Component placement

Die Platzierung von Bauteilen ist einer der kritischsten Teile der Platinen-Entwicklung. Zunächst müssen Sie die grundlegenden Kriterien für die Anordnung von Bauteilen auf einer Leiterplatte verstehen. Dann sollten Sie verstehen, wie sie sich auf andere Bereiche Ihres Designprozesses auswirken (MCAD-Gehäuse, Produktion, Signalintegrität).

Eine unsachgemäße Platzierung von Bauteilen kann eine Reihe von Problemen verursachen, die die Funktionalität, Langlebigkeit, Herstellbarkeit und Wartungsfreundlichkeit der Platinen beeinträchtigen. Eine Möglichkeit, das analoge Signal zu beeinträchtigen, besteht darin, analoge und digitale Komponenten ohne ausreichende Segmentierung zusammen zu platzieren.

Signalintegrität (Übersprechen, Reflexionen, Dämpfungen, Klingeln) und elektromagnetische Störungen sind die häufigsten Probleme, auf die wir beim Entwurf von Hochgeschwindigkeits-Platinen stoßen.

So sieht ein Platinen-Entwicklungsprozess aus:

Schemaerstellung;
Platinen-Dateierstellung;
Erstellen einer Platinenform;
Designregeln;
Stackup-Entwicklung;
Platzierung von Bauteilen; <-- Wir sind hier
Routing;
DRC check;
Erstellung der Dokumentation;
Generierung von Dateien für die Produktion.

Jedes Platinen-Layout ist ein schwieriges Puzzle, bei dem mehrere widersprüchliche Ziele zu berücksichtigen sind. Auch wenn Sie Beschränkungen des Formfaktors und der Lagenzahl zu erfüllen haben, müssen Sie sicherstellen, dass Sie die Komponenten so positionieren, dass Sie die Vorgaben erfüllen.

Die Komponenten auf einer Hochgeschwindigkeitsleiterplatte sollten wie folgt angeordnet und gruppiert werden:

Schaltungsblock: Ordnen Sie zunächst die Komponenten an, die für bestimmte Aufgaben im System zusammenarbeiten. Alle Komponenten, die z. B. an der Leistungsregelung beteiligt sind, sollten in einer Gruppe zusammengefasst werden.
Große Prozessoren: Diese Komponenten enthalten viele E/A und werden direkt mit den gruppierten Schaltkreisblöcken verbunden. Ordnen Sie die Schaltungsblöcke der ersten Ebene um Ihren Zentralprozessor herum an, dann die nachgeschalteten Schaltungsblöcke um sie herum.
Zugang zu Routing-Kanälen: Versuchen Sie, sie so anzuordnen, dass ihre Pins einander zugewandt sind, wenn Sie eine Gruppe von Bauteilen haben, die alle auf dieselbe Schnittstelle eines anderen Bauteils zugreifen müssen. Das wird nicht immer machbar sein, aber wenn es so ist, müssen Sie nicht über interne Schichten oder auf langen Wegen um andere Bauteile herumleiten.

Vorbereiten des Layouts

Eine gute Methode, um mit dem Layout einer Hochgeschwindigkeitsleiterplatte zu beginnen, ist die Erstellung eines Grundrisses für Ihr Projekt. Wenn Sie im Voraus planen, können Sie Gruppierungen von Komponenten, wie die oben genannten, berücksichtigen.

Wärme-Management

Der Spannungsregler erwärmt sich in Situationen mit hoher Leistung dramatisch. Sie haben wahrscheinlich einige wärmeableitende Durchkontaktierungen eingebaut, um die Wärmeableitung zu erhöhen. Sie sollten jedoch keine anderen Komponenten in der Nähe des Reglers platzieren. Die gleichen Regeln gelten für den Einsatz eines Leistungs-Operationsverstärkers oder eines anderen wärmeabgebenden Geräts.

135⁰ Bögen anstelle von 90⁰

Versuchen Sie, die Anzahl der Bögen bei der Verlegung von Hochgeschwindigkeitssignalen so gering wie möglich zu halten. Sie sollten 135° Bögen anstelle von 90° Bögen verwenden. Bei 90 Grad ist ein gleichmäßiges Ätzen der Leiterplatte nicht gewährleistet. Außerdem wirken sehr schnell scharfe Kanten wie eine Antenne.

Die Länge der Verbindung

Achten Sie bei der Planung der Platzierung auch darauf, dass die Verbindungslängen so gering wie möglich sind. Versuchen Sie außerdem, die Komponenten in Hochgeschwindigkeits-Signalstrecken (mehrere Netze, die eine Folge von Komponenten miteinander verbinden) möglichst nahe beieinander anzuordnen und nicht in Abständen voneinander. Achten Sie darauf, dass Sie bei der Planung Ihres Standorts genügend Platz haben, um Ihre Leitwege zu berücksichtigen.

Platzieren Sie keine Bauteile oder Durchkontaktierungen zwischen differentiellen Paaren!

Die Abstände zwischen den Hochgeschwindigkeits-Differentialpaaren sollten konstant bleiben, während sie parallel zueinander verlegt werden. Dieser Abstand trägt dazu bei, dass die gewünschte differentielle Impedanz erreicht wird. Der Bereich, in dem sich der vorgeschriebene Abstand aufgrund von Pad-Einträgen vergrößert, sollte vom Konstrukteur minimiert werden. Sie sollten die Differentialpaare symmetrisch verlegen.

Versuchen Sie nicht Bauteile oder Durchkontaktierungen zwischen differentiellen Paaren zu platzieren! Komponenten und Durchkontaktierungen zwischen Differentialpaaren können EMV-Probleme und Impedanzdiskontinuitäten verursachen.

Abschluss- und Impedanzanpassungsnetze

Die Platzierung Ihrer Abschlusswiderstände ist die letzte und speziellste Platzierungstechnik. Bei Hochgeschwindigkeits-Leiterplattendesigns kann je nach Anschlussimpedanz der Komponenten und der anzugleichenden Impedanz ein Abschluss am Quell- oder Empfängerende einer Verbindung erforderlich sein. Nach der Installation der Hauptschaltkreise werden diese Widerstände häufig als nachträglicher Einbau behandelt. Da diese Widerstände Teil des gesamten Schaltkreises sind, ist ihre Position entscheidend für dessen ordnungsgemäßen Betrieb.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Platzierung von Bauteilen ein kritischer Schritt bei jeder Platinen-Entwicklung ist, dessen falsche Ausführung Ihnen das Leben schwer machen wird. Wenn zum Beispiel Nacharbeiten erforderlich sind, wird es schwieriger, wenn die Abstände zwischen den Komponenten schlecht sind und es sind größere Änderungen erforderlich, die sehr zeitaufwendig sind und die Entwicklungskosten viel höher machen, als sie sein sollten.