Особенности проектирования высокоскоростных печатных плат: Учет формы компонентов

<p dir="ltr"><img alt="Closeup of two IC chips" data-entity-type="file" data-entity-uuid="55882b91-abf1-455c-b771-5571556831ae" data-responsive-image-style="" src="/sites/default/files/inline-images/migrate/aHViPTY1NjQ2JmNtZD1pdGVtZWRpdG9yaW1hZ2UmZmlsZW5hbWU9aXRlbWVkaXRvcmltYWdlXzVhNGQzNmJkOTQ4MWYuanBnJnZlcnNpb249MDAwMCZzaWc9ZDNiYzdmOTk4ZWY5MmM1Y2FkMGRjNzFiMGQyODUxY2I%25253D" /></p>

<p dir="ltr">При начале разработки высокоскоростной печатной платы необходимо учесть множество аспектов до того, как дизайн перейдет в стадию размещения компонентов. <a href="https://resources.altium.com/p/high-speed-design-techniques-schematic-c…; rel="noopener" target="_blank">Организация схемы</a>, <a href="https://resources.altium.com/p/introduction-to-high-speed-pcb-designing…; rel="noopener" target="_blank">материалы платы</a> и <a href="https://resources.altium.com/p/board-layer-stackup-considerations-for-h…; rel="noopener" target="_blank">конфигурация слоев</a>, критическое размещение компонентов, а также маршрутизация высокоскоростных сигналов – все это<a href="https://resources.altium.com/p/an-overview-of-the-high-speed-pcb-design…; rel="noopener" target="_blank"> аспекты высокоскоростного дизайна</a>, которые необходимо спланировать.</p>

<p dir="ltr">Часто одна область получает меньше внимания, чем все остальное, а именно – формы контактных площадок компонентов. Компоненты, используемые в высокоскоростном дизайне, физически не отличаются от тех, что используются в обычных проектах. Однако можно внести некоторые тонкие корректировки в формы контактных площадок и контуры компонентов, которые помогут в создании высокоскоростного дизайна печатной платы.</p>

<h2 dir="ltr"><a id="pad-shapes-for-high-speed-pcb-design">Формы контактных площадок для высокоскоростного дизайна печатных плат</a></h2>

<p dir="ltr">При оценке форм контуров для использования в высокоскоростном дизайне первым делом следует учитывать размеры контактных площадок. Иногда их называют посадочными площадками, это голые металлические площадки, к которым будут припаяны контактные выводы компонентов на готовой печатной плате. Обычно одна или две формы контактных площадок дублируются для создания полного контура компонента.</p>

<p dir="ltr">Традиционно размеры площадок на печатных платах на 30% больше, чем размеры контактных выводов. Эти размеры рассчитаны для оптимального производства, чтобы избежать проблем, таких как "тумбстоунинг", когда дискретные поверхностно-монтажные компоненты, такие как конденсаторы и резисторы, поднимаются с одной стороны. Эти оптимальные размеры также позволяют проводить ручную доработку с помощью паяльника и визуальный осмотр паяного соединения. Однако для высокоскоростного дизайна дополнительный металл может увеличить<a href="https://www.analog.com/en/resources/analog-dialogue/articles/high-speed…; rel="noopener" target="_blank"> паразитную емкость</a> и увеличить длину соединения между критически важными компонентами.</p>

<p dir="ltr">Чтобы удовлетворить потребности высокоскоростной схемы, размер площадки должен быть уменьшен. Вместо увеличения размера площадки на 30% от фактического размера контакта, более выгодным будет использование меньшего процента, например, 5%. Меньший размер площадки помогает уменьшить возможную паразитную емкость. Кроме того, длины соединений могут быть сокращены за счет уменьшения расстояния между компонентами. Эта практика также привлекательна, поскольку использует меньше пространства на плате. Использование меньших размеров площадок не снижает их механическую прочность, поскольку площадь контакта между выводами компонентов и печатной платой остается прежней. Однако их компромисс заключается в производственной осуществимости платы. Меньшие размеры площадок и более плотное расположение увеличивают стоимость производства платы. Команде разработчиков придется согласовывать потребности высокоскоростного дизайна с требованиями к производственной осуществимости перед размещением печатной платы.</p>

<p dir="ltr">Скругление углов форм площадок - это еще одно улучшение, которое принесет пользу вашему высокоскоростному дизайну. Скругленные углы позволят вам прокладывать дорожки ближе к площадкам, что сократит длины соединений и поможет компактно разместить схемотехнику.</p>

<p dir="ltr" style="text-align: center;"><small><img alt="Picture of dense motherboard layout" data-entity-type="file" data-entity-uuid="13c1802e-8bcd-4dd1-8500-ff742d473ed7" data-responsive-image-style="" src="/sites/default/files/inline-images/migrate/aHViPTY1NjQ2JmNtZD1pdGVtZWRpdG9yaW1hZ2UmZmlsZW5hbWU9aXRlbWVkaXRvcmltYWdlXzVhNGQzNmM3OWYyYTYuanBnJnZlcnNpb249MDAwMCZzaWc9MGVkOTA5NzA0OGNhMzhjZjNkMDlmY2M0MzRjNTFmMjM%25253D" /><br />
Улучшения форм площадок и переходных отверстий могут помочь с расположением элементов в дизайнах с высокой плотностью</small></p>

<h2 dir="ltr"><a id="via-shapes-need-consideration-as-well">Формы переходных отверстий также требуют внимания</a></h2>

<p dir="ltr">Переходные отверстия обычно не рассматриваются как форма компонента печатной платы, но поскольку их размер влияет на площадь платы, их также необходимо учитывать. Кроме того, любой металл на плате, который является частью высокоскоростной цепи, должен рассматриваться как часть этой цепи. Длины трасс, размеры и глубины переходных отверстий должны учитываться при расчетах высокоскоростных цепей.</p>

<p dir="ltr">Первое, что нужно учесть, это размер ваших переходных отверстий. Размер формы переходного отверстия определяется диаметром сверленого отверстия, и поэтому команде разработчиков необходимо заранее определить, какие размеры сверл для переходных отверстий им понадобятся. Меньшие переходные отверстия улучшат производительность высокоскоростных сигналов, но в то же время увеличат производственные затраты. Часто используются переходные отверстия разных размеров в зависимости от требований к цепи или от того, проводят ли переходные отверстия питание или землю.</p>

<p dir="ltr">После того как размеры переходных отверстий определены, следующим шагом будет рассмотрение их расположения по отношению к контактным площадкам компонентов. Традиционно, в дизайнах, не относящихся к высокоскоростным, переходные отверстия отодвигают от контактной площадки компонента для обеспечения оптимального расстояния между площадкой и переходным отверстием в целях производства. Затем площадка соединяется с переходным отверстием при помощи трассы. Однако эти длины соединений могут быть слишком большими для высокоскоростного дизайна.</p>

<p dir="ltr">Чтобы укоротить длину соединения, переходное отверстие (via) можно разместить ближе к контактной площадке, частично на площадке или даже полностью внутри площадки. Размещение переходных отверстий таким образом может потребовать различных настроек CAD и корректировок DRC, или даже включения формы переходного отверстия в форму контактной площадки. Также является <a href="https://d2pgu9s4sfmw1s.cloudfront.net/UAM/Prod/Done/a062E00001d7fGQQAY/…; rel="noopener" target="_blank">хорошей практикой</a> использовать короткие широкие дорожки для соединения площадки декаплирующего конденсатора с переходным отверстием.</p>

<p dir="ltr" style="text-align: center;"><small><img alt="Picture of parts on a circuit board" data-entity-type="file" data-entity-uuid="e13b1f18-4a24-4d09-a94e-a9f9b3a5cd6c" data-responsive-image-style="" src="/sites/default/files/inline-images/migrate/aHViPTY1NjQ2JmNtZD1pdGVtZWRpdG9yaW1hZ2UmZmlsZW5hbWU9aXRlbWVkaXRvcmltYWdlXzVhNGQzNmQwYjg4ZjMuanBnJnZlcnNpb249MDAwMCZzaWc9M2U1Mjk3YmY3Y2JkN2MzOGQwOTBmNTIzN2NmMDY3ODY%25253D" /><br />
Компоненты для высокоскоростного дизайна должны быть оценены для выбора наилучшего корпуса для схемы</small></p>

<h2 dir="ltr"><a id="component-selection-and-placement">Выбор компонентов и их размещение</a></h2>

<p dir="ltr">Также стоит рассмотреть некоторые варианты конструкции контактных площадок компонентов. Разъемы могут иметь связанную с ними индуктивность. Поэтому, является хорошей практикой исключить или минимизировать использование разъемов в высокоскоростном дизайне. Выбор правильного корпуса и соответствующей контактной площадки компонента также важен. Некоторые устройства, например операционные усилители, обычно <a href="https://www.analog.com/en/resources/analog-dialogue/articles/high-speed…; rel="noopener" target="_blank">предлагаются в различных корпусах</a>. Один вариант операционного усилителя может позволить использовать более короткие дорожки в схеме, чем другой. Наконец, формы контактных площадок компонентов могут потребовать корректировки с учетом тепловых характеристик. Отличным способом рассеивания тепла является размещение питающих площадок непосредственно под формами контактных площадок ИС, которые соединены с внутренней плоскостью.</p>

<p dir="ltr">Формы площадок и контактных площадок печатной платы могут помочь в создании вашего дизайна высокоскоростной печатной платы. Даже самое маленькое изменение может помочь вам улучшить трассировку и уменьшить длину соединений, или даже снизить проблемы, вызванные паразитной индуктивностью или проблемами высокоскоростного теплового режима.</p>

<p>Хотели бы вы узнать больше о<a href="https://resources.altium.com/p/pcb-design-software-eagle&quot; rel="noopener" target="_blank"> программном обеспечении для дизайна печатных плат</a>?<a href="https://www.altium.com/contact-us&quot; rel="noopener" target="_blank"> Обратитесь к эксперту в Altium.</a></p>