Трассировка печатных плат программа. Эффективная трассировка печатных плат: методы, инструменты и рекомендации

Как правильно выполнить трассировку печатной платы. Какие программы использовать для автоматической и ручной трассировки. Какие методы и приемы помогают оптимизировать разводку проводников. На что обратить внимание при проектировании многослойных плат.

Основные принципы трассировки печатных плат

Трассировка печатной платы — это важнейший этап проектирования электронных устройств, от которого напрямую зависит их работоспособность, надежность и электромагнитная совместимость. При разводке проводников необходимо руководствоваться следующими основными принципами:

• Минимизация длины проводников и количества переходных отверстий
• Обеспечение необходимых зазоров между проводниками
• Соблюдение требований к ширине проводников
• Правильная организация цепей питания и заземления
• Учет требований электромагнитной совместимости
• Оптимальное использование площади платы

Для эффективной трассировки современных многослойных печатных плат крайне важно использовать специализированное программное обеспечение. Рассмотрим наиболее популярные САПР для разводки печатных плат.

Программы для автоматической и ручной трассировки печатных плат

При проектировании печатных плат используются как системы автоматической трассировки, так и инструменты для ручной разводки. Наиболее распространенные САПР:

• Altium Designer
• OrCAD PCB Designer
• PADS Professional
• Mentor Graphics Xpedition
• Cadence Allegro
• Proteus Design Suite
• KiCad

Каждая из этих программ имеет свои особенности и преимущества. Выбор конкретной САПР зависит от сложности проекта, требований к функциональности, бюджета и других факторов.

Методы оптимизации трассировки многослойных печатных плат

При разработке сложных многослойных плат применяются различные методы и приемы для оптимизации трассировки:

• Использование сплошных полигонов питания и земли
• Послойное распределение сигналов различных типов
• Применение дифференциальных пар для высокоскоростных сигналов
• Контроль волнового сопротивления критичных цепей
• Экранирование чувствительных сигналов
• Минимизация паразитных связей между слоями

Правильное применение этих методов позволяет значительно улучшить характеристики печатной платы и обеспечить ее надежное функционирование.

Особенности трассировки высокочастотных печатных плат

При разработке печатных плат для высокочастотных устройств необходимо учитывать ряд дополнительных факторов:

• Контроль импеданса линий передачи
• Минимизация отражений и перекрестных помех
• Экранирование чувствительных цепей
• Правильная организация возвратных токов
• Использование специальных материалов с низкими потерями

Для высокочастотных плат крайне важно выполнять электромагнитное моделирование, чтобы убедиться в отсутствии проблем с целостностью сигналов и электромагнитной совместимостью.

Рекомендации по трассировке цепей питания и заземления

Правильная организация цепей питания и заземления критически важна для надежной работы электронных устройств. Основные рекомендации:

• Использование сплошных полигонов питания и земли
• Минимизация длины силовых цепей
• Применение звездообразной топологии для заземления
• Разделение аналоговой и цифровой земли
• Установка развязывающих конденсаторов
• Фильтрация помех по цепям питания

Соблюдение этих рекомендаций позволяет значительно улучшить характеристики печатной платы по электромагнитной совместимости.

Инструменты анализа и верификации трассировки

После завершения трассировки печатной платы необходимо выполнить комплексный анализ и верификацию проекта. Для этого используются следующие инструменты:

• Проверка соблюдения правил проектирования (DRC)
• Анализ целостности сигналов
• Анализ перекрестных помех
• Электромагнитное моделирование
• Тепловой анализ

Применение этих инструментов позволяет выявить и устранить возможные проблемы на этапе проектирования, до изготовления прототипа.

Оптимизация трассировки для автоматической сборки

При проектировании печатных плат для массового производства необходимо учитывать требования автоматизированной сборки:

• Соблюдение технологических зазоров между компонентами
• Правильная ориентация компонентов
• Организация реперных знаков
• Размещение тестовых точек
• Учет особенностей пайки оплавлением

Оптимизация трассировки с учетом этих факторов позволяет повысить технологичность печатной платы и снизить вероятность дефектов при сборке.

Sprint Layout 5 — программа для рисования печатных плат

Sprint Layout — простое и удобное программное решения для разводки печатных плат при помощи компьютера.

Sprint Layout 5 позволяет наносить на плату соединительные контакты, SMD-контакты, проводники, полигоны, текст и другие надписи и маркировки. Контактные площадки могут быть выбраны из широкого набора макросов.

Существует также возможность работы со слоями — слой контакных дорожок и слой компонентов — для каждой стороны платы. Дополнительно можно использовать и другие слои: слой формы платы, а также 2 внутренних слоя для создания и планирования многослойных печатных плат. Из дополнительных особенностей можно отметить:  маска по олову, SMD-маска, металлизация, контроль и т.д.

Библиотека макросов имеет возможность добавления компонентов, редактирования и рисования собственных прямо в программе.

Встроенная справка станет вам удобным путеводителем при работе с данной программой для разводки печатных плат и поможет разобраться с возможностями программы и даст навыки эффективной разработки. Кстати, на ряду с ней есть также удобная программа для рисования электронных схем, которая называется  sPlan.

В комплект(отдельным файлом) добавлено большое количество электронных компонентов, можно сказать целая библиотека компонентов что способствуют быстрейшей разводке печатных плат. Интерфейс программы очень простой и разобраться с работой программы сможет даже начинающий пользователь.

Однозначно эту программу должен иметь у себя в наборе каждый радиолюбитель, Sprint Layout 5 — незаменимый помощник в разводке и проектировании печатных плат на компьютере!

Настоятельно рекомендуем купить программу на сайте разработчика: http://www.abacom-online.de/uk/html/sprint-layout.html

Скачать Sprint Layout 5 RUS (3 Мб)   Скачать Библиотеку макросов для Sprint Layout 5 (10 Мб)

Установка: распаковать программу в папку на компьютере, скачать библиотеку максросов и распаковать в подпапку Makros, что находится в папке программы. Запустить программу — клацнуть Опции — Установки — Библиотека — указать путь к папке с макросами. Все!

Примечание: если программа долго грузится, то можно поудалять ненужные макросы — будет работать шустрее.

Автотрассировщик печатных плат TopoR — Эремекс

TopoR обеспечивает исключительное качество автоматической трассировки

Изотропная трассировка с использованием дуг обеспечивает наиболее эффективное использование поверхности платы.

Топологический трассировщик TopoR отличается тем, что не имеет преимущественных направлений трассировки, кратных 45°. Трассировка под произвольными углами обеспечивает более экономичное использование коммутационного пространства.

Фрагмент топологии, полученной с использованием САПР TopoR.

Дополнительное преимущество обеспечивается использованием сглаживания проводников дугами или аппроксимирующими дугу линиями.

При использовании трассировки со сглаживающими дугами коммутационное пространство платы используется более эффективно.

Во многих случаях именно сглаженные дугами проводники могут обеспечить максимальный и при этом одинаковый по всей длине зазор между проводниками, что важно, например, для дифференциальных пар.

Единственный вариант трассировки с максимально возможным зазором между проводниками.

При использовании трассировки, кратной 45º, зазоры неравномерны и их минимальная величина примерно на 30% меньше. 

Таким образом, используемая САПР TopoR трассировка под произвольными углами со сглаживанием дугами обеспечивает наиболее эффективное использование коммутационного пространства платы.

TopoR поддерживает два режима оптимальной трассировки однослойных печатных плат.

САПР TopoR лидирует в области высокооптимизирующих алгоритмов проектирования однослойных печатных плат. Благодаря эффективным алгоритмам минимизации количества и длины перемычек обеспечиваются результаты, сравнимые с ручной трассировкой. Распространенные, в том числе первоклассные, САПР печатных плат с такого рода задачами не справляются.

TopoR автоматически страссировал плату в одном слое без перемычек менее чем за 1 сек.

Первоклассный Shape-based трассировщик не справился с задачей (страссировано только 56,3% цепей).

TopoR — это незаменимый инструмент для проектирования гибких печатных плат.

Умение минимизировать число межслойных переходов делает TopoR предпочтительным автотрассировщиком при конструировании гибких печатных плат.

Гибкие печатные платы представляют собой наборы соединительных кабелей, которые могут содержать однослойные, двухслойные и многослойные структуры. Платы могут быть как полностью гибкими, так и представлять собой комбинацию жестких и гибких частей. Типовыми требованиями к проводникам в в сгибаемой части являются:

• перпендикулярность к направлению изгиба;
• “шахматное” расположение на смежных слоях;
• металлизированные переходные отверстия не допускаются.

На следующем рисунке представлена топология гибкой печатной платы, полученная популярным Shape-based трассировщиком. Необходимо отметить наличие межслойных переходов в сгибаемой части, значительное количество проводников, идущих непосредственно один под другим на смежных слоях, и сегменты проводников, идущих под углом 45º к направлению изгиба.

Топология гибкой печатной платы, полученная популярным Shape-based трассировщиком (суммарная длина проводников — 346 дюймов, число межслойных переходов – 61).

Та же плата, разведенная САПР TopoR, не содержит межслойных переходов и при этом имеет меньшую суммарную длину проводников.

Топология гибкой печатной платы, полученная автотрассировщиком TopoR  (суммарная длина проводников — 322 дюйма, число межслойных переходов – 0).

САПР TopoR обеспечивает существенный выигрыш по количеству межслойных переходов и суммарной длине проводников по сравнению с другими САПР печатных плат.

Благодаря уникальным алгоритмам трассировки САПР TopoR обеспечивает рекордные показатели по минимизации числа межслойных переходов и суммарной длины проводников на проектируемой печатной плате.

Как результат, TopoR позволяет спроектировать ту же самую печатную плату в меньшем числе слоев, и/или  меньшего размера, и/или более дешевую в производстве, и/или обладающую лучшими показателями по электромагнитной совместимости, в том числе за счет увеличенных зазоров между проводниками.

Ниже для одной и той же платы с одинаковыми технологическими ограничениями приведены примеры автотрассировки популярным стандартным автотрассировщиком и автотрассировщиком TopoR. Автотрассировщик TopoR растрассировал плату на 2-х слоях вместо 8-ми, достигнув при этом лучших показателей как по числу межслойных переходов, так и по суммарной длине проводников.

Плата, растрассированная популярным стандартным автотрассировщиком на 8 слоях (суммарная длина связей – 48 м, число межслойных переходов — 1619).

Эта же плата, растрассированная автотрассировщиком TopoR всего на 2-х слоях (суммарная длина связей – 42 м, число межслойных переходов – 1097).

САПР TopoR удерживает лидерство по основным показателям и для сложных многослойных плат. Ниже в таблице представлены результаты тестового сравнения автотрассировщика TopoR и 3-х других популярных автотрассировщиков.

Сравнительная таблица результатов работы автотрассировщика TopoR и трех других популярных автотрассировщиков при одинаковых технологических ограничениях.

	ТЕСТ 1		ТЕСТ 2		ТЕСТ 3
	TopoR	попу-лярный стан-дартный трасси-ровщик 1	TopoR	перво-классный Shape based трасси-ровщик	TopoR	попу-лярный стан-дартный трасси-ровщик 2
Цепи	548 253 2588		1095 1131 5708		891 571 5050
Компоненты
Контакты
Переходы	1110	1619	2832	3932	1800	3301
Слои	2	8	4	4	4	4
Длина	47м	48 м	73 м	86 м	83 м	97 м

Уникальное качество автоматической трассировки BGA-компонентов.

Благодаря отсутствию предпочтительных направлений трассировки и глубокой оптимизации TopoR обеспечивает качественную трассировку современных BGA-компонентов, что для других трассировщиков представляет собой традиционно трудную проблему.

При использовании BGA-компонентов число слоев зачастую зависит в первую очередь от максимального числа рядов контактов таких компонентов и принятых технологических норм (минимальной ширины проводника и величины минимального зазора).

В ряде САПР трассировка области BGA-компонентов осуществляется по шаблону: быстрый выход на периферию компонента в заранее определенном слое. Зачастую это приводит к ухудшению разводки (избыточной длине проводников и завышенному числу межслойных переходов) и не учитывает, что при наличии эквипотенциальных и незадействованных контактов микросхемы в ряде случаев число слоев, необходимых для реализации связей, может быть уменьшено.

Применяемые в TopoR специальные алгоритмы трассировки областей BGA-компонентов с учетом размещения развязывающих конденсаторов позволяют получать великолепные результаты для самых сложных и насыщенных современных печатных плат.

Вид трассировки области BGA первоклассным Shape based автотрассировщиком. В области BGA компонента осталось неразведенными 38 трасс.

Вид трассировки области BGA автотрассировщиком TopoR для той же самой платы. Все трассы разведены.

В приведенном примере первоклассный Shape-based автотрассировщик не смог страссировать 38 проводников в области BGA-компонента, в то время как автотрассировщик САПР TopoR, соблюдая те же технологические ограничения, обеспечил трассировку 100% проводников с меньшим числом переходных отверстий в области BGA. На примере можно видеть особенности алгоритмов автотрассировки САПР TopoR, обеспечивающих в данном случае кратчайшие соединения контактов микросхемы с переходными отверстиями, при этом с одним переходным отверстием соединяются не более 3-х контактов микросхемы. Shape-based автотрассировщик допустил соединение до 7 контактов на одно переходное отверстие (при заданном ограничении не более 3-х), не обеспечивая при этом минимизацию длины проводников от контактов микросхемы до переходных отверстий.

Улучшение качества трассировки за счет учета логической эквивалентности выводов компонентов.

Уникальной особенностью автотрассировщика САПР TopoR является возможность учета логической эквивалентности выводов компонентов. Автотрассировщик автоматически перебрасывает цепи с одного вывода на другой, если это позволяет оптимизировать топологию печатной платы. Все изменения пишутся в ECO-файл, который затем может быть импортирован в систему схемотехнического проектирования.

Топология платы, страссированной без учета логической эквивалентности выводов. Число межслойных переходов 67, суммарная длина проводников 5,21 м..

Топология платы, страссированной при условии эквивалентности всех логических выводов микросхемы FPGA. Число межслойных переходов 17, суммарная длина проводников 3,79 м.

Загрузить бесплатную демо-версию!

Рекомендации по трассировке печатной платы онлайн — Резонит

общий план / оборот

общий план оборот Выбран общий план. Для просмотра ошибок выберите слой печатной платы. Слой silk_screen-top Требуется доработка проекта Изготовление с повышающим коэффициентом * Отображается не более 5 ошибок каждого типа. Слой solder_mask-top Требуется доработка проекта Изготовление с повышающим коэффициентом * Отображается не более 5 ошибок каждого типа. Слой copper-top Требуется доработка проекта Изготовление с повышающим коэффициентом * Отображается не более 5 ошибок каждого типа. Слой power_ground2n Требуется доработка проекта Изготовление с повышающим коэффициентом * Отображается не более 5 ошибок каждого типа. Слой power_ground3 Требуется доработка проекта Изготовление с повышающим коэффициентом * Отображается не более 5 ошибок каждого типа. Слой power_ground4n Требуется доработка проекта Изготовление с повышающим коэффициентом * Отображается не более 5 ошибок каждого типа. Слой power_ground5 Требуется доработка проекта Изготовление с повышающим коэффициентом * Отображается не более 5 ошибок каждого типа. Слой power_ground6 Требуется доработка проекта Изготовление с повышающим коэффициентом * Отображается не более 5 ошибок каждого типа. Слой power_ground7 Требуется доработка проекта Изготовление с повышающим коэффициентом * Отображается не более 5 ошибок каждого типа. Слой copper-bot

Трассировка печатной платы | А-КОНТРАКТ

Трассировка печатной платы — разработка топологии электрических соединений между посадочными местами электронных компонентов, устанавливаемых на печатную плату.

Трассировка печатных плат выполняется после того, как разработана схемотехника изделия, подобрана комплектация и выбран конструктив для установки ПП.

Технические специалисты А-КОНТРАКТ выполнят корректную трассировку Вашей печатной платы на основе разработанной принципиальной электрической схемы будущего изделия.

Для осуществления работ по трассировке печатной платы необходимы следующие входные данные:

1. Принципиальная электрическая схема. Схема может быть предоставлена в одном из перечисленных видов:

• предпочтительно — в системе автоматического проектирования (PCAD, ORCAD, Protel)
• чертеж в электронном виде
• чертеж на бумаге

2. Спецификация — список ЭК для монтажа на печатную плату, BOM. Спецификация может быть предоставлена в одном из перечисленных видов:

• предпочтительно — в электронном виде (Word, Excel)
• в бумажном виде

3. Габаритный чертеж печатной платы с  указанием размеров контура ПП, а также с указанием крепежных отверстий, разъемов, радиаторов и других элементов, расположение которых должно быть фиксированным. Чертёж может быть предоставлен в одном из перечисленных видов:

• предпочтительно — в системе автоматического проектирования (PCAD, ORCAD, Protel)
• в бумажном виде
• в виде чертежа в электронном виде

4. Техническое задание должно содержать информацию о требованиях и пожеланиях по расположению ЭК на плате, трассировке цепей, ширине проводников, волновому сопротивлению, если необходимо и т.д.

Этапы выполнения работ по трассировке печатной платы:

• Создание библиотеки ЭК, которые предполагается использовать в данном изделии. Библиотека компонентов подбирается с учётом технологических особенностей дальнейшего монтажа.
• Создание списка цепей (netlist)
• Упаковка компонентов на плату
• Компоновка  (предварительное размещение) компонентов на ПП
• Согласование компоновки платы
• Создание и согласование проекта разводки всех цепей на печатной плате
• Создание и согласование проекта трассировки
• Внесение корректировок, при необходимости
• Утверждение окончательного варианта трассировки
• Передача заказчику всей технической документации по проекту

А-КОНТРАКТ также может выполнить последующее производство печатных плат и их монтаж по составленному проекту.

LibrePCB 0.1.0 — свободная САПР для проектирования электронных схем и печатных плат

LibrePCB — свободное ПО для проектирования электронных схем и печатных плат. Код программы написан на языке C++, а для построения графического интерфейса используется Qt5.

Особенности программы:

• Кросс-платформенность (Unix/Linux, Mac OS X/macOS, Windows).
• Мультиязычность (как интерфейса программы так и библиотек элементов)
• Всё включено: менеджер проектов + редактор библиотек/схем/плат.
• Интуитивный, современный и лёгкий в освоении графический интерфейс.
• Очень мощный дизайн библиотек с некоторыми инновационными концептами.
• Человекочитаемый формат файлов библиотек и проектов.
• Multi-PCB (разные варианты PCB для одной и той же схемы).
• Автоматическая синхронизация netlist между схемой и платой.

Это первый официальный релиз LibrePCB, ознаменовавший собою стабилизацию собственного формата файлов (*.lp, *.lplib):

“As this is an official stable release, the file format is also considered as stable and you can expect that any project created with that release will be loadable with future releases of LibrePCB. So now you can really start using LibrePCB productively :)”

Бинарные пакеты подготовлены для Linux, macOS и Windows.

Можно поддержать разработчиков через платформу Patreon, а если вы хотите принять непосредственное участие в проекте читайте руководство для разработчиков и тестировщиков.

>>> Презентация LibrePCB (FOSDEM 2018)

>>> Руководство пользователя (онлайн)

>>> Репозиторий исходного кода (GitHub)

>>> Репозиторий библиотек элементов (GitHub)

>>> Подробности

atsym ★★★★★
26.11.18 15:58:21
Проверено: Shaman007 (27.11.18 12:07:45)

Board Design Resource Center

Эффективной стратегией определения схемы развязки печатной платы является использование метода целевого импеданса частотной области (FDTIM). Этот метод используется инструментом PDN Decoupling Calculator Tool и является рекомендуемым методом для определения требований к развязке на уровне платы с использованием Intel FPGA.

Ключевой концепцией метода FDTIM является определение целевого импеданса (ZTARGET) для рассматриваемой шины питания. Надежная стратегия развязки гарантирует, что эффективное сопротивление шины питания (ZEFF) будет ниже, чем ZTARGET, от нескольких кГц до наивысшей интересующей частоты (fTARGET).Рисунок 1 иллюстрирует эту концепцию, где сплошная горизонтальная синяя линия — это ZTARGET, а пунктирная вертикальная коричневая линия — это fTARGET. Сплошная красная линия ZEFF была разработана с использованием различных развязывающих и емкостных конденсаторов, так что ее полное сопротивление остается ниже ZTARGET от постоянного тока до fTARGET. В этой конструкции целостность питания достигается от постоянного тока до целевой частоты развязки.

Чтобы разработать надежную схему развязки с использованием FDTIM, выполните следующие вычисления:

Определить Z _TARGET

Для расчета Z _TARGET для шины питания необходимо знать следующую информацию:

• Требования к максимальному переходному току для всех устройств в системе, питаемых от рассматриваемой шины питания. Вы можете получить эту информацию у производителей соответствующих устройств. Примечание. Вы можете загрузить инструмент PowerPlay Early Power Estimator (EPE) для оценки энергопотребления для всех его FPGA и CPLD.
• Максимально допустимые пульсации переменного тока на шине питания в процентах от напряжения питания. Вы можете получить эту информацию из технических характеристик допуска источника питания для устройств, питаемых от рассматриваемой шины питания.
• Z _TARGET = [VoltageRail (% пульсаций / 100) / MaxTransientCurrent]
• Z _ЦЕЛЬ = [(1.1) (0,05) / 1,5] = 36. 7 мОм

Если эта информация доступна, ZTARGET можно рассчитать как:

• Z _TARGET = [VoltageRail (% пульсаций / 100) / MaxTransientCurrent]

Например, для надежной развязки шины электропитания на 1,1 В, допускающей 5% пульсаций переменного тока и, как ожидается, она будет обеспечивать максимальный переходный ток 1,5 А, целевой импеданс составляет:

• Z _TARGET = [(1,1) (0,05 ) / 1,5] = 36. 7 мОм

Определить f _ЦЕЛЬ

Наибольший интерес представляет точка частоты, после которой добавление разумного количества развязывающих конденсаторов не снижает импеданс шины питания (Z _EFF ) ниже целевого импеданса (Z _TARGET ) из-за преобладания паразитная индуктивность планарного распространения и индуктивность монтажа корпуса.Как правило, диапазон F _TARGET составляет от 50/60 МГц до 150/200 МГц. Ожидается, что за пределами этих частот целостность питания поддерживается и обеспечивается конденсаторами на корпусе и кристалле выбранных целевых устройств.

Выберите развязку CAPS для соответствия ZTARGET

Для поддержания целостности питания во всем интересующем частотном диапазоне система распределения питания опирается на модуль регулятора напряжения (VRM), встроенные дискретные развязывающие конденсаторы и межплоскостные емкости (емкость из сэндвича с заземлением питания в сборка платы). Для приведенного выше примера разработчик должен выбрать их соответствующим образом, чтобы эффективное сопротивление оставалось ниже 36,7 Ом во всем интересующем частотном диапазоне.

Для получения дополнительных сведений о применении FDTIM см. Инструмент расчета развязки PDN и соответствующее руководство пользователя.

Для высоких частот развязка с использованием дискретных конденсаторов менее эффективна. Используйте емкость силовой панели для развязки шума на этих частотах. Понять концепцию плоской емкости можно, изучив классический конденсатор с параллельными пластинами, показанный на рисунке 1.

Рисунок 1. Емкость в параллельной плоскости

Электрическое поле создается, когда рядом с заземляющим слоем есть силовая пластина. Верхняя область на Рисунке 1 показывает блок питания или плоскость, нижняя область показывает пластину заземления, а стрелки представляют линии электрического поля. Это электрическое поле приводит к возникновению емкости, величина которой выражается следующим уравнением:

C = (εοεrA) / ч

Где

• εο = диэлектрическая проницаемость свободного пространства
• εr = относительная диэлектрическая проницаемость используемого диэлектрика
• A = площадь перекрытия
• ч = разделение плоскостей.

Целью системы распределения питания (PDS) является обеспечение и поддержание заданного постоянного напряжения на контактных площадках питания и заземления каждого устройства. Для эффективного выполнения этого PDS использует модуль регулятора напряжения (VRM), конденсаторы большой емкости и развязки (Decap), а также сэндвич плоскости питания и заземления (емкость плоскости). Насколько эффективно каждый из этих компонентов выполняет свою работу по поддержанию постоянного напряжения при переменных переходных нагрузках, в значительной степени зависит от связанных с ними паразитных индуктивностей.

VRM

В качестве приближения первого порядка VRM можно просто смоделировать как последовательно соединенные резистор и индуктор, как показано на рисунке 1 .

Рис. 1. Модель последовательного импеданса VRM

На низких частотах в диапазоне десятков кГц VRM, будучи в основном резистивным, обеспечивает очень низкий импеданс и, таким образом, способен обеспечить мгновенный ток, необходимый для этих низких частот. Однако за пределами нескольких десятков кГц импеданс VRM, являющийся в первую очередь индуктивным, делает его неспособным обеспечить требования переходного тока. Вы можете получить значения ESR и ESL для VRM от производителя VRM, и вы можете выбрать регулятор с низким ESR / ESL для лучшей переходной характеристики.

декапс

Встроенные дискретные развязывающие конденсаторы должны обеспечивать требуемый низкий импеданс от нескольких десятков кГц до примерно пары сотен МГц (максимум) в зависимости от ESR и ESL конденсатора, а также от паразитных параметров монтажной платы и разводящей индуктивности.Даже выбора разделительных конденсаторов с очень низкими характеристиками ESR и ESL недостаточно, так как вклад паразитных монтажных и разводящих индуктивностей может ограничить эффективность этих конденсаторов. Следовательно, чтобы разработать эффективный PDS, необходимо позаботиться о минимизации различных паразитных индуктивностей, связанных с конструкцией платы.

Монтажная индуктивность

Монтажная индуктивность — это дополнительный вклад в последовательную индуктивность, связанный с установкой конденсатора на печатной плате. Эта паразитная индуктивность добавляет к опубликованному значению ESL, предоставленному производителем конденсатора. Монтажную индуктивность можно минимизировать, выбрав меньшие блоки конденсаторов и правильно разместив конденсатор на печатной плате. На рисунке 2 показано поперечное сечение установленного развязывающего конденсатора по отношению к плоскостям печатной платы и устройству BGA.

Рис. 2. Монтаж разделительной крышки

Чтобы оценить монтажную индуктивность, используйте следующее уравнение:

Где,

• Ltrace = 128 * [(2 xLenpad ) + Lencap ] * ( htop / w ) pH

А,

• Lvia = 10 * htop * ln (2 s / D ) ph

Где,

• Lenpad = Длина контактных площадок конденсатора плюс длина дорожки от контактной площадки до переходного отверстия (милы)
• Lencap = Длина корпуса конденсатора (мил)
  
• w = Ширина дорожки между площадкой конденсатора и переходными отверстиями (мил)
• htop = Расстояние между верхним слоем и ближайшим слоем питания / заземления (мил)
• с = Расстояние между питанием конденсатора через центр и землей через центр (мил)
• D = Наружный диаметр переходного отверстия (мил)
• hplanes = Расстояние между силовой и заземляющей пластинами (мил)
• b = половина расстояния между конденсатором и переходными отверстиями питания / заземления корпуса (мил)

Обычно, чтобы минимизировать монтажную индуктивность, держите переходные отверстия питания и заземления конденсаторов как можно ближе к соответствующей контактной площадке и используйте широкие соединительные дорожки и большие диаметры отверстий, если это возможно. Размещение пар силовой и заземляющей пластин ближе к поверхности, на которой установлен конденсатор, снижает вклад индуктивности переходных отверстий. Кроме того, размещение переходных отверстий на одних и тех же сторонах конденсатора (конфигурация переходных отверстий на стороне), а не на противоположных концах конденсатора (конфигурация переходных отверстий на конце) уменьшает площадь токовой петли, сводя к минимуму количество силовых линий, которые проникают в контур и тем самым уменьшают индуктивность. На рисунке 3 показаны различные топологии компоновки конденсаторов, а в таблице 1 сравниваются монтажные индуктивности этих различных стилей компоновки конденсаторов для конденсаторов разного размера.

Рис. 3. Различные топологии расположения конденсаторов

• Таблица 1. Сравнение монтажной индуктивности (1)
  Длина переходного отверстия (высота над плоскостью, дюймы)	0603 площадь основания	0603 площадь основания	0603 площадь основания	0603 площадь основания	0402 площадь основания	0402 площадь основания
  0. 020 сверло	Тонкая дорожка от контактной площадки до переходного отверстия	Толстый короткий след	Переходное отверстие на конце контактных площадок	Переходное отверстие на колодке	Переходное отверстие на конце контактных площадок	Переходное отверстие на одной стороне контактных площадок
  0,004	1,57	1,04	0,82	0,52	0,8	0,5
  0.006	1,96	1,35	1,05	0,65	1	0,63
  0,01	2,51	1,87	1,4	0,88	1,34	0,86
  0,02	3,45	2,87	2,13	1,39	1,99	1,36
  0,010 сверло
  0. 004	1,61	1,08	0,86	0,56	0,84	0,54
  0,006	1,99	1,39	1,08	0,69	1,04	0,67
  0,01	2,55	1,92	1,45	0,92	1,38	0,9
  0,02	3.49	2,91	2,17	1,44	2,03	1,4

Примечание:

• Все значения указаны в нано-Генри, а размеры сверл в дюймах.

Как показано в Таблице 1, оптимальная монтажная индуктивность 0,50 нГн достигается, когда конденсатор меньшего размера 0402 устанавливается по схеме «переходное отверстие на стороне» с широкими соединительными дорожками к большему отверстию диаметром 20 мил.На рисунке 4 показаны другие рекомендуемые конфигурации размещения, которые дополнительно снижают индуктивность монтажа. Однако эти стили требуют дополнительных переходных отверстий и затрудняют маршрутизацию.

Рис. 4. Стили размещения переходных отверстий, обеспечивающие более низкую монтажную индуктивность

Индуктивность распространения

Расширяющая индуктивность — это индуктивность, образованная площадью контура между парой плоскостей «питание-земля» и расстоянием от развязывающей крышки до шариков питания-заземления целевого устройства BGA.В результате эта индуктивность напрямую связана с индуктивностью межплоскостной емкости, образованной сэндвичем «питание-земля». Эта индуктивность подробно поясняется в разделе о межплоскостной емкости ниже.

Межплоскостная емкость

В качестве анализа первого порядка пара плоскости питания и заземления печатной платы может быть просто смоделирована как последовательно подключенный резистор, катушка индуктивности и конденсатор, как показано на рисунке 5. Обратите внимание, что эта простая модель игнорирует частотно-зависимые эффекты, такие как скин-эффект. и диэлектрическое поглощение.

Рис. 5. Упрощенная модель импеданса многослойной плоскости Power-Ground

Уравнения первого порядка для ESL на рисунке 5 показаны ниже:

Где,

• μ0 = магнитная проницаемость свободного пространства (32 pH / мил)
• h = расстояние между плоскостями питания и земли в милах
• l = длина силовой плоскости в дюймах
• w = ширина силовой плоскости в дюймах

Вы можете интерпретировать ESL сэндвич-панели заземления как индуктивность расширения, которую видит развязывающий конденсатор, когда он подает ток на устройство BGA.Следовательно, из уравнения ESL, приведенного выше, индуктивность расширения можно уменьшить, разместив развязывающие конденсаторы как можно ближе к целевому устройству BGA (минимизируя расстояние l от крышки до устройства BGA). Кроме того, использование тонкого диэлектрического материала (минимальное значение h ) и широких пар плоскостей (максимальное значение Вт ) для сэндвича между плоскостью питания и заземлением помогает снизить эффективную индуктивность распространения, наблюдаемую разделительным конденсатором.

Заключение

Для успешного проектирования эффективных PDS требуется понимание различных паразитных индуктивностей, которые могут ограничивать производительность PDS.Этот документ объясняет три паразитных индуктивности, которые необходимо учитывать при проектировании PDS. Исследуются паразитная индуктивность VRM, индуктивность установки развязывающего конденсатора и индуктивность расширения плоскости мощности, и представлены методы их минимизации. Для получения дополнительной информации и инструментов загрузите инструмент PDN Decoupling Calculator и руководство пользователя

.

Дополнительные ресурсы

Рекомендации по проектированию стека печатных плат

для ПЛИС Intel

Тангенс угла потерь (tan (δ)) — это мера потерь сигнала при распространении сигнала. вниз по линии передачи.Спецификации материалов и производители печатных плат обычно ссылаются на это. потеря сигнала как коэффициент рассеяния (Df). tan (δ) или Df является результатом электромагнитной волны поглощение диэлектрическим материалом и зависит от структуры материала и стекло-смолы сочинение. Более низкий тангенс угла потерь приводит к получению большего количества исходного переданного сигнала. до места назначения. Это важно для конструкций на базе приемопередатчиков, где мультигигабитные сигналы должны передаваться по длинным каналам объединительной платы.Большой тангенс угла потерь означает большее диэлектрическое поглощение и меньшее количество передаваемого сигнала проходит через его пункт назначения. Уравнение ниже показывает ослабление сигнала из-за тангенса угла потерь, измеренное в децибелы на дюйм (дБ / дюйм).

Где:

• частота в ГГц
• tan (δ) — безразмерный тангенс угла потерь
• ε _r — относительная диэлектрическая проницаемость материал

В идеале выбор материала с наименьшими потерями — лучший выбор. Однако ниже потеря происходит за счет увеличения затрат. Лучший подход — построить уравнение затухания против частоты для различных рассматриваемых материалов и сравните сигнал затухание для целевой скорости передачи данных и требуемой дальности. Например, на рисунке ниже показано это затухание для некоторых распространенных материалов печатных плат путем построения уравнения затухания в зависимости от частоты до 20 ГГц.

Фигура 2.Сравнение тангенциального затухания потерь

Таблица 1. Диэлектрическая проницаемость материала и тангенс угла потерь. В таблице ниже приведены значения ε _r и tan (δ) каждого материал нанесен на рисунок выше.

Материал	ε r	тангенс (δ)
Стандартный FR4	4	0.02
GETEK	3,9	0,01
Isola 370HR	4,17	0. 016
Изола FR406	4,29	0,014
Изола FR408	3.70	0,011
Panasonic Мегтрон 6	3,4	0,002
Nelco 4000-6	4. 12	0,012
Nelco 4000-13 EP	3,7	0,009
Nelco 4000-13 EP SI	3.2	0,008
Роджерс 4350B	3,48	0,0037

Например, предположим, что проект, работающий на скорости 10 Гбит / с, требует максимальной досягаемости 40 дюймов предназначены для материала Nelco 4000-13 EP. Поскольку частота Найквиста равна 5 ГГц для скорости передачи данных 10 Гбит / с, результирующие потери связаны исключительно с диэлектрической проницаемостью. поглощение материала Nelco 4000-13EP составляет 0,2 дБ на дюйм, умноженное на 40 дюймов следа длина, что приводит к ослаблению сигнала на 8 дБ только из-за диэлектрического поглощения материала. Затем предположим, что для правильной передачи сигнала требуется максимальный общий баланс потерь 10 дБ. восстановлено на приемнике. В этом случае большая часть потерь сигнала уже потребляется материал диэлектрик, поэтому необходимо учитывать материал с меньшими потерями или меньший радиус действия, потому что ожидаются дополнительные потери в проводнике из-за неоднородностей трассы, скин-эффекта, переходных отверстий и соединительные узлы, которые могут присутствовать на пути передачи.

Кроме того, в качестве примера оценки стоимости материалов в таблице ниже перечислены приблизительное нормированное соотношение факторов стоимости для некоторых распространенных материалов печатных плат относительно FR4. Поскольку затраты на материалы могут варьироваться в зависимости от поставщика печатной платы, обратитесь к поставщику печатной платы для их последние данные о ценах и факторах относительной стоимости при принятии решения о характеристиках материала против компромисса стоимости.

Таблица 2.Сравнение нормализованных затрат на материалы

Группа материалов	Зависит от поставщика	FR4 Коэффициент относительной стоимости
170 тг FR4 (исходный уровень)	Nelco 4000-6	1
Высокая Tg / Надежность	Isola 370HR	1. 1
Высокая скорость / низкие потери	Изола FR408	1,8
Высокая скорость / низкие потери	Nelco 4000-13 EP	2.1
Высокая скорость / очень низкие потери	Nelco 4000-13 EP SI	3,2
Высокая частота	Арлон 85N	4
Высокая частота	IS680-3. 45	4,2
Высокая скорость / очень низкие потери	Panasonic Мегтрон 6	5
Высокая частота	Роджерс 4350B	5. 6

% PDF-1.6 % 20592 0 объект > endobj xref 20592 270 0000000017 00000 н. 0000006343 00000 п. 0000006579 00000 н. 0000006615 00000 н. 0000006683 00000 п. 0000008902 00000 н. 0000009230 00000 н. 0000009276 00000 н. 0000009342 00000 п. 0000010326 00000 п. 0000010881 00000 п. 0000011270 00000 п. 0000011559 00000 п. 0000011859 00000 п. 0000011909 00000 п. 0000011980 00000 п. 0000014689 00000 п. 0000035177 00000 п. 0000047794 00000 п. 0000050955 00000 п. 0000051254 00000 п. 0000051363 00000 п. 0000051546 00000 п. 0000051655 00000 п. 0000051784 00000 п. 0000051942 00000 п. 0000052082 00000 п. 0000052286 00000 п. 0000052412 00000 п. 0000052531 00000 п. 0000052712 00000 п. 0000052817 00000 п. 0000052968 00000 п. 0000053146 00000 п. 0000053297 00000 п. 0000053455 00000 п. 0000053688 00000 п. 0000053848 00000 п. 0000053972 00000 п. 0000054185 00000 п. 0000054348 00000 п. 0000054556 00000 п. 0000054712 00000 п. 0000054919 00000 п. 0000055076 00000 п. 0000055228 00000 п. 0000055452 00000 п. 0000055553 00000 п. 0000055665 00000 п. 0000055865 00000 п. 0000056044 00000 п. 0000056205 00000 п. 0000056400 00000 п. 0000056500 00000 п. 0000056665 00000 п. 0000056870 00000 п. 0000057001 00000 п. 0000057147 00000 п. 0000057273 00000 п. 0000057488 00000 п. 0000057600 00000 п. 0000057742 00000 п. 0000057918 00000 п. 0000058047 00000 п. 0000058181 00000 п. 0000058301 00000 п. 0000058429 00000 п. 0000058561 00000 п. 0000058741 00000 п. 0000058946 00000 п. 0000059149 00000 п. 0000059249 00000 п. 0000059372 00000 п. 0000059554 00000 п. 0000059654 00000 п. 0000059778 00000 п. 0000059963 00000 н. 0000060063 00000 п. 0000060190 00000 п. 0000060386 00000 п. 0000060486 00000 п. 0000060610 00000 п. 0000060811 00000 п. 0000060911 00000 п. 0000061050 00000 п. 0000061254 00000 п. 0000061354 00000 п. 0000061492 00000 п. 0000061711 00000 п. 0000061846 00000 п. 0000061988 00000 п. 0000062185 00000 п. 0000062285 00000 п. 0000062407 00000 п. 0000062601 00000 п. 0000062701 00000 п. 0000062823 00000 п. 0000063007 00000 п. 0000063118 00000 п. 0000063271 00000 п. 0000063412 00000 п. 0000063537 00000 п. 0000063663 00000 п. 0000063783 00000 п. 0000063902 00000 п. 0000064056 00000 п. 0000064217 00000 п. 0000064356 00000 п. 0000064503 00000 п. 0000064657 00000 п. 0000064804 00000 п. 0000064962 00000 н. 0000065112 00000 п. 0000065272 00000 п. 0000065440 00000 п. 0000065567 00000 п. 0000065738 00000 п. 0000065865 00000 п. 0000066033 00000 п. 0000066189 00000 п. 0000066340 00000 п. 0000066465 00000 п. 0000066592 00000 п. 0000066741 00000 п. 0000066936 00000 п. 0000067088 00000 п. 0000067238 00000 п. 0000067415 00000 п. 0000067567 00000 п. 0000067716 00000 п. 0000067862 00000 п. 0000068013 00000 п. 0000068161 00000 п. 0000068295 00000 п. 0000068443 00000 п. 0000068599 00000 п. 0000068721 00000 п. 0000068858 00000 п. 0000068994 00000 п. 0000069132 00000 п. 0000069278 00000 п. 0000069419 00000 п. 0000069580 00000 п. 0000069706 00000 п. 0000069835 00000 п. 0000069966 00000 н. 0000070100 00000 п. 0000070237 00000 п. 0000070359 00000 п. 0000070474 00000 п. 0000070589 00000 п. 0000070701 00000 п. 0000070828 00000 п. 0000070961 00000 п. 0000071072 00000 п. 0000071187 00000 п. 0000071299 00000 п. 0000071422 00000 п. 0000071534 00000 п. 0000071690 00000 п. 0000071816 00000 п. 0000071957 00000 п. 0000072069 00000 п. 0000072199 00000 п. 0000072311 00000 п. 0000072422 00000 п. 0000072548 00000 п. 0000072674 00000 п. 0000072786 00000 п. 0000072905 00000 п. 0000073016 00000 п. 0000073151 00000 п. 0000073279 00000 п. 0000073432 00000 п. 0000073564 00000 п. 0000073710 00000 п. 0000073843 00000 п. 0000073976 00000 п. 0000074102 00000 п. 0000074251 00000 п. 0000074388 00000 п. 0000074538 00000 п. 0000074662 00000 п. 0000074802 00000 п. 0000074928 00000 п. 0000075076 00000 п. 0000075205 00000 п. 0000075354 00000 п. 0000075469 00000 п. 0000075599 00000 п. 0000075722 00000 п. 0000075850 00000 п. 0000075970 00000 п. 0000076099 00000 п. 0000076238 00000 п. 0000076362 00000 п. 0000076529 00000 п. 0000076688 00000 п. 0000076851 00000 п. 0000077021 00000 п. 0000077157 00000 п. 0000077286 00000 п. 0000077440 00000 п. 0000077573 00000 п. 0000077719 00000 п. 0000077852 00000 п. 0000077985 00000 п. 0000078110 00000 п. 0000078235 00000 п. 0000078365 00000 п. 0000078544 00000 п. 0000078693 00000 п. 0000078847 00000 п. 0000078986 00000 п. 0000079132 00000 п. 0000079272 00000 п. 0000079469 00000 п. 0000079576 00000 п. 0000079683 00000 п. 0000079794 00000 п. 0000079933 00000 н. 0000080046 00000 п. 0000080167 00000 п. 0000080292 00000 п. 0000080428 00000 п. 0000080546 00000 п. 0000080699 00000 п. 0000080864 00000 п. 0000081032 00000 п. 0000081152 00000 п. 0000081278 00000 п. 0000081405 00000 п. 0000081581 00000 п. 0000081691 00000 п. 0000081789 00000 п. 0000081962 00000 п. 0000082067 00000 п. 0000082175 00000 п. 0000082341 00000 п. 0000082440 00000 п. 0000082543 00000 п. 0000082657 00000 п. 0000082783 00000 п. 0000082896 00000 п. 0000083011 00000 п. 0000083138 00000 п. 0000083268 00000 н. 0000083403 00000 п. 0000083541 00000 п. 0000083680 00000 п. 0000083813 00000 п. 0000083951 00000 п. 0000084076 00000 п. 0000084212 00000 п. 0000084351 00000 п. 0000084478 00000 п. 0000084593 00000 п. 0000084719 00000 п. 0000084855 00000 п. 0000085025 00000 п. 0000085207 00000 п. 0000085336 00000 п. 0000085459 00000 п. 0000085586 00000 п. 0000085712 00000 п. 0000085829 00000 п. 0000085949 00000 п. 0000086083 00000 п. 0000086202 00000 п. 0000086350 00000 п. трейлер ] / Инфо 20581 0 R / Назад 16035381 / Корень 20593 0 R / Размер 20862 / Источник (WeJXFxNO4fJduyUMetTcP9 + oaONfINN4 + d7w1cvWA2Zs70DDBVrVVPcvGEJ87FZ5B9khgm8VtCFmyd8gIrwOjQRAIjPsWhM4vgMCV \ 8KvVF / K8lfa7NUxf7HHP1CtOGw5baRrEtRkxS83GEg =) >> startxref 0 %% EOF 20593 0 объект > endobj 20594 0 объект [20595 0 R] endobj 20595 0 объект > >> endobj 20596 0 объект > поток x {UǿeeeY \ & g «ˊF ,. ! kQWIx {nMs` ~ S «L Ǝ ݲ ޔ} u

Комплект 4-канального инфракрасного датчика слежения за отражением Модуль слежения за печатной платой / Модуль слежения за препятствиями в автомобиле / Модуль патрулирования | Детали и аксессуары для инструментов |

Описание:
Этот модуль предоставляет универсальные решения системы инфракрасного обнаружения для устройств автоматизации, таких как интеллектуальные автомобили, роботы. Модуль датчика адаптируется к окружающему освещению. Он имеет пару инфракрасных передающих и приемных трубок.Передающая трубка излучает ИК-излучение определенной частоты, которое будет отражаться при обнаружении препятствий (отражающей поверхности) и приниматься приемной трубкой. После обработки схемой компаратора интерфейс вывода сигнала выводит цифровой сигнал (сигнал низкого уровня напряжения).

Характеристики:

• Когда модуль обнаруживает сигнал препятствия, загорается красный индикатор, и порт OUT постоянно выводит сигналы низкого уровня напряжения одновременно.
• Расстояние обнаружения можно отрегулировать с помощью потенциометра: по часовой стрелке для увеличения и против часовой стрелки для уменьшения.
• Отражательная способность и форма цели — ключевые точки дальности обнаружения. Маленькие и черные объекты имеют минимальную дальность обнаружения, а большие и белые — максимальную.
• Выходной порт может быть напрямую подключен к порту ввода-вывода SCM, а также может напрямую управлять модулем реле 5 В или модулем зуммера.
• Широко используется для предотвращения препятствий роботов, избегания препятствий для автомобилей, подсчета сборочных линий и отслеживания черно-белой линии.

Технические характеристики:

Рабочее напряжение: 3,3-5 В постоянного тока

Рабочий ток:> 1А

Расстояние обнаружения: 2 ~ 60 см

Угол обнаружения: 35 °
Размер:
Большая доска: 42 * 38 * 12 мм
Маленькая доска: 25 * 12 * 12 мм

Диаметр монтажного отверстия: 3 мм

Примечание:
1, не направляйте зонд на солнечный свет.