Kinerja papan PCB tergantung 70% pada desain tata letaknya. skema yang sama dapat menyebabkan baik operasi normal atau sering gagal dengan tata letak yang berbeda dan routing,bahkan berdampak langsung pada stabilitasApakah Anda seorang pemula dalam desain PCB atau insinyur berpengalaman mencari solusi optimasi,menguasai poin kunci berikut dapat menghemat 90% dari masalah dalam proses desain Anda.

I. Persiapan Pra-Desain: 3 Langkah untuk Membuat Dasar yang Kuat dan Menghindari Kerja Ulang

1. Mendefinisikan pembatasan desain: Konfirmasi dimensi fisik papan PCB, jumlah lapisan (pilihan papan tunggal / ganda / multilayer), persyaratan impedansi (misalnya, sinyal kecepatan tinggi 50Ω,90Ω sinyal diferensial), batas penurunan tegangan rel listrik, standar EMC (CE / FCC, dll.), dan parameter proses manufaktur (lebar jejak minimum, jarak jejak, melalui ukuran) sebelumnya.Tuliskan kendala ini ke dalam Peraturan Desain (DRC) untuk menghindari pelanggaran dari awal.

2. Tinjauan dan Optimalisasi Skema

Sebelum tata letak, revisi skema kedua sangat penting: periksa daya, tanah, dan jalur sinyal untuk rasionalisasi, menghindari persimpangan yang tidak perlu; kelompok modul fungsional (seperti modul daya,antarmuka kecepatan tinggi, dan sirkuit analog) untuk memberikan dasar logis untuk perencanaan tata letak berikutnya; label sinyal kunci (seperti jam dan pasangan diferensial) untuk kontrol terfokus selama tata letak.

3Pemilihan komponen dan konfirmasi paket
Memprioritaskan komponen dengan paket standar dan pitch pin yang wajar (menghindari paket pitch halus di bawah 0,4 mm, yang meningkatkan kesulitan pengelasan);mengkonfirmasi keakuratan perpustakaan paket (definisi pin, lokasi layar sutra, ukuran pad), terutama untuk komponen presisi seperti BGA dan QFP, karena kemasan yang salah dapat langsung menyebabkan kegagalan desain.

II. Desain Tata Letak: Ikuti Tiga Prinsip "Zoning, Proximity, and Heat Dissipation"

1. Tata letak zonasi fungsional

Pembagian tata letak ke sub-wilayah sesuai dengan jenis sinyal dan fungsi: daerah analog (ADC / DAC, sensor), daerah digital (MCU, FPGA), daerah daya (chips daya, induktor, kapasitor),Area antarmuka (USB)Reserve isolasi band (disarankan ≥3mm) antara setiap area untuk mencegah sinyal digital mengganggu sinyal analog.

2. Prioritaskan Tata Letak Komponen Kritis: Letakkan chip pasokan listrik (LDO, DC-DC) dekat beban untuk mengurangi panjang jalur listrik;menempatkan induktor dan kapasitor dekat dengan pin chip catu daya untuk membentuk sirkuit penyaringan lengkap (menghindari tata letak "kawat terbang").

Menempatkan sumber sinyal berkecepatan tinggi (seperti osilator kristal dan chip jam) dekat dengan penerima untuk memperpendek jalur transmisi dan mengurangi kopling interferensi;tanah casing osilator kristal dan meninggalkan area bebas tembaga ≥5mm di sekitarnya.

Menyimpan komponen penjana panas (seperti transistor daya dan driver LED) jauh dari komponen sensitif (seperti MCU dan sensor), dan menyediakan ruang yang cukup untuk disipasi panas;Desain pemanas berlapis tembaga jika diperlukan.

3. Periksa Rasionalitas Tata Layout: Pastikan pin komponen tidak terhalang dan tanda-tanda layar sutra dapat dibaca dengan jelas; pastikan jarak komponen melalui lubang ≥2.5 mm dan jarak komponen permukaan-mount ≥0.5mm; menempatkan konektor dan komponen antarmuka dekat dengan tepi PCB untuk mudah dimasukkan, dilepas, dan diarahkan.

III. Desain Kabel: "Pendek, Lurus, dan Lurus" sebagai Inti, sambil mempertimbangkan impedansi dan EMC.

1Aturan dasar kabel: Prioritaskan routing sinyal kritis (jam, pasangan diferensial, sinyal data kecepatan tinggi), kemudian sinyal umum;saluran listrik dan darat lebih penting daripada saluran sinyal untuk memastikan pasokan listrik yang stabil.

Jaga kabel sesingkat dan lurus mungkin, hindari tikungan dan saluran yang tidak perlu; jika tikungan diperlukan, gunakan sudut 45° atau tepi bulat,Menghindari sudut lurus 90° (untuk mengurangi pantulan sinyal dan radiasi EMC).

Pencocokan Lebar Jalur: Pilih lebar jejak sesuai dengan arus (misalnya, arus 1A sesuai dengan lebar jejak 1mm, 0,5A sesuai dengan 0,5mm, lebar jejak sinyal disarankan 0,2-0,3mm);lebar jejak sinyal diferensial dan jarak harus ketat mematuhi persyaratan impedansi (eMisalnya, pasangan diferensial USB 3.0 membutuhkan lebar jejak 0,2 mm dan jarak 0,4 mm).

2. Titik-titik kunci untuk High-Speed Routing Sinyal
Sinyal diferensial (seperti HDMI, PCIe, dan Ethernet) harus memiliki panjang yang sama, sejajar, dan terpasang erat, dengan perbedaan panjang dikontrol dalam 5 mm. Hindari percabangan atau menggunakan vias.

Sinyal jam harus menggunakan topologi bintang atau daisy-chain untuk menghindari koneksi paralel langsung dari beberapa beban.

Sinyal berkecepatan tinggi harus menghindari melintasi area yang terpecah (seperti pesawat tenaga dan darat), jika tidak akan mengganggu pesawat acuan dan menyebabkan masalah integritas sinyal.

3. Pedoman Menghindari Pitfalls Routing
Jalur sinyal tidak diizinkan untuk melintasi pemisahan bidang daya atau darat. Jika penyeberangan tidak dapat dihindari, jalur harus ditambahkan di titik penyeberangan untuk terhubung ke bidang referensi.

Hindari rute paralel panjang dari jalur sinyal pada lapisan yang berbeda (untuk mengurangi interstalk antar lapisan). jarak antara jalur sinyal paralel pada lapisan yang sama harus ≥3 kali lebar jalur.

Semakin sedikit vias, semakin baik. sinyal kritis sebaiknya tidak lebih dari 2 vias (via memperkenalkan induktansi parasit dan kapasitansi, mempengaruhi integritas sinyal).

IV. Desain grounding: Aplikasi fleksibel dari "single-point grounding" dan "multi-point grounding"

4. Prinsip-prinsip grounding Inti dari grounding adalah untuk "mengurangi area ground loop" dan menghindari interferensi yang disebabkan oleh perbedaan potensi ground.Tanah analog dan tanah digital harus dihubungkan secara terpisah dan akhirnya dihubungkan di satu titik di catu daya (e. misalnya, melalui resistor 0Ω, manik ferrit, atau koneksi langsung).

1. Berbagai Jenis Desain Grounding

Signal Ground: Gunakan "star grounding", menghubungkan semua sinyal grounding ke titik grounding umum untuk mengurangi crosstalk antara sinyal.

Power Ground: Gunakan "multi-point grounding"," menyambungkan terminal grounding dari chip daya dan filter kondensator ke pesawat grounding daya terdekat untuk mempersingkat jalur grounding dan mengurangi impedansi grounding.

Tanah pelindung: Pengetatan casing logam dan penutup pelindung harus dapat diandalkan, dengan resistensi pengetatan ≤1Ω,menghindari pembentukan "tanah terapung" (tanah terapung cenderung akumulasi listrik statis, menyebabkan kegagalan EMC).

2. Teknik Desain Pesawat Darat
Papan multilayer dianjurkan untuk menggunakan struktur tumpukan "pesawat daya + bidang tanah" (misalnya, Atas - Daya - GND - Bawah).Permukaan tanah harus sepenuhnya dilapisi tembaga untuk membentuk bidang referensi impedansi rendahPapan berlapis tunggal atau berlapis ganda harus memaksimalkan area tembaga tanah, menggunakan "grid ground" atau "large area ground plane"," dan menghubungkan lapisan atas dan bawah tanah melalui vias untuk meningkatkan efektivitas grounding.

V. Desain Pasokan Listrik: Filterasi, Pemisahan, dan Regulasi Tegangan Semua Penting

1. Power Supply Filtering dan decoupling
Kondensator keramik 0,1μF (kondensator dekopulasi) harus ditempatkan di sebelah pin daya dari setiap perangkat aktif (MCU, chip), dekat dengan pin dan bidang tanah,untuk mengatasi masalah pasokan saat iniKondensator elektrolitik 10μF + kondensator keramik 0,1μF harus ditempatkan di input daya untuk menyaring kebisingan frekuensi rendah dan frekuensi tinggi.

Kondensator elektrolitik dan kondensator keramik harus ditempatkan pada terminal input dan output dari catu daya DC-DC, masing-masing.Terminal induktor harus disimpan jauh dari sinyal sensitif untuk mencegah gangguan kopling magnetik.

2. Power Rail Routing
Jalur listrik arus tinggi (seperti daya baterai dan penggerak motor) harus menggunakan jejak lebar atau plating tembaga untuk mengurangi penurunan tegangan dan produksi panas;strip isolasi harus disediakan antara beberapa rel daya untuk menghindari sirkuit pendekSegmentasi daya harus mengadopsi desain "gaya pulau" dengan garis pemisah yang jelas, dan jalur sinyal tidak harus diizinkan melintasi mereka.

VI. Optimasi EMC: Mengurangi Interferensi Elektromagnetik dari Sumber Layout

1. Desain Perisai
Sirkuit sensitif (seperti penerima RF dan pemrosesan sinyal analog) harus menggunakan penutup pelindung logam dengan grounding yang baik;Sinyal kecepatan tinggi dan saluran listrik harus menjaga jarak yang cukup (≥10mm) antara mereka dan saluran sensitif, atau diisolasi dengan tembaga.

2. Filter dan Grounding Optimization
Sirkuit antarmuka (USB, Ethernet, antarmuka daya) harus menggunakan induktor mode umum seri dan dioda TVS paralel untuk menekan gangguan mode umum;semua jalur sinyal dari antarmuka eksternal harus disaring sebelum dipimpin keluar dari PCB.

3Mengurangi Sumber Radiasi
Hindari kabel paralel yang panjang, saluran transmisi yang terminasi, dan area yang besar dengan tembaga yang tergantung.Jaga sinyal jam dan sinyal kecepatan tinggi sesingkat mungkin dan lingkupkan dengan bidang tanah untuk membentuk struktur "garis mikro", mengurangi radiasi elektromagnetik.

VII. Pemeriksaan Pasca-Desain: 3 Langkah Utama untuk Memastikan Kemampuan Membuat dan Tidak Ada Bahaya Tersembunyi

1. DRC Periksa Aturan
Setelah penyelesaian tata letak, pemeriksaan DRC harus dilakukan, dengan fokus pada apakah lebar jejak, jarak jejak, melalui ukuran, jarak komponen, pencocokan impedansi, dll.,mematuhi aturan desain untuk memastikan tidak ada pelanggaran.

2. Integritas Sinyal dan Simulasi EMC
Untuk PCB berkecepatan tinggi (misalnya, sinyal ≥100MHz), simulasi integritas sinyal (SI) dianjurkan untuk memeriksa refleksi, crosstalk, masalah waktu, dll. Produk yang kompleks membutuhkan simulasi EMC (misalnya,emisi radiasi, debit elektrostatik) untuk mengidentifikasi dan menyelesaikan masalah interferensi lebih awal.

3. Pemeriksaan Kemampuan Manufaktur (DFM)
Ukuran wajah: Via melalui lubang ≥ 0,8 mm, vias permukaan ≥ 0,3 mm, menghindari vias yang terlalu kecil yang menyebabkan kesulitan pengeboran.

Topeng solder dan layar sutra: Pembukaan topeng solder harus menutupi bantalan untuk menghindari mengekspos tembaga; layar sutra tidak harus menutupi bantalan atau vias, dan karakter harus dapat dibaca dengan jelas.

Desain panel: Jika panelisasi diperlukan, simak slot V-cut atau lubang cap, dan tinggalkan tepi proses ≥3mm di tepi panel untuk produksi SMT yang mudah.