Проектирование печатных плат (PCB) является важной частью разработки электронных систем. Оно требует знаний, которые обеспечивают правильность схем, целостность сигналов, минимизацию помех и удобство подключения. В этом материале изложены основные рекомендации и оптимальные методы проектирования.
1. Работа с FPGA
Если в системе используется FPGA, перед разработкой схемы необходимо проверить назначение выводов с помощью специализированного ПО, например Quartus II. Некоторые контакты FPGA предназначены для специфических функций и не могут использоваться как обычные ввода-вывода.
2. Оптимальная структура слоев платы
- Для 4-слойной платы:
Слои сверху вниз: сигнальная плоскость, земля, питание, сигнальная плоскость. - Для 6-слойной платы:
Слои сверху вниз: сигнальная плоскость, земля, внутренний сигнальный слой, внутренний силовой слой, питание, сигнальная плоскость.
Примечание:
- Для плат с 6+ слоями внутренние слои предпочтительны для проводки из-за лучшей защиты от помех.
- Проведение трассировки по слоям земли или питания недопустимо, так как это может вызвать паразитные эффекты и разделить слои питания.
3. Подключение многосистемного питания
Для сложных плат (например, FPGA+DSP на 6 слоях) используются разные напряжения питания:
- 3,3 В — основной источник питания. Легко прокладывается глобальная сеть через переходные отверстия.
- 5 В — прокладывается медью на небольшой площади.
- 1,2 В и 1,8 В — питание ядра. Рекомендуется разносить эти напряжения и соединять их с помощью медных заливок.
Совет:
Использование медных заливок вместо проводов значительно упрощает разводку мощных сетей питания.
4. Перекрестная разводка соседних слоев
Перекрестный метод трассировки сигналов между соседними слоями:
- Снижает электромагнитные помехи.
- Облегчает подключение.
5. Изоляция аналоговых и цифровых сигналов
Для минимизации помех:
- Аналоговые устройства отделяются от цифровых.
- Аналоговая и цифровая земли соединяются в одной точке через индуктор или магнитный шарик.
6. Итеративный процесс проектирования
Проектирование печатных плат похоже на разработку ПО: важно постепенно устранять ошибки.
Основные этапы:
- Проверка принципиальной схемы (особое внимание — питанию и заземлению).
- Разработка чертежа корпуса печатной платы.
- Проверка размеров корпуса и добавление маркировок в библиотеку.
- Импорт списка соединений, оптимизация последовательности сигналов.
- Ручная разводка (с использованием медных заливок для питания).
7. Работа с кварцевыми генераторами
- Размещайте кварцевый генератор как можно ближе к микросхеме.
- Не допускайте проводки под генератором.
- Используйте метод «дерева часов» для маршрутизации тактовых сигналов.
8. Организация сигналов на разъеме
Расположение сигналов в разъеме влияет на удобство подключения. При необходимости оптимизируйте сигналы на принципиальной схеме, но не перенумеровывайте компоненты.
9. Дизайн многоплатных разъемов
- Кабельное соединение: интерфейсы верхнего и нижнего слоев совпадают.
- Прямое гнездо: интерфейсы зеркально симметричны.
10. Организация соединений модулей
- Одна сторона платы: соединения организуются последовательно.
- Разные стороны платы: сигналы модуля соединяются зеркально.
Оптимизация конструкции
- Провод питания и заземления прокладываются рядом, что снижает площадь шлейфа и уменьшает помехи.
- Сигнальные линии размещаются с минимальным параллелизмом для предотвращения взаимной индуктивности.
Проектирование печатных плат требует понимания физических процессов и грамотной организации слоев, питания и сигнальных путей. Соблюдение этих рекомендаций позволит снизить риск помех, повысить надежность работы и упростить разводку сложных систем.
