Trong lắp ráp PCB (bảng mạch in), tối ưu hóa bố cục của các thành phần là một bước quan trọng để đảm bảo hiệu suất, độ tin cậy, khả năng sản xuất và khả năng bảo trì của mạch. Sau đây là những đề xuất chi tiết để tối ưu hóa bố cục của các thành phần PCB:
Đầu tiên, nguyên tắc chung
Phân vùng chức năng:
Chia mạch theo các khối chức năng của nó và đặt các thành phần có cùng các chức năng hoặc liên quan với nhau để tạo điều kiện cho dòng tín hiệu và quản lý năng lượng.
Tránh sự can thiệp lẫn nhau giữa các thành phần với các chức năng khác nhau. Ví dụ, các mạch kỹ thuật số riêng biệt với các mạch tương tự và mạch tần số cao từ các mạch tần số thấp.
Tính toàn vẹn tín hiệu
Khi đặt ra, hãy xem xét hướng và chiều dài của các đường tín hiệu và cố gắng rút ngắn độ dài của các đường tín hiệu chính để giảm độ trễ tín hiệu và nhiễu.
Đối với các đường tín hiệu tốc độ cao, truyền tín hiệu vi sai được áp dụng và chiều dài của các cặp đường khác biệt được rút ngắn càng nhiều càng tốt, giữ các cặp đường song song và có độ dài bằng nhau.
Cân nhắc phân tán nhiệt:
Các thành phần có mức tiêu thụ năng lượng nhiệt cao nên được đặt ở các vị trí có lợi cho sự tản nhiệt, chẳng hạn như các lỗ thông gió gần hoặc tản nhiệt.
Các yếu tố gia nhiệt nên được phân phối đều để tránh quá nóng cục bộ.
Khả năng sản xuất và khả năng bảo trì:
Bố cục của các thành phần nên tạo điều kiện hàn, thử nghiệm và bảo trì.
Để lại đủ không gian cho hoạt động của đồ đạc thử nghiệm và công cụ bảo trì.
Thứ hai, các kỹ thuật bố trí cụ thể
Bắt đầu với cái lớn và sau đó chuyển sang nhỏ; Bắt đầu với khó khăn và sau đó chuyển sang dễ dàng.
Ưu tiên bố cục của các mạch đơn vị quan trọng và các thành phần lõi để đảm bảo vị trí hợp lý của chúng và luồng tín hiệu trơn tru.
Đối với các thành phần khó có thể sử dụng dây, vị trí của chúng nên được lên kế hoạch trước để tránh những khó khăn về hệ thống dây điện tiếp theo.
Sơ đồ khối nguyên tắc tham chiếu:
Theo sơ đồ khối nguyên tắc của mạch, xác định vị trí bố cục của các thành phần chính để làm cho hướng dòng tín hiệu rõ ràng và hợp lý.
Thuận tiện để gỡ lỗi và bảo trì:
Tránh đặt các bộ phận lớn xung quanh các bộ phận nhỏ để ngăn chặn sự cản trở trong quá trình gỡ lỗi và bảo trì.
Không gian đủ nên được để lại xung quanh các thành phần để gỡ lỗi để tạo điều kiện cho việc kết nối các dụng cụ kiểm tra.
Bố cục đối xứng
Đối với các phần mạch có cùng cấu trúc, bố cục tiêu chuẩn đối xứng 'đối xứng ' sẽ được áp dụng càng nhiều càng tốt để tăng cường tính nhất quán và tính thẩm mỹ của bố cục.
Định hướng của các thành phần là nhất quán:
Cùng một loại các thành phần xuyên lỗ phải được đặt theo cùng một hướng theo hướng x hoặc y. Đối với cùng loại các thành phần riêng biệt cực, các nỗ lực cũng nên được thực hiện để giữ cho chúng nhất quán theo hướng X hoặc Y để tạo điều kiện cho việc sản xuất và kiểm tra.
Định vị các thành phần tần số cao
Khi tần số của tín hiệu điện vượt quá 1 MHz, cần chú ý đặc biệt đến việc định vị các thành phần tần số cao.
Các thành phần tần số cao phải được đặt càng gần càng tốt để rút ngắn độ dài của các đường tín hiệu tần số cao và giảm nhiễu tín hiệu.
Lớp mặt đất phải rất hạn chế về mặt mở rộng và các thành phần được kết nối với nó phải gần với nhau nhất có thể.
Bố cục của các tụ điện tách rời:
Các tụ điện tách rời phải được đặt càng gần càng tốt với các chân nguồn của IC để rút ngắn độ dài mạch giữa nguồn điện và mặt đất và tăng cường hiệu ứng tách rời.
Bố cục của các thành phần tản nhiệt:
Các yếu tố gia nhiệt nên được phân phối đều để tránh quá nóng cục bộ.
Đối với các ứng dụng có yêu cầu năng lượng cao, các thành phần tạo nhiệt như bộ điều chỉnh điện áp và bộ khuếch đại vận hành công suất nên được đặt trong các vị trí thuận lợi để tản nhiệt, và nên xem xét sử dụng vias tản nhiệt hoặc tản nhiệt.
Tránh chồng chéo và giao điểm:
Các thành phần nên tránh chồng chéo và băng qua để ngăn các mạch ngắn và nhiễu tín hiệu.
Khi dây, các nỗ lực nên được thực hiện để giảm thiểu việc vượt qua các đường tín hiệu. Nếu nó là không thể tránh khỏi, nên thông qua giao nhau thẳng đứng để giảm nhiễu tín hiệu.
Tạo không gian cho các đường theo dấu vết đồng:
Khi đặt các thành phần, đảm bảo có đủ khoảng cách cho dây đồng đi qua, đặc biệt là các thành phần gần với hàng trăm chân.
Tránh sắp xếp các dấu vết quá dày đặc trong các khu vực có nồng độ cao của các thành phần để ngăn chặn sự khó khăn trong việc giao tiếp hệ thống dây điện và tín hiệu.
Thực hiện theo thiết kế sơ đồ:
Đặt các thành phần theo các nhóm logic trên bố cục PCB như trong thiết kế sơ đồ sẽ tiết kiệm thời gian và giảm thiểu độ dài theo dõi ở mức độ lớn nhất.
Nhiều thành phần đã được nhóm hợp lý theo sơ đồ. Khi đặt ra, mối quan hệ nhóm này nên được duy trì càng nhiều càng tốt.
Thứ ba, kiểm tra và tối ưu hóa bố cục
Kiểm tra tính toàn vẹn tín hiệu
Sử dụng công cụ phân tích tính toàn vẹn tín hiệu để kiểm tra bố cục để đảm bảo các tham số như độ dài của đường tín hiệu, khớp trở kháng và nhiễu xuyên âm đáp ứng các yêu cầu.
Phân tích nhiệt
Tiến hành phân tích nhiệt trên PCB để đảm bảo tản nhiệt tốt các thành phần tạo nhiệt và tránh quá nóng cục bộ.
Kiểm tra khả năng sản xuất
Sử dụng các công cụ kiểm tra khả năng sản xuất để kiểm tra bố cục để đảm bảo bố trí các thành phần tuân thủ các yêu cầu của quy trình sản xuất.
Kiểm tra xem khoảng cách của các thành phần, điểm hàn, VIAS, vv tuân thủ các tiêu chuẩn.
Tối ưu hóa bố cục
Dựa trên kết quả của tính toàn vẹn tín hiệu, phân tích nhiệt và kiểm tra khả năng sản xuất, bố cục được tối ưu hóa và điều chỉnh.
Điều chỉnh các tham số như vị trí, hướng và khoảng cách của các thành phần để làm cho bố cục hợp lý và hiệu quả hơn.
Bằng cách tuân theo các nguyên tắc và kỹ thuật tối ưu hóa bố cục trên, hiệu suất, độ tin cậy, khả năng sản xuất và khả năng bảo trì của PCB có thể được cải thiện đáng kể. Trong các ứng dụng thực tế, các điều chỉnh và tối ưu hóa linh hoạt nên được thực hiện theo các yêu cầu của các mạch cụ thể và các hạn chế của các quy trình sản xuất.
