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高速PCB设计中放置PCB通孔


在设计印刷电路板时,需要完成很多放置工作。首先,将需要放置所有原理图符号。然后,它们可能会在原理图完成之前被移动并重新放置很多次。进入布局后,将放置每个组件。并且与原理图一样,这些零件也将移动很多,以优化布局以获得好的电路性能和可制造性

不过,还有一部分布局需要放置,而这些都是设计中的所有过孔。如果您从未想过将通孔添加为放置它们,那么您并不孤单。通孔通常被认为是走线工艺的一部分。水平走线直到遇到障碍物,然后向下走到下一层并垂直走线。但是,在高速设计中的过孔布置中,这种思维需要受到挑战,因为过孔可能会对电路板的性能产生巨大影响。

设置高速设计中的过孔

您可以做的好的事情之一就是帮助您将通孔放置在高速设计中,这是在您进入布局之前必须首先组织好自己。这意味着您将获得针对任何类型的PCB布局所需的所有基础知识的设计设置。您将要确保原理图尽可能干净和完整,并了解要在布局中使用的图层堆叠。您还应该确保您的PCB足迹和其他库零件是比较新的并且可以使用,并设置网格和其他设计参数。

设计设置的另一部分是准备将在布局中使用的过孔。这些通常在PCB零件库中可用,或者您可以在CAD工具中自己创建它们。您设置的通孔应与布局的不同网络和设计约束条件相关联,以便在适当的位置使用正确的通孔。高速设计将需要混合使用不同尺寸和类型的通孔:

通孔:这是几乎所有PCB布局上都使用的标准通孔类型,并钻穿了从上到下的层,连接了整个PCB的所有层。您将需要较大的通孔通孔以进行电源和接地连接,而需要较小的通孔以进行常规信号路由。在某些情况下,您可能需要混合使用不同大小的通孔,具体取决于要布线的网络的当前负载。

盲孔和埋孔:盲孔始于外层(顶部或底部),并终止于内层。另一方面,掩埋过孔在内层开始和停止。这些通孔的制造成本更高,但可能成为布线密集设计的重要组成部分。

微型通孔:可以通过激光钻孔而不是使用常规钻头创建微型通孔,从而使其更小。这在高密度设计中非常重要

用于扇出布线的通孔

一旦开始设计,您显然必须先放置组件,然后才能进行布线,但是仍然需要牢记最终的布线和通孔样式。您将要开始使用主要组件并将电路路径分组在一起,然后在它们周围添加较小的部分。放置去耦电容器时,请记住,将IC电源引脚连接到电路板另一侧的电容器的过孔具有比两部分都在同一侧的电感大得多的电感。

放置通孔以将去耦电容器连接至IC只是您将要进行的逃逸布线的一部分。包括球栅阵列(BGA)在内的大多数所有表面安装零件都需要在其上添加通孔,以访问内层布线通道。这是为通孔使用设计网格的很大帮助:

使用宽的栅格进行通孔间距将允许它们之间有更大的布线通道。

过孔的位置应有策略地放置,以允许在不同方向上布线以及转动大的走线总线。

与随机放置的过孔相比,网格上与放置的组件对齐的过孔将提供更多的路由通道。

在某些情况下,一般远离该器件布线,然后掉下通孔以避免阻塞布线通道。

从细间距BGA布线时,您可能必须使用较小的通孔,焊盘中的通孔或微通孔才能进入所有逸出布线。BGA焊盘中常规钻孔的通孔对此非常有帮助,但将需要额外的制造步骤来完成防止焊料通过孔芯吸走。BGA焊盘中的微孔也很有帮助,但由于高密度设计中的走线和空间公差很窄,因此对于制造商而言可能会更加困难。请记住,当您从高引脚数的器件(如BGA)中逃逸出布线时,重要的是您的通孔图样要留出内层布线通道的空间。

通孔和信号完整性

完成逸出布线后,就该开始以蚀刻方式将网络连接在一起了,但是您仍然需要注意如何在高速设计中布线和放置过孔。我们都知道PCB上的走线具有电感,但过孔也具有电感。尽管通孔的长度与走线相比非常小,但仍可能会影响甚高频线的信号完整性。因此,一般尽可能减少通孔的使用。这将帮助您避免任何额外的电感,长度或其他信号完整性问题,这些额外的过孔可能会导致高速或RF设计。有关在设计RF信号时要使用的一些好的实践的更多信息。

高速设计中过孔放置的另一个问题是布线差分对。您将希望尽可能避免使用过孔,但这通常很难做到。当您确实在差分对中使用过孔时,请将过孔放在两条走线上以使其相等。此外,在通孔周围布线差分对时,请确保不要在通孔的两侧分开走线。两条线需要保持在一起。

放置通孔进行逃逸布线或总线布线时,请注意不要在接地层中形成连续的空隙。防垫在平面上的重叠可能会产生一个插槽,如下图所示。该空隙会阻塞通过平面的清晰信号返回路径,导致返回信号四处游荡,试图找到返回的路径。这样阻塞返回路径会导致电路板的电磁干扰(EMI)和信号完整性问题增加。有关设计良好的供电网络(PDN)的更多有用信息

高速设计中的另一个过孔问题是过孔短截线。当使用将第1层连接到第2层的通孔过孔时,过孔仍将继续延伸到板的另一侧。多余的部分是线路上的存根,可能导致不希望的信号反射。这些存根可以通过称为反钻的制造工艺来消除,或者使用盲孔和掩埋过孔可以将过孔叠层限制在它所连接的层上。

高速设计中的另一种有用的过孔技术是将缝合过孔放置在电路板上特定对象周围或整个电路板轮廓周围。缝合过孔所产生的法拉第笼效应通过防止任何板对象充当天线来帮助抑制板中潜在的EMI问题。同样,通过将板的所有接地层与缝合过孔连接在一起,它可以帮助这些平面保持在相同的接地电位,这有助于提高信号完整性。

使用PCB设计CAD工具处理过孔

如您所见,通孔还有很多,而不仅仅是在高速设计中连接走线。您如何使用或不使用通孔可能会对设计最终的工作方式产生巨大影响。幸运的是,您的CAD工具可以为您提供创建,修改和管理通孔的方法,从而为您提供了很多帮助。您还可以使用网格,设计规则和约束来控制用于特定网,层或电路板区域的通孔。

 

 

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