एक पीसीबी बोर्ड का प्रदर्शन 70% उसके लेआउट डिजाइन पर निर्भर करता है। एक ही योजना या तो सामान्य संचालन या विभिन्न लेआउट और राउटिंग के साथ लगातार विफलताओं का कारण बन सकती है,यहां तक कि स्थिरता पर सीधा प्रभाव डालने वालाचाहे आप पीसीबी डिजाइन में एक नौसिखिया या अनुकूलन समाधान की तलाश में एक अनुभवी इंजीनियर हैं,निम्नलिखित प्रमुख बिंदुओं को मास्टर करने से आप अपने डिजाइन प्रक्रिया में परेशानी का 90% बचा सकते हैं.

I. पूर्व-डिज़ाइन तैयारी: ठोस नींव रखने और दोहराने से बचने के लिए 3 कदम

1. डिजाइन बाधाओं को परिभाषित करें: पीसीबी बोर्ड के भौतिक आयामों, परतों की संख्या (एकल/डबल/बहुपरत बोर्ड चयन), प्रतिबाधा आवश्यकताओं (जैसे, 50Ω उच्च गति संकेत,90Ω अंतर संकेत), पावर रेल वोल्टेज ड्रॉप सीमाएं, ईएमसी मानक (सीई/एफसीसी, आदि), और विनिर्माण प्रक्रिया पैरामीटर (न्यूनतम निशान चौड़ाई, निशान अंतर, आकार के माध्यम से) अग्रिम में।प्रारंभ से ही उल्लंघन से बचने के लिए इन बाधाओं को डिजाइन नियमों (डीआरसी) में लिखें.

2योजनागत समीक्षा और अनुकूलन

लेआउट से पहले, एक दूसरी योजनागत समीक्षा आवश्यक हैः अनावश्यक चौराहों से बचते हुए, शक्ति, जमीन और संकेत पथों की तर्कसंगतता की जांच करें; समूह कार्यात्मक मॉड्यूल (जैसे पावर मॉड्यूल,उच्च गति वाले इंटरफेस, और एनालॉग सर्किट) बाद की लेआउट योजना के लिए तार्किक आधार प्रदान करने के लिए; लेआउट के दौरान केंद्रित नियंत्रण के लिए प्रमुख संकेतों (जैसे घड़ी और अंतर जोड़े) को लेबल करें।

3घटक चयन और पैकेज की पुष्टि
मानकीकृत पैकेज और उचित पिन पिच वाले घटकों को प्राथमिकता दें (0.4 मिमी से कम बारीक पिच वाले पैकेज से बचें, जो मिलाप की कठिनाई को बढ़ाते हैं);पैकेज लाइब्रेरी की सटीकता की पुष्टि करें (पिन परिभाषाएं), सिल्कस्क्रीन स्थान, पैड आकार), विशेष रूप से बीजीए और क्यूएफपी जैसे सटीक घटकों के लिए, क्योंकि गलत पैकेजिंग सीधे डिजाइन विफलता का कारण बन सकती है।

II. लेआउट डिजाइन: "जोनिंग, निकटता और गर्मी फैलाव" के तीन सिद्धांतों का पालन करें

1कार्यात्मक क्षेत्र निर्धारण लेआउट

लेआउट को सिग्नल प्रकार और कार्य के अनुसार उप-क्षेत्रों में विभाजित करें: एनालॉग क्षेत्र (एडीसी/डीएसी, सेंसर), डिजिटल क्षेत्र (एमसीयू, एफपीजीए), पावर क्षेत्र (पावर चिप्स, इंडक्टर्स, कैपेसिटर),इंटरफ़ेस क्षेत्र (यूएसबी)डिजिटल सिग्नल को एनालॉग सिग्नल के साथ हस्तक्षेप करने से रोकने के लिए प्रत्येक क्षेत्र के बीच आरक्षित अलगाव बैंड (अनुशंसित ≥3 मिमी) ।

2. महत्वपूर्ण घटकों के लेआउट को प्राथमिकता दें: पावर पथ की लंबाई को कम करने के लिए पावर सप्लाई चिप्स (एलडीओ, डीसी-डीसी) को लोड के करीब रखें;एक पूर्ण फ़िल्टरिंग सर्किट बनाने के लिए पावर सप्लाई चिप पिन के करीब इंडक्टर्स और कैपेसिटर रखें (उड़ती तार के लेआउट से बचें).

उच्च गति वाले सिग्नल स्रोतों (जैसे क्रिस्टल ऑसिलेटर और क्लॉक चिप्स) को रिसीवर के निकट स्थानांतरित करें ताकि ट्रांसमिशन पथ को छोटा किया जा सके और हस्तक्षेप युग्मन को कम किया जा सके।क्रिस्टल ऑसिलेटर केश को ग्राउंड करें और इसके चारों ओर ≥5 मिमी का तांबा मुक्त क्षेत्र छोड़ दें.

गर्मी उत्पन्न करने वाले घटकों (जैसे कि पावर ट्रांजिस्टर और एलईडी ड्राइवर) को संवेदनशील घटकों (जैसे एमसीयू और सेंसर) से दूर रखें और गर्मी फैलाव के लिए पर्याप्त स्थान प्रदान करें।यदि आवश्यक हो तो तांबे से ढंके हीट सिंक डिजाइन करें.

3. लेआउट तर्कसंगतता की जाँच करें: सुनिश्चित करें कि घटक पिन अवरुद्ध नहीं हैं और सिल्कस्क्रीन मार्किंग स्पष्ट रूप से पठनीय हैं; सुनिश्चित करें कि छेद के माध्यम से घटक अंतर ≥2 है।5 मिमी और सतह-माउंट घटक की दूरी ≥0 है.5 मिमी; कनेक्टरों और इंटरफेस घटकों को पीसीबी के किनारे के करीब रखें ताकि उन्हें आसानी से डाला, हटाया और रूट किया जा सके।

III. केबलिंग डिजाइनः प्रतिबाधा और ईएमसी को ध्यान में रखते हुए कोर के रूप में "लघु, सीधी और चिकनी"।

1मूलभूत केबलिंग नियम: महत्वपूर्ण संकेतों (घड़ी, अंतर जोड़े, उच्च गति डेटा संकेत) को रूट करने के बाद सामान्य संकेतों को प्राथमिकता दें;स्थिर बिजली आपूर्ति सुनिश्चित करने के लिए बिजली और ग्राउंड लाइनें सिग्नल लाइनों पर प्राथमिकता रखती हैं.

केबलिंग को यथासंभव छोटा और सीधा रखें, अनावश्यक मोड़ और वाइस से बचें; यदि मोड़ आवश्यक हैं, तो 45° कोण या गोल किनारों का उपयोग करें,90° के सही कोणों से बचना (सिग्नल प्रतिबिंब और ईएमसी विकिरण को कम करने के लिए).

ट्रैक चौड़ाई मिलानः वर्तमान के अनुसार ट्रैक चौड़ाई का चयन करें (उदाहरण के लिए, 1A वर्तमान 1 मिमी ट्रैक चौड़ाई के अनुरूप है, 0.5A 0.5 मिमी के अनुरूप है, सिग्नल ट्रैक चौड़ाई 0.2-0.3 मिमी की सिफारिश की जाती है);अंतर सिग्नल के निशान चौड़ाई और अंतराल को प्रतिबाधा आवश्यकताओं का सख्ती से पालन करना चाहिए (ईउदाहरण के लिए, यूएसबी 3.0 अंतर जोड़े के लिए 0.2 मिमी की निशान चौड़ाई और 0.4 मिमी की दूरी की आवश्यकता होती है।

2उच्च-गति संकेत रूटिंग के लिए प्रमुख बिंदु
अंतर सिग्नल (जैसे एचडीएमआई, पीसीआईई और ईथरनेट) समान लंबाई के, समानांतर और कसकर जुड़े होने चाहिए, जिसमें लंबाई अंतर 5 मिमी के भीतर नियंत्रित किया जाता है। शाखाओं या वायस का उपयोग करने से बचें।

घड़ी के संकेतों को कई भारों के प्रत्यक्ष समानांतर कनेक्शन से बचने के लिए एक स्टार या डेज़ी-चेन टोपोलॉजी का उपयोग करना चाहिए। शील्ड बनाने और क्रॉसस्टॉक को कम करने के लिए घड़ी लाइन के चारों ओर ग्राउंड कॉपर का उपयोग करें।

उच्च गति संकेतों को विभाजित क्षेत्रों (जैसे शक्ति और जमीन के विमान) को पार करने से बचना चाहिए, अन्यथा यह संदर्भ विमान को बाधित करेगा और संकेत अखंडता के मुद्दों का कारण बनेगा।

3. रूटिंग बाधाओं से बचने के लिए दिशानिर्देश
सिग्नल लाइनों को पावर या ग्राउंड प्लेन स्प्लिट्स को पार करने की अनुमति नहीं है। यदि क्रॉसिंग अपरिहार्य है, तो क्रॉसिंग पॉइंट पर संदर्भ प्लेन से कनेक्ट करने के लिए एक ट्रैक जोड़ा जाना चाहिए।

अलग-अलग परतों पर सिग्नल लाइनों के लंबे समानांतर रूटिंग से बचें (स्तरों के बीच क्रॉसस्टॉक को कम करने के लिए) । एक ही परत पर समानांतर सिग्नल लाइनों के बीच की दूरी लाइन चौड़ाई से ≥ 3 गुना होनी चाहिए।

महत्वपूर्ण संकेतों में आदर्श रूप से 2 से अधिक मार्ग नहीं होने चाहिए (मार्ग परजीवी प्रेरण और क्षमता को पेश करते हैं, जो संकेत अखंडता को प्रभावित करते हैं) ।

IV. ग्राउंडिंग डिजाइनः "एकल बिंदु ग्राउंडिंग" और "मल्टी-पॉइंट ग्राउंडिंग" का लचीला अनुप्रयोग

4ग्राउंडिंग सिद्धांत ग्राउंडिंग का मूल उद्देश्य "ग्राउंड लूप क्षेत्र को कम करना" और ग्राउंड संभावित अंतरों के कारण होने वाले हस्तक्षेप से बचना है।एनालॉग ग्राउंड और डिजिटल ग्राउंड को अलग-अलग वायर्ड किया जाना चाहिए और अंततः पावर सप्लाई पर एक ही बिंदु पर कनेक्ट किया जाना चाहिए (eउदाहरण के लिए, 0Ω प्रतिरोधक, फेराइट बीड या प्रत्यक्ष कनेक्शन के माध्यम से) एनालॉग और डिजिटल ग्राउंड का प्रत्यक्ष मिश्रण निषिद्ध है।

1विभिन्न प्रकार के ग्राउंडिंग डिजाइन

सिग्नल ग्राउंडः सिग्नल के बीच क्रॉसस्टॉक को कम करने के लिए सभी सिग्नल ग्राउंड को एक सामान्य ग्राउंडिंग बिंदु से जोड़ने के लिए "स्टार ग्राउंडिंग" का उपयोग करें।

पावर ग्राउंडः "मल्टी-पॉइंट ग्राउंडिंग" का प्रयोग करें," पावर चिप्स और फिल्टर कैपेसिटर के ग्राउंडिंग टर्मिनलों को निकटतम पावर ग्राउंड प्लेन से जोड़कर ग्राउंडिंग पथ को छोटा करने और ग्राउंडिंग प्रतिबाधा को कम करने के लिए.

सुरक्षा ग्राउंडः धातु के घोंसले और सुरक्षा कवरों की ग्राउंडिंग विश्वसनीय होनी चाहिए, जिसमें ग्राउंडिंग प्रतिरोध ≤1Ω होना चाहिए।"फ्लोटिंग ग्राउंड" (फ्लोटिंग ग्राउंड स्थैतिक विद्युत संचय के लिए प्रवण है) के गठन से बचने, जिससे ईएमसी विफलताएं होती हैं) ।

2ग्राउंड प्लेन डिजाइन तकनीक
बहुस्तरीय बोर्डों के लिए "शक्ति विमान + ग्राउंड विमान" स्टैक-अप संरचना (जैसे, शीर्ष - शक्ति - जीएनडी - नीचे) का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है।ग्राउंड प्लेन पूरी तरह से एक कम प्रतिबाधा संदर्भ विमान बनाने के लिए तांबा-प्लेट किया जाना चाहिएएकल-परत या दो-परत बोर्डों को "ग्रिड ग्राउंड" या "बड़े क्षेत्र के ग्राउंड प्लेन" का उपयोग करके ग्राउंड कॉपर क्षेत्र को अधिकतम करना चाहिए।" और ग्राउंडिंग की प्रभावशीलता बढ़ाने के लिए वायस के माध्यम से ऊपरी और निचली जमीन परतों को जोड़ने.

वी. विद्युत आपूर्ति डिजाइनः फ़िल्टरिंग, डिकोप्लिंग और वोल्टेज विनियमन सभी आवश्यक हैं

1बिजली आपूर्ति फ़िल्टरिंग और डिकोप्लिंग
प्रत्येक सक्रिय उपकरण (MCU, चिप) के पावर पिन के बगल में, पिन और ग्राउंड प्लेन के निकट एक 0.1μF सिरेमिक कंडेन्सर (डिस्कॉप्लिंग कंडेन्सर) रखा जाना चाहिए।तत्काल वर्तमान आपूर्ति के मुद्दों को संबोधित करने के लिएनिम्न आवृत्ति और उच्च आवृत्ति शोर को फ़िल्टर करने के लिए पावर इनपुट पर 10μF इलेक्ट्रोलाइटिक कंडेन्सर + 0.1μF सिरेमिक कंडेन्सर रखा जाना चाहिए।

इलेक्ट्रोलाइटिक और सिरेमिक संधारित्रों को क्रमशः DC-DC बिजली आपूर्ति के इनपुट और आउटपुट टर्मिनलों पर रखा जाना चाहिए।चुंबकीय युग्मन हस्तक्षेप को रोकने के लिए प्रेरक टर्मिनलों को संवेदनशील संकेतों से दूर रखा जाना चाहिए.

2पावर रेल रूटिंग
उच्च धारा वाले पावर रेल (जैसे बैटरी पावर और मोटर ड्राइव) को वोल्टेज गिरावट और गर्मी उत्पादन को कम करने के लिए चौड़े निशान या तांबे की चढ़ाई का उपयोग करना चाहिए।शॉर्ट सर्किट से बचने के लिए एकाधिक पावर रेल के बीच अलगाव पट्टियाँ आरक्षित की जानी चाहिएबिजली विभाजन को स्पष्ट विभाजन रेखाओं के साथ "द्वीप शैली" डिजाइन को अपनाया जाना चाहिए, और सिग्नल लाइनों को उन्हें पार करने की अनुमति नहीं दी जानी चाहिए।

VI. ईएमसी अनुकूलनः लेआउट स्रोत से विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप को कम करना

1ढाल डिजाइन
संवेदनशील सर्किटों (जैसे आरएफ रिसीवर और एनालॉग सिग्नल प्रोसेसिंग) में अच्छी ग्राउंडिंग के साथ धातु के शील्डिंग कवर का प्रयोग किया जाना चाहिए।हाई स्पीड सिग्नल और पावर लाइनों को अपने और संवेदनशील लाइनों के बीच पर्याप्त दूरी (≥10 मिमी) बनाए रखनी चाहिए, या पीसा हुआ तांबा के साथ अलग किया जा सकता है।

2फ़िल्टरिंग और ग्राउंडिंग अनुकूलन
इंटरफेस सर्किट (यूएसबी, ईथरनेट, पावर इंटरफेस) को सामान्य मोड हस्तक्षेप को दबाने के लिए सीरीज कॉमन-मोड इंडक्टर्स और समानांतर टीवीएस डायोड का उपयोग करना चाहिए।बाहरी इंटरफेस के सभी सिग्नल लाइनों को पीसीबी से बाहर ले जाने से पहले फ़िल्टर किया जाना चाहिए.

3विकिरण स्रोतों को कम करना
लंबी समानांतर तारों, अंडरमाइनेड ट्रांसमिशन लाइनों, और लंबित तांबे के बड़े क्षेत्रों से बचें।घड़ी के संकेतों और उच्च गति संकेतों को यथासंभव छोटा रखें और उन्हें "माइक्रोस्ट्रिप लाइन" संरचना बनाने के लिए जमीन के विमानों से घेरेंविद्युत चुम्बकीय विकिरण को कम करता है।

VII. डिजाइन के बाद निरीक्षणः विनिर्माण क्षमता और कोई छिपे हुए खतरों को सुनिश्चित करने के लिए 3 प्रमुख कदम

1. डीआरसी नियम जाँच
लेआउट पूरा होने के बाद, एक डीआरसी जांच की जानी चाहिए, जिसमें ध्यान केंद्रित किया जाना चाहिए कि क्या निशान चौड़ाई, निशान दूरी, आकार, घटक दूरी, प्रतिबाधा मिलान, आदि के माध्यम से,किसी भी उल्लंघन को सुनिश्चित करने के लिए डिजाइन नियमों का पालन करें.

2सिग्नल अखंडता और ईएमसी सिमुलेशन
उच्च गति पीसीबी (जैसे, ≥100 मेगाहर्ट्ज सिग्नल) के लिए, प्रतिबिंब, क्रॉसटॉक, टाइमिंग मुद्दों आदि की जांच के लिए सिग्नल अखंडता सिमुलेशन (एसआई) की सिफारिश की जाती है। जटिल उत्पादों के लिए ईएमसी सिमुलेशन की आवश्यकता होती है (जैसे,विकिरित उत्सर्जन, इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज) हस्तक्षेप समस्याओं को जल्दी पहचानने और हल करने के लिए।

3विनिर्माण क्षमता जाँच (डीएफएम)
मुखौटा आकारः छेद के माध्यम से प्रवेश द्वार ≥ 0.8 मिमी, सतह पर चढ़ने वाले प्रवेश द्वार ≥ 0.3 मिमी, अत्यधिक छोटे प्रवेश द्वारों से बचने के लिए जो ड्रिलिंग कठिनाइयों का कारण बनते हैं।

सोल्डर मास्क और सिल्कस्क्रीनः सोल्डर मास्क के उद्घाटन को कॉपर को उजागर करने से बचने के लिए पैड को कवर करना चाहिए; सिल्कस्क्रीन को पैड या वायस को अस्पष्ट नहीं करना चाहिए, और वर्णों को स्पष्ट रूप से पठनीय होना चाहिए।

पैनल डिजाइनः यदि पैनलिंग की आवश्यकता है, तो वी-कट स्लॉट या स्टैम्प छेद आरक्षित करें, और आसान एसएमटी उत्पादन के लिए पैनल के किनारों पर ≥3 मिमी का एक प्रक्रिया किनारा छोड़ दें।