Les performances d'une carte PCB dépendent à 70% de sa conception de mise en page.même directement affectant la stabilitéQue vous soyez un débutant dans la conception de circuits imprimés ou un ingénieur chevronné à la recherche de solutions d'optimisation,Maîtriser les points clés suivants peut vous épargner 90% des tracas dans votre processus de conception.

I. Préparation de la conception: 3 étapes pour jeter un fondement solide et éviter les retouches

1Définir les contraintes de conception: confirmer les dimensions physiques de la carte PCB, le nombre de couches (sélection de carte simple/double/multicouche), les exigences d'impédance (par exemple, signal à grande vitesse de 50Ω,Signal différentiel de 90Ω), les limites de chute de tension du train de transmission, les normes EMC (CE/FCC, etc.) et les paramètres du processus de fabrication (largeur minimale des traces, espacement des traces, par taille) à l'avance.Écrire ces contraintes dans les règles de conception (DRC) pour éviter les violations dès le début.

2. Examen schématique et optimisation

Avant la mise en page, une deuxième révision schématique est essentielle: vérifiez la rationalité des circuits de puissance, de mise à la terre et de signal, en évitant les intersections inutiles; regroupez les modules fonctionnels (tels que les modules de puissance,interfaces à grande vitesse, et les circuits analogiques) pour fournir une base logique pour la planification ultérieure de la disposition; étiqueter les signaux clés (tels que l'horloge et les paires de différentiels) pour un contrôle ciblé pendant la disposition.

3Sélection des composants et confirmation du paquet
Donner la priorité aux composants avec des emballages normalisés et une inclinaison raisonnable (éviter les emballages à inclinaison fine inférieure à 0,4 mm, ce qui augmente la difficulté de soudure);confirmer l'exactitude de la bibliothèque de paquets (définitions de broches), les emplacements de sérigraphie, les tailles de plaquettes), en particulier pour les composants de précision tels que BGA et QFP, car un emballage incorrect peut directement entraîner une défaillance de la conception.

II. Conception de l'aménagement: Suivez les trois principes de " zonage, proximité et dissipation de chaleur "

1. Mise en page de zonage fonctionnel

Diviser la disposition en sous-régions selon le type et la fonction du signal: zone analogique (ADC/DAC, capteurs), zone numérique (MCU, FPGA), zone de puissance (puces de puissance, inducteurs, condensateurs),Zone d'interface (USB)Réserver des bandes d'isolation (recommandées ≥ 3 mm) entre chaque zone pour empêcher les signaux numériques d'interférer avec les signaux analogiques.

2. Prioriser la disposition des composants critiques: placer les puces d'alimentation (LDO, DC-DC) près de la charge pour réduire la longueur du chemin d'alimentation;placer des inducteurs et des condensateurs près des broches de puce d'alimentation pour former un circuit de filtration complet (éviter les mises en page de "fil volant").

Placer les sources de signal à haute vitesse (tels que les oscillateurs cristallins et les puces d'horloge) près du récepteur pour raccourcir le chemin de transmission et réduire l'interférence de couplage;le boîtier de l'oscillateur de cristal est mis à la terre et une zone sans cuivre de ≥ 5 mm est laissée autour.

Garder les composants générateurs de chaleur (tels que les transistors de puissance et les conducteurs LED) à l'écart des composants sensibles (tels que les MCU et les capteurs) et fournir un espace suffisant pour la dissipation de la chaleur;conception de dissipateurs de chaleur en cuivre si nécessaire.

3. Vérifiez la rationalité de la mise en page: veillez à ce que les broches des composants ne soient pas obstruées et que les marques en sérigraphie soient clairement lisibles; veillez à ce que l'espacement entre les composants à travers le trou soit ≥2.5 mm et l'espacement entre les composants montés en surface est ≥0.5 mm; placer les connecteurs et les composants d'interface près du bord du PCB pour faciliter l'insertion, le retrait et le routage.

III. Conception du câblage: "courte, droite et lisse" comme noyau, tout en tenant compte de l'impédance et de l'EMC.

1- Règles de base de câblage: donner la priorité au routage des signaux critiques (horloge, paires différentielles, signaux de données à grande vitesse), puis des signaux généraux;les lignes d'alimentation et les lignes au sol ont la priorité sur les lignes de signalisation pour assurer une alimentation stable.

Gardez le câblage aussi court et droit que possible, en évitant les courbes et les voies inutiles; si des courbes sont nécessaires, utilisez des angles de 45° ou des bords arrondis.éviter les angles droits de 90° (pour réduire la réflexion du signal et le rayonnement EMC).

Correspondance de la largeur de voie: sélectionnez la largeur de trace en fonction du courant (par exemple, le courant 1A correspond à une largeur de trace de 1 mm, 0,5A correspond à 0,5 mm, la largeur de trace du signal est recommandée de 0,2 à 0,3 mm);La largeur et l'espacement de la trace du signal différentiel doivent respecter strictement les exigences d'impédance (ePar exemple, les paires de différentiels USB 3.0 nécessitent une largeur de trace de 0,2 mm et un espacement de 0,4 mm).

2. Points clés pour le routage du signal à grande vitesse
Les signaux différentiels (tels que HDMI, PCIe et Ethernet) doivent être de même longueur, parallèles et étroitement couplés, avec une différence de longueur contrôlée à moins de 5 mm.

Les signaux d'horloge doivent utiliser une topologie d'étoile ou de chaîne de marguerite pour éviter la connexion parallèle directe de plusieurs charges.

Les signaux à grande vitesse doivent éviter de traverser des zones séparées (comme les plans de puissance et de sol), sinon cela perturbera le plan de référence et causera des problèmes d'intégrité du signal.

3. Lignes directrices pour éviter les pièges de routage
Les lignes de signalisation ne doivent pas traverser les séparations de puissance ou de plan au sol. Si le passage est inévitable, une voie doit être ajoutée au point de passage pour se connecter au plan de référence.

Évitez les longs trajets parallèles de lignes de signaux sur différentes couches (pour réduire le bruit croisé entre les couches).

Les signaux critiques ne devraient idéalement pas avoir plus de 2 voies (les voies introduisent une inductance et une capacité parasites, ce qui affecte l'intégrité du signal).

IV. Conception de la mise à la terre: application flexible de la mise à la terre en un seul point et de la mise à la terre en plusieurs points

4Le noyau de la mise à la terre est de "réduire la surface de la boucle de mise à la terre" et d'éviter les interférences causées par les différences de potentiel de mise à la terre.La mise à la terre analogique et la mise à la terre numérique doivent être câblées séparément et finalement reliées à un point unique à l'alimentation (eLe mélange direct de motifs analogiques et numériques est interdit.

1Différents types de conception de mise à la terre

Signal Ground: Utilisez la "star grounding", qui relie tous les signaux à un point de mise à la terre commun pour réduire le bruit croisé entre les signaux.

Utilisez la mise à la terre multi-points." reliant les bornes de mise à la terre des puces de puissance et des condensateurs de filtres au plan de mise à la terre le plus proche pour raccourcir le chemin de mise à la terre et réduire l' impédance de mise à la terre.

Terrain de protection: la mise à la terre des boîtiers métalliques et des couvercles de protection doit être fiable, avec une résistance de mise à la terre ≤ 1Ω,éviter la formation de "sol flottant" (le sol flottant est sujet à l'accumulation d'électricité statique), entraînant des défaillances EMC).

2. Techniques de conception du plan au sol
Il est recommandé aux cartes multicouches d'utiliser une structure d'empilement "plan de puissance + plan de sol" (par exemple, haut - puissance - GND - bas).Le plan au sol doit être entièrement plaqué en cuivre pour former un plan de référence à faible impédance.Les panneaux à une ou deux couches devraient maximiser la surface de broyage en cuivre, en utilisant un "grille de broyage" ou un "plan de broyage à grande surface"," et relier les couches supérieures et inférieures du sol à travers des voies pour améliorer l' efficacité de la mise à la terre.

V. Conception de l'alimentation électrique: filtrage, découplage et régulation de la tension sont essentiels

1Filtrage et découplage de l'alimentation
Un condensateur en céramique de 0,1 μF (condensateur de découplage) doit être placé à côté de la broche d'alimentation de chaque dispositif actif (MCU, puce), à proximité de la broche et du plan de terre,pour résoudre les problèmes d'approvisionnement actuelsUn condensateur électrolytique de 10 μF + un condensateur céramique de 0,1 μF doit être placé à l'entrée de puissance pour filtrer le bruit basse et haute fréquence.

Les condensateurs électrolytiques et les condensateurs en céramique doivent être placés respectivement aux bornes d'entrée et de sortie de l'alimentation en courant continu.Les bornes de l'inducteur doivent être tenues à l'écart des signaux sensibles afin d'éviter les interférences du coupleur magnétique..

2. Routage par rail électrique
Les rails d'alimentation à courant élevé (tels que la batterie et les moteurs) doivent utiliser des traces larges ou un revêtement en cuivre pour réduire la chute de tension et la production de chaleur.Les bandes d'isolation doivent être réservées entre plusieurs rails d'alimentation pour éviter les courts-circuits.; la segmentation de la puissance devrait adopter une conception "à l'île" avec des lignes de séparation claires, et les lignes de signal ne devraient pas être autorisées à les traverser.

VI. Optimisation EMC: Réduction des interférences électromagnétiques provenant de la source de mise en page

1. Conception du bouclier
Les circuits sensibles (tels que les récepteurs RF et le traitement du signal analogique) doivent utiliser des couvercles de blindage métalliques avec une bonne mise à la terre;les lignes de signalisation et d'alimentation à grande vitesse doivent être suffisamment éloignées (≥ 10 mm) des lignes sensibles, ou être isolé avec du cuivre moulu.

2. Optimisation du filtrage et de la mise à la terre
Les circuits d'interface (USB, Ethernet, interfaces d'alimentation) doivent utiliser des inducteurs en série à mode commun et des diodes TVS parallèles pour supprimer les interférences en mode commun;toutes les lignes de signal des interfaces externes doivent être filtrées avant d'être conduites hors du PCB.

3Réduire les sources de rayonnement
Évitez les longs câbles parallèles, les lignes de transmission sous-minées et les grandes surfaces de cuivre suspendu.Gardez les signaux d'horloge et les signaux à grande vitesse aussi courts que possible et entourez-les de plans au sol pour former une structure de "ligne de micro-bandes", réduisant le rayonnement électromagnétique.

VII. Inspection post-conception: 3 étapes essentielles pour assurer la fabrication et l'absence de dangers cachés

1. RDC vérifier les règles
Une fois la mise en page terminée, une vérification DRC doit être effectuée, en mettant l'accent sur la largeur de trace, l'espacement des traces, la taille, l'espacement des composants, la correspondance d'impédance, etc.,respecter les règles de conception pour éviter toute violation.

2Intégrité du signal et simulation EMC
Pour les circuits imprimés à grande vitesse (signaux ≥ 100 MHz, par exemple), il est recommandé de faire une simulation d'intégrité du signal (SI) pour vérifier la présence de reflets, de bruit croisé, de problèmes de synchronisation, etc. Les produits complexes nécessitent une simulation EMC (par exemple,émissions rayonnantes, décharge électrostatique) pour détecter et résoudre les problèmes d'interférence au plus tôt.

3. Vérification de la fabrication
Taille du visage: les voies perforantes ≥ 0,8 mm, les voies montées à la surface ≥ 0,3 mm, en évitant les voies trop petites qui causent des difficultés de forage.

Masque à souder et écran à soie: les ouvertures du masque à souder doivent couvrir les plaquettes afin d'éviter l'exposition du cuivre; l'écran à soie ne doit pas occulter les plaquettes ou les voies, et les caractères doivent être clairement lisibles.

Conception du panneau: si une pannealisation est requise, réserver des fentes en forme de V ou des trous d'emboutissage et laisser un bord de processus de ≥ 3 mm aux bords du panneau pour une production SMT facile.