Transformez la conception de votre PCB avec ces 31 conseils de routage essentiels

Introduction

Qu'est-ce que le routage PCB exactement et pourquoi est-il crucial dans le monde de la conception électronique ? Cette question revient souvent parmi les professionnels et les passionnés qui se plongent dans le domaine de la fabrication de PCB et de circuits intégrés. Le routage PCB est le processus de connexion de divers composants sur une carte de circuit imprimé (PCB) ou dans des circuits intégrés (CI). Il s'agit d'une étape critique qui suit le placement des composants, où le positionnement précis de chaque composant est déterminé. L'efficacité du routage des PCB a un impact direct sur les performances, la fiabilité et la fabricabilité des appareils électroniques. Dans cet article, nous explorons les subtilités du routage des PCB et fournissons des informations pratiques pour optimiser la conception de votre PCB.

Techniques et astuces de routage de PCB

• Considérations sur la longueur de trace

L'un des aspects fondamentaux du routage des PCB est la prise en compte de la longueur des traces.. Il est essentiel d'inclure la durée de via et les longueurs de tampons d'emballage dans vos calculs. Cette approche globale de mesure de la longueur des traces est cruciale car elle affecte la l'intégrité du signal et timing du circuit. Des mesures inexactes de la longueur des traces peuvent entraîner retards et réflexions du signal, impactant le performances globales du PCB. Par conséquent, la précision dans la prise en compte de chaque partie de la trace, y compris les vias et les plots, est essentielle. essentiel pour une conception de PCB optimale.

• Pêche à la ligne optimale

L'inclinaison des traces dans la conception des PCB est un autre facteur critique. Opter pour un Angle de 135 degrés lorsque le routage des traces est préféré aux angles arbitraires, comme une mauvaise orientation peut entraîner des complications de fabrication. Les angles droits aident à réduisant la réflexion du signal et les changements d'impédance, assurant meilleure intégrité du signal et réduire le potentiel de problèmes de gravure lors de la fabrication. C'est un petit détail en apparence qui peut avoir des implications significatives sur la qualité et la fabricabilité du PCB.

• Éviter les angles vifs dans le routage des traces

Lors de la conception de traces de PCB, il est crucial d'éviter les angles droits ou aigus.. Les angles vifs peuvent entraîner changements indésirables dans la largeur et l'impédance de la trace, ce qui peut provoquer réflexion du signal et, par conséquent, problèmes d’intégrité du signal. Ces réflexions peuvent entraîner diaphonie et interférences électromagnétiques, perturbant potentiellement le performances du circuit. Comme illustré ci-dessous, la pratique recommandée consiste à utiliser traces courbes ou angles de 45 degrés pour assurer une transition plus douce pour les signaux, ce qui aide maintenir une impédance constante et réduire le risque de dégradation du signal.

• Acheminement correct des traces à partir des pads

Lors du routage des traces depuis les pads des composants, il est important de commencer par le côté longitudinal du coussin plutôt que le côté dans le sens de la largeur ou les coins. Idéalement, les traces doivent sortir des patins de manière à éviter les changements brusques de direction, avec un dégagement recommandé d'au moins 6 millièmes du bord du pad jusqu'au coin de la trace. Cette pratique permet de minimiser les contraintes sur les joints de soudure et de réduire le risque de problèmes de gravure pendant la fabrication. La bonne approche du routage à partir des plots facilite non seulement un meilleur processus d'assemblage, mais contribue également à la longévité et à la fiabilité du PCB.

• Stratégie de connexion pour les plots de soudure adjacents

Pour les pads adjacents appartenant au même réseau, une connexion directe doit être évitée. Au lieu de cela, le les traces doivent s'étendre des pads avant de se connecter. Cette approche empêche la formation de ponts de soudure lors du brasage manuel, ce qui pourrait conduire à des courts-circuits. Par étendre d'abord les traces, il y a plus d'espace pour travailler, réduisant le risque d'erreurs de soudure et assurer un connexion plus propre et plus fiable.

• Routage symétrique pour les petits composants de puces

La symétrie dans le routage des traces est particulièrement importante lorsqu'il s'agit de petits composants de puce. Il est crucial de veiller à ce que le les traces aux deux extrémités d'un composant conservent une largeur constante. Si une broche est connectée à un coulée de cuivre, la broche opposée devrait avoir une disposition similaire. Ce Un routage équilibré aide à empêcher le composant de se déplacer ou de tourner pendant le processus de soudage, lequel est essentiel pour maintenir l’intégrité de l’assemblage PCB.

• Mise à la terre et placement des vias GND

Pour les signaux nécessitant une mise à la terre, le maintien de l’intégrité du plan de masse est impératif. Il est recommandé de placer les vias GND (terre) stratégiquement le long des lignes de terre. Le la distance entre deux vias GND ne doit pas être trop grande; idéalement, il devrait se situer dans la plage de 50-150 milles. Le placement correct des vias GND garantit un plan de masse solide et continu, lequel est crucial pour l’intégrité du signal et la minimisation des interférences électromagnétiques. L'image ci-dessous illustre le pratiques de mise à la terre préférées pour les signaux nécessitant une référence à la terre.

• Assurer une couche de référence continue pour le routage des signaux à grande vitesse

Les traces de signaux à grande vitesse nécessitent un plan de référence continu et ininterrompu pour maintenir l'intégrité du signal. Il est crucial de éviter le routage du signal à travers différentes zones où le plan de référence peut être interrompu. Pour les signaux à grande vitesse, il est recommandé que la trace maintienne un distance minimale de 40 mils du bord du plan de référence. Cela permet d'éviter des problèmes tels que discontinuités d'impédance et réflexions de signaux cela peut dégrader les performances du circuit. L'image ci-jointe montre le pratiques de routage idéales pour les signaux à grande vitesse, en s'assurant qu'ils restent dans un plan de référence continu pendant performances optimales.

• Contrôle d'impédance pour les plots de dispositifs à montage en surface (SMD)

Les plots de dispositifs montés en surface (CMS) peuvent entraîner une réduction de l'impédance, ce qui peut entraîner des discontinuités d'impédance affectant l'intégrité du signal. Pour atténuer ce problème, il est conseillé de retirer une couche du plan de référence directement sous les plots CMS, en fonction de la taille des plots. Cette technique permet de minimiser le changement brusque d’impédance. Les composants CMS courants qui bénéficient de cette pratique incluent condensateurs, suppresseurs ESD, selfs de mode commun et connecteurs. L'image ci-dessous illustre la modification recommandée du plan de référence sous les plots CMS pour un meilleur contrôle de l'impédance.

• Minimiser la zone de boucle dans le routage du signal

Dans la conception de PCB, il est essentiel de minimiser la zone de boucle formée par les traces de signal et leurs chemins de retour. Une zone de boucle plus petite réduit le rayonnement électromagnétique émis par la trace et diminue également la sensibilité du circuit aux interférences externes. Comme le montre l'image ci-dessous, la méthode de routage correcte consiste à rendre le chemin du signal aussi direct que possible, minimisant ainsi la zone de boucle. Cette pratique améliore non seulement l'intégrité du signal, mais améliore également la compatibilité électromagnétique (CEM) globale du PCB.

• Minimiser les stubs dans le routage des PCB

Lors du routage des PCB, il est impératif de éviter la création de stubs. Un stub, qui est un segment non connecté d'une trace, peut agir comme une antenne indésirable, introduisant réflexions et dégradation du signal. Il est préférable de concevoir des traces de telle sorte que la longueur du talon est effectivement nulle. De plus, l'effet de via des talons- les restes d'une trace laissée dans un via après qu'un signal change de couche - doivent être pris en compte, en particulier lorsque la longueur du stub dépasse 12 millièmes. Dans de tels cas, il est conseillé d'évaluer l'impact des vias sur l'intégrité du signal par simulation. Des techniques comme contre-perçage peut être utilisé pour éliminer l'excès de matériau de stub et préserver l'intégrité du signal. Les images ci-dessous fournissent un guide visuel sur la façon d'éviter les talons dans la conception de PCB, à la fois dans les traces et dans les vias.

• Éviter la formation de boucles sur différentes couches

Dans les conceptions de PCB multicouches, il est crucial de évitez de créer des boucles avec des traces sur différentes couches. De telles boucles peuvent agir comme des antennes, provoquant potentiellement interférence radiative cela peut perturber la fonctionnalité du circuit. S'assurer que les traces sont acheminées pour empêcher la formation de boucles est une considération clé en matière de conception, en particulier lorsqu'il s'agit de signaux haute fréquence où le potentiel d'interférence est plus important. L'image ci-dessous montre comment acheminer correctement les traces pour éviter la formation de boucles et minimiser le risque d'interférence radiative.

• Placement des points de test sur les signaux à grande vitesse

Pour les traces de signaux à grande vitesse, il est généralement recommandé de s'abstenir de placer des points de test. Les points de test peuvent introduire des discontinuités et des inadéquations d'impédance, ce qui peut entraîner des problèmes d'intégrité du signal tels que des réflexions et une atténuation. Dans les applications à grande vitesse, même de petites discontinuités peuvent perturber considérablement la transmission du signal. Il est donc crucial de maintenir une trace fluide et cohérente sans points de test pour préserver la qualité du signal.

• Blindage pour les signaux sujets aux interférences ou sensibles

Les signaux sujets aux interférences ou particulièrement sensibles, tels que les signaux radiofréquences (RF), nécessitent une planification minutieuse. blindage. La mise en œuvre d'un bouclier, généralement d'une largeur d'au moins 40 mils (bien que le maintien d'un minimum de 30 mils soit conseillé et puisse être confirmé auprès du fabricant), peut réduire considérablement les interférences. De plus, placer de nombreux vias de masse sur le blindage peut améliorer son efficacité en garantissant une connexion solide au plan de masse et en améliorant la qualité de la soudure.

• Largeur de trace uniforme au sein du même réseau

Le maintien d'une largeur de trace uniforme au sein du même réseau est essentiel pour une impédance caractéristique cohérente. Les variations de largeur de trace peuvent provoquer impédance inégale, conduisant à des réflexions de signal, en particulier à des vitesses de transmission plus élevées. Bien que certaines conditions, telles que les sorties des connecteurs ou les boîtiers Ball Grid Array (BGA), puissent nécessiter des modifications de la largeur de trace en raison de l'espace limité, il est important de minimiser la longueur de toute section où la largeur de la trace n'est pas cohérente. Cela aide à réduire l’impact sur l’intégrité du signal.

• Largeurs de trace pour les brochages IC

Pour les traces partant de Broches de circuit intégré (CI), le la largeur de la trace doit être inférieure ou égale à la largeur du tampon. Il est crucial d'éviter que la largeur de trace soit supérieure à la largeur du plot pour éviter les problèmes de soudure et garantir l'intégrité de la connexion électrique. Pour certains signaux qui nécessitent des traces plus larges en raison d'une capacité de charge actuelle, les traces peuvent être élargies d'environ 6 à 10 mils au-delà du tampon pour s'adapter à l'augmentation du courant sans compromettre la connexion. Cette pratique garantit que la trace peut gérer le courant requis tout en conservant une connexion robuste au plot IC.

• Tracer les connexions aux pastilles et aux vias

Il est fondamental que les traces doivent se connecter au centre des plots et des vias. Cette précision garantit des performances de soudure et électriques fiables. Tout désalignement peut entraîner des joints de soudure faibles ou même des circuits ouverts, préjudiciables à la fonctionnalité du PCB. En ciblant le centre des plots et des vias, les concepteurs peuvent éviter ces problèmes et maintenir l'intégrité des connexions du circuit.

• Distance de fuite pour les signaux haute tension

Pour signaux haute tension, assurant une adéquation ligne de fuite est essentiel pour maintenir la sécurité et prévenir les pannes électriques. La ligne de fuite est le chemin le plus court entre deux parties conductrices, ou entre une partie conductrice et la surface limite de l'équipement, mesuré le long de la surface de l'isolation. Le spécifique exigences relatives aux lignes de fuite varient en fonction des niveaux de tension et des conditions d'utilisation, mais ils sont essentiels au respect des normes de sécurité.

Les paramètres des lignes de fuite sont les suivants :

• Topologie de routage pour plusieurs puces DDR ou mémoire

Dans les conceptions intégrant plusieurs Modules DDR ou autre puces mémoire, il est indispensable de confirmer le topologie de routage. La topologie fait référence à la disposition physique des interconnexions entre les composants de mémoire, qui peut affecter considérablement les performances et la stabilité. Les concepteurs doivent s'assurer qu'il existe un document de référence ou une norme à suivre qui définit la stratégie de routage optimale pour ces composants, en tenant compte de facteurs tels que la correspondance de longueur de trace et l'intégrité du signal. Avoir une topologie de routage bien planifiée est crucial pour le bon fonctionnement des interfaces mémoire, en particulier dans les applications à grande vitesse où la synchronisation et la qualité du signal sont primordiales.

• Autorisation pour les régions Gold Finger dans les PCB multicouches

Dans les conceptions de PCB multicouches, le régions du doigt d'or— les zones du PCB qui entrent en contact avec les connecteurs — nécessitent une attention particulière. Il est nécessaire de créer un espace libre en retirant le cuivre (appelé « fenêtre » ou « fente ») sous les doigts d'or sur toutes les couches. Ce jeu évite les courts-circuits et garantit que les doigts dorés établissent des connexions fiables. La zone de cuivre retirée doit généralement s'étendre au moins 3mm au-delà du bord du PCB pour garantir qu'il n'y a aucune interférence avec le cadre ou le boîtier de la carte. Un dégagement approprié est crucial pour la fonctionnalité et pour éviter tout dommage lors de l'insertion ou de l'utilisation.

• Planification stratégique du routage aux emplacements goulots d'étranglement

Lors de la pose d'un PCB, il est crucial de planifier stratégiquement les emplacements goulots d’étranglement au sein des canaux de routage. Il s’agit de zones où le chemin se rétrécit, limitant potentiellement l’espace disponible pour les traces. Planification préalable des sections les plus étroites du canal peut garantir que la largeur et l'espacement des traces sont adaptés aux exigences du signal, évitant ainsi des problèmes tels que la diaphonie et l'inadéquation d'impédance. Une planification appropriée aide à maintenir l’intégrité du signal et réduit le besoin de révisions ultérieures de la conception.

• Placement des condensateurs de couplage

Pour des performances optimales dans la conception de PCB, les condensateurs de couplage doivent être placés le plus près possible des connecteurs ils sont associés. Cette proximité minimise la zone de boucle et réduit ainsi les interférences électromagnétiques (EMI). Cela garantit également que tout bruit présent sur les lignes de signal est rapidement dérivé vers la terre avant qu'il ne puisse affecter d'autres parties du circuit. Le placement stratégique des condensateurs de couplage est une considération clé dans la conception de circuits à grande vitesse afin de maintenir l'intégrité du signal et de minimiser les problèmes potentiels de bruit.

• Placement des résistances en série et de terminaison

Dans la conception de PCB, résistances en série doit être placé à proximité de l’appareil émetteur, tandis que résistances de terminaison sont mieux positionnés près de l’extrémité de réception. Par exemple, il est recommandé que les résistances série sur un signal d'horloge eMMC soient situées à 400 milles du processeur. Cet emplacement garantit que l'intégrité du signal est maintenue en adaptant l'impédance et en minimisant les réflexions, ce qui est essentiel pour les signaux à grande vitesse que l'on trouve généralement dans les interfaces de mémoire et de processeur.

• Mise à la terre via placement pour les tampons IC

Il est recommandé de placer au moins un via de masse sur chaque plot de masse des circuits intégrés, tels que les puces de mémoire eMMC ou FLASH. Cette pratique effectivement raccourcit le chemin de retour pour les signaux, ce qui est vital pour maintenir l’intégrité du signal et réduire les interférences électromagnétiques (EMI). Une mise à la terre appropriée via un placement peut améliorer considérablement les performances électriques des circuits numériques à grande vitesse en fournissant un chemin à faible impédance vers la terre.

• Mise à la terre via placement pour les appareils ESD

Pour Dispositifs de protection contre les décharges électrostatiques (ESD), il est conseillé de placer un via de terre sur chaque plot de terre. Cette configuration garantit que le courant ESD peut être acheminé rapidement et efficacement vers le plan de masse, améliorant ainsi l'effet de protection. Les vias de terre doivent être placés aussi près que possible des plots pour minimiser l'inductance et la résistance du chemin vers la terre. L'image ci-dessous illustre l'emplacement recommandé des vias de terre pour les dispositifs ESD afin de maximiser leur efficacité.

• Considérations sur le routage autour des composants sensibles

Dans la configuration des PCB, il est crucial de éviter de router des traces autour de composants sensibles tels que les cristaux, les oscillateurs, les générateurs d'horloge, les distributeurs d'horloge, les alimentations à découpage, les dispositifs magnétiques et les trous traversants de connecteur. Ces composants sont souvent sensibles au bruit et peuvent eux-mêmes être des sources d’interférences. Les traces acheminées trop près de ces composants peuvent introduire du bruit indésirable ou être affectées par des interférences, entraînant des problèmes potentiels d'intégrité du signal et de performances du circuit. Par conséquent, maintenir une zone dégagée autour de ces composants est essentiel pour garantir la stabilité et la fiabilité du PCB.

• Transition de couche et gestion des vias pour l'intégrité du signal

Dans la conception de PCB, lorsqu'une trace de signal change de couche et que les deux couches sont référencées au plan de masse, il est important de placer un via de terre d'accompagnement adjacent au via de signal. Cela garantit la continuité du chemin de retour et maintient l’intégrité du signal. Pour signaux différentiels, le via de signal et le via de terre qui l'accompagne doivent être placés symétriquement pour préserver l'impédance de la paire différentielle et minimiser la diaphonie. Dans le cas d signaux asymétriques, placer un via de masse de retour à côté du via de signal réduit la diaphonie entre les vias et prend en charge l'intégrité du signal.

• Dégagement du cuivre à la terre pour les connecteurs

Lors de la conception de connecteurs PCB, il est crucial de s'assurer que le cuivre de terre s'étend sur une distance d'au moins trois fois la largeur de la trace loin des zones de signalisation. Cet espacement, noté ≥3 W en termes techniques, permet d'éviter la diaphonie et les interférences électromagnétiques (EMI) entre la terre et les lignes de signal, ce qui est vital pour maintenir l'intégrité du signal. L'illustration ci-dessous montre le dégagement recommandé en cuivre à la terre pour les connecteurs, un paramètre de conception clé pour une configuration de circuit imprimé robuste.

• Maintenir l'intégrité de l'avion dans les régions BGA

Pour les zones sous Forfaits Ball Grid Array (BGA), il est important de maintenir l’intégrité des couches planes. S'il y a une cassure dans l'avion, elle doit être comblée avec des traces ou la planche doit être modifiée via un processus appelé « amincir » ou « sculpter » pour assurer la continuité. Cette pratique évite de compromettre la efficacité de la puissance ou des avions au sol, ce qui peut entraîner des problèmes de distribution d'énergie et d'intégrité du signal. L'image ci-dessous illustre la méthode correcte pour combler les éventuelles lacunes du plan sous les régions BGA, ce qui est essentiel au bon fonctionnement du PCB.

• Blindage de terre dans le routage des PCB

Lorsque le routage des PCB implique blindage au sol, il est recommandé de suivre les pratiques décrites dans l'image. L représente l'espacement entre les vias de terre dans le blindage, et D indique la distance entre le blindage de terre et les traces du signal. Pour un blindage efficace, la distance D doit être au moins quatre fois supérieure à la largeur de la trace (≥4*W). Cela garantit une interférence minimale entre le blindage de terre et les lignes de signal, maintenant ainsi l'intégrité du signal dans tout le PCB.

• Blindage de masse pour les signaux asymétriques à grande vitesse

Certains critiques signaux asymétriques à grande vitesse, tels que les signaux d'horloge, les lignes de réinitialisation (par exemple, emmc_clk, emmc_datastrobe, RGMII_CLK), doivent être protégées par une trace de masse. Il est conseillé de mettre à la terre au moins tous les 500 milles le long du blindage de terre pour assurer un chemin efficace à faible impédance vers la terre. Cette pratique permet de minimiser le bruit et de préserver l’intégrité du signal pour ces signaux sensibles à grande vitesse. L'image ci-dessous présente l'emplacement recommandé des vias de terre le long du blindage de terre pour de tels signaux.

Conclusion

Notre voyage à travers les éléments essentiels de la conception de PCB a été enrichi par les informations fournies par Huowa de Zhihu. Avec la permission de Huowa, nous avons adapté ses conseils d'experts pour les adapter à notre récit, dans le but de partager avec vous un guide clair et exploitable.