (réglée selon les normes de sécurité);laisser un espace libre de 1 mm autour des points d'essai et des dispositifs de débogage pour faciliter le contact de la sonde.

Étape 4: Inspection préalable pour éviter les pièges de routage

Après la mise en page, ne vous précipitez pas dans le routage.

• Canaux de rotation: Vérifiez les chemins droits pour les signaux à haute vitesse (tels que DDR, USB). Par exemple, vérifiez les composants obstruant les lignes de données de la MCU à la mémoire.Laissez au moins deux traces de largeur d'espace.
• Les chemins d'alimentation: vérifier si des goulots d'étranglement existent dans les traces principales d'alimentation (comme l'entrée 12 V).2A correspond à 2 mm).
• Inspection 3D: utiliser la fonction 3D du logiciel EDA pour vérifier l'interférence entre les composants et le boîtier (par exemple, les condensateurs trop élevés touchant le boîtier).Assurez-vous que les connecteurs sont alignés avec les trous structurels.

III. Scénarios et techniques spéciaux: surmonter les trois principaux défis liés à la haute fréquence, à l'alimentation électrique et à la CEM

Les conceptions ordinaires reposent sur des processus, tandis que les scénarios complexes reposent sur des techniques.Nous avons compilé des solutions réutilisables:

1. Mise en page du signal haute fréquence/haute vitesse (par exemple, DDR, USB 3.0):

• Réservation de la même longueur:Placez les composants nécessitant une même longueur (par exemple, les puces DDR) symétriquement autour de la MCU, laissant de l'espace pour le routage.Arrangez quatre puces DDR dans un carré autour de la MCU, ce qui garantit que la différence de distance entre chaque puce et la MCU est ≤ 5 mm, ce qui réduit la difficulté d'un routage ultérieur de même longueur.
• Matching d'impédance:Placez un terrain de référence complet sous des lignes à haute fréquence (par exemple, des lignes RF) pour éviter les ruptures de couche de référence.Placer les composants à haute fréquence près des interfaces pendant la mise en page pour réduire la longueur des traces (ePar exemple, les modules RF près des interfaces d'antenne, longueur de trace ≤ 20 mm.
• Protection contre l'horloge: Gardez les oscillateurs cristallins et les puces d'horloge à l'écart des appareils à haute puissance et des lignes de signal à grande vitesse.Connectez une résistance correspondante de 22Ω en série à la sortie (placée près de l'oscillateur cristallin). Mettre à la terre les broches d'horloge non utilisées à travers une résistance de 1kΩ pour éviter la réflexion du signal.

2L'alimentation électrique est le "cœur" du circuit, et la disposition du condensateur affecte directement la stabilité de l'alimentation:

• Condensateurs de découplage: placez de petits condensateurs de 0,1 μF près des broches d'alimentation du CI (à une distance ≤2 mm) et de grands condensateurs de 10 μF près du CI (à une distance ≤5 mm).Condensateur 1μF à côté de chaque broche de puissance de la MCU, avec la mise à la terre du condensateur directement à côté du tampon pour réduire l'impédance de mise à la terre.
• Module d'alimentation électrique: Gardez les alimentations électriques éloignées des zones analogiques et des dispositifs d'horloge (à au moins 5 mm de distance).placer l'entrée à gauche et la sortie à droite, isolé par un fil de terre pour réduire le rayonnement électromagnétique.
• Arbre d'alimentation: Arrangez les puces d'alimentation dans l'ordre "Vin→Buck→LDO→Load", par exemple, 12V d'entrée → puce Buck (à 5V) → LDO (à 3.3V) → MCU. Cela minimise le chemin du courant et réduit les pertes.

3. Mise en page de la protection EMC

• Protection ESD: les diodes TVS et les varistors proches des interfaces doivent être placés à proximité des broches d'interface (distance ≤3 mm).la diode TVS pour une interface USB doit être placée entre l'interface et la MCU, près de l'extrémité de l'interface, en veillant à ce que la décharge électrostatique (ESD) passe d'abord par le dispositif de protection.
• Composants de filtrage: les filtres EMI et les inducteurs à mode commun doivent être placés à proximité du port d'entrée d'alimentation.permettant à la ligne d'entrée de passer par le filtre avant d'atteindre le pont rectificateur.
• Traitement du plan de sol: les motifs analogiques et numériques doivent être connectés en un seul point (à l'aide d'une résistance de 0Ω ou d'une perle de ferrite) afin d'éviter les boucles de sol.une résistance de 0Ω peut être utilisée pour connecter des motifs analogiques et numériques sous l'ADCLe plan de terre dans les autres zones doit rester intact, sans fentes inutiles.

IV. Aide aux outils: amélioration de l'efficacité des fonctions logicielles (PADS/Altium à titre d'exemple)

L'utilisation de trois fonctions d'outil EDA peut augmenter la vitesse de mise en page de 50%:

• * **Outil d'alignement:** Utilisez la fonction "Aligner" pour aligner rapidement les composants (par exemple, sélectionnez plusieurs résistances, alignez-les à gauche en un clic et répartissez-les uniformément).accéder à ceci via "Modifier→Aligner," et dans Altium, utilisez le raccourci "Ctrl+A".
• * **Réglages de grille:** Réglez la grille en fonction de la taille du paquet (0,05 mm de grille pour 0402 paquets, 0,1 mm pour 0603) pour assurer l'alignement des composants.utilisez "Setup→Grids" et activez "Snap to Grid" pour éviter le désalignement.
• * **Layout de groupe:** Configurez les modules fonctionnels (par exemple, puces, condensateurs, inducteurs dans un module de puissance) comme "groupes" et déplacez-les dans leur ensemble pour éviter la dispersion.sélectionnez le composant et cliquez avec le bouton droit de la souris sur " Groupe → Créer "," et dans Altium, utilisez "Ctrl+G" pour regrouper.

V. Du débutant au plus avancé: 3 habitudes qui vont de "savoir la mise en page" à "bien la mettre en page"

Les compétences peuvent vous aider à commencer, mais les habitudes vous aideront à progresser.

1. ** Copie et apprentissage des PCB:** Trouver des exemples de PCB de haute qualité (tels que des projets open source et des tableaux de développement de grands fabricants), analyser leur logique de mise en page,par exemple comment STM32 cartes de développement partition et disposer des condensateurs, imiter et résumer les modèles;
2. ** Examen et résumé:** Après chaque projet,enregistrer les problèmes rencontrés dans la mise en page (tels que "oublier de quitter l'espace de dissipation de chaleur entraînant une surchauffe de la puce" ou "les lignes d'horloge étant trop longues causant des interférences de signal"), et les compiler dans votre propre "liste d'évitement";
3. **Outils pratiques:** Utilisez un logiciel EDA gratuit (tel que LCSC EDA) pour pratiquer de petits projets, en commençant par des circuits simples (tels que des cartes de pilotage LED et des modules de port série),Des conceptions complexes de plus en plus difficiles (comme les cartes MCU avec WiFi), et de consolider vos compétences grâce à une expérience pratique.

Résumé: La logique de base pour commencer rapidement

Il n'existe pas de solution " parfaite " pour la mise en page des circuits imprimés, mais les débutants peuvent commencer rapidement en se souvenant de cette logique de 12 mots: " Planifiez d'abord, puis partagez, concentrez-vous sur les éléments clés et vérifiez fréquemment. "

• Phase de planification: définir clairement le débit du signal et les contraintes structurelles; éviter de placer aveuglément des composants.
• Phase de partitionnement: isoler les interférences en fonction de leur fonction et relever des défis tels que les fréquences élevées et les alimentations.
• Phase détaillée: attention à la dissipation de chaleur, l'orientation et l'espacement, l'équilibrage des performances et la fabrication.
• Phase de vérification: utiliser la modélisation 3D et le pré-routage pour vérifier et éviter de manière proactive les problèmes.

Commencez par des projets simples à pratiquer. Après 1-2 projets, vous développerez votre propre rythme de mise en page. Affinez votre travail en fonction de vos besoins spécifiques, améliorant progressivement vos compétences en conception.