Jawaban Singkat untuk Pertanyaan Besar tentang Desain PCB

Q1:Bagaimana memilih bahan PCB (Printed Circuit Board)?

A1:Bahan PCB harus dipilih secara total berdasarkan keseimbangan antara permintaan desain, volume produksi, dan biaya. Permintaan desain melibatkan elemen listrik yang harus dipertimbangkan secara serius selama desain PCB berkecepatan tinggi. Selain itu, konstanta dielektrik dan kehilangan dielektrik harus dipertimbangkan apakah sesuai dengan frekuensi.

Q2:Bagaimana cara menghindari interferensi frekuensi tinggi?

A2:Prinsip utama untuk mengatasi interferensi frekuensi tinggi adalah mengurangi crosstalk sebanyak mungkin, yang dapat dicapai dengan memperbesar jarak antara sinyal berkecepatan tinggi dan sinyal analog atau melengkapi ground guard atau shunt trace di samping sinyal analog. Selain itu, gangguan derau yang disebabkan oleh arde digital di arde analog harus dipertimbangkan dengan cermat.

Q3:Bagaimana cara mengatur jejak yang membawa sinyal diferensial?

A3:Dua titik harus difokuskan dalam hal jejak yang membawa desain sinyal diferensial. Di satu sisi, panjang dua garis harus sama; di sisi lain, jarak antara dua garis harus tetap sejajar.

Q4:Bagaimana mengatur jejak yang membawa sinyal diferensial ketika hanya ada satu jalur sinyal clock di terminal keluaran?

A4:Premis jejak yang membawa susunan sinyal diferensial adalah bahwa baik sumber sinyal maupun ujung penerima harus merupakan sinyal diferensial. Oleh karena itu, perutean diferensial tidak pernah dapat bekerja pada sinyal clock yang hanya berisi satu ujung keluaran.

Q5:Dapatkah resistansi yang cocok ditambahkan di antara pasangan diferensial di ujung penerima?

A5:Resistansi yang cocok biasanya ditambahkan antara pasangan diferensial di ujung penerima dan nilainya sama dengan impedansi diferensial. Hasilnya, kualitas sinyal akan lebih baik.

Q6:Mengapa jejak pasangan diferensial harus dekat satu sama lain dan paralel?

A6:Jejak pasangan diferensial harus benar-benar dekat dan paralel. Jarak antara jejak pasangan diferensial ditentukan oleh impedansi diferensial yang merupakan parameter referensi utama dalam hal desain pasangan diferensial.

T7:Bagaimana cara mengatasi konflik antara perutean manual dan perutean otomatis pada sinyal berkecepatan tinggi?

A7:Sekarang sebagian besar router otomatis dapat mengontrol metode wire running dan jumlah lubang tembus dengan mengatur kondisi kendala. Semua perusahaan EDA sangat berbeda satu sama lain dalam hal metode wire running dan pengaturan kondisi kendala. Kesulitan perutean otomatis terkait erat dengan kemampuan wire running. Oleh karena itu, masalah ini dapat diatasi dengan memilih router dengan kemampuan wire running yang tinggi.

Q8:Dalam desain PCB berkecepatan tinggi, area kosong dari lapisan sinyal dapat dilapisi dengan tembaga. Bagaimana seharusnya tembaga didistribusikan pada beberapa lapisan sinyal pada grounding dan powering?

A8:Umumnya, lapisan tembaga sebagian besar terhubung dengan tanah di area kosong. Jarak antara lapisan tembaga dan jalur sinyal harus dirancang secara ketat karena tembaga yang dilapisi akan sedikit mengurangi impedansi karakteristik. Sementara itu, impedansi karakteristik lapisan lain tidak boleh terpengaruh.

Q9:Dapatkah impedansi karakteristik pada bidang daya diketahui dengan model garis strip mikro? Dapatkah model garis strip mikro digunakan pada sinyal antara bidang daya dan bidang tanah?

A9:Ya. Selama prosedur perhitungan impedansi karakteristik, baik bidang daya dan bidang tanah dapat dianggap sebagai bidang referensi.

Q10:Dapatkah titik uji yang dihasilkan melalui otomatisasi pada PCB berdensitas tinggi memenuhi tuntutan pengujian produksi besar-besaran?

A10:Itu semua tergantung pada kasus apakah peraturan pada titik uji kompatibel dengan persyaratan yang ditetapkan oleh mesin uji. Selain itu, jika perutean dijalankan terlalu padat dan peraturan pada titik uji sangat ketat, mungkin tidak ada cara untuk menempatkan titik uji pada setiap segmen jalur. Tentu saja, metode manual dapat digunakan untuk melengkapi poin tes.

T11:Dapatkah penambahan titik uji memengaruhi kualitas sinyal berkecepatan tinggi?

A11:Itu semua tergantung pada kasus apakah metode penambahan titik uji dan kecepatan sinyal yang berjalan. Pada dasarnya, menambahkan titik uji diperoleh dengan menambahkannya ke garis atau menarik segmen keluar. Kedua metode tersebut sedikit banyak dapat mempengaruhi sinyal berkecepatan tinggi dan tingkat efeknya terkait dengan kecepatan frekuensi dan kecepatan tepi sinyal.

Q12:Ketika beberapa PCB dihubungkan ke dalam suatu sistem, bagaimana seharusnya jalur ground dari setiap PCB dihubungkan?

A12:Berdasarkan hukum arus Kirchoff, ketika daya atau sinyal dikirim dari Board A ke Board B, jumlah arus yang setara akan dikembalikan ke Board A dari ground plane dan arus pada ground plane akan mengalir kembali pada jalur dimana impedansinya paling rendah. Oleh karena itu, jumlah pin yang berkontribusi pada ground plane tidak boleh terlalu kecil pada setiap antarmuka daya atau interkoneksi sinyal sehingga impedansi dan noise di ground dapat dikurangi. Selain itu, seluruh loop arus harus dianalisis, terutama bagian di mana arus terbesar dan sambungan ground plane atau ground lines harus disesuaikan untuk mengontrol arus yang berjalan dan mengurangi pengaruh pada sinyal sensitif lainnya.

Q13:Dapatkah garis tanah ditambahkan ke tengah garis sinyal diferensial?

A13:Pada dasarnya, garis tanah tidak dapat ditambahkan di antara garis sinyal diferensial karena signifikansi terbesar dari prinsip garis sinyal diferensial terletak pada keuntungan yang dipimpin oleh kopling timbal balik antara saluran sinyal diferensial, seperti pembatalan fluks, kekebalan kebisingan, dll. Efek kopling akan hancur jika garis tanah ditambahkan di antara mereka.

Q14:Apa prinsip mengambil PCB yang sesuai dan menutupi titik arde?

A14:Prinsipnya adalah memanfaatkan ground sasis untuk menyediakan jalur dengan impedansi rendah ke arus balik dan untuk mengontrol jalur arus balik ini. Misalnya, sekrup biasanya dapat digunakan di dekat komponen frekuensi tinggi atau generator jam untuk menghubungkan bidang dasar PCB dengan tanah sasis untuk mengurangi seluruh area loop arus sebanyak mungkin, yaitu, untuk mengurangi interferensi elektromagnetik.

Q15:Di mana debug PCB harus dimulai?

A15:Sejauh menyangkut sirkuit digital, hal-hal berikut harus dilakukan secara berurutan. Pertama, semua nilai daya harus dikonfirmasi untuk mencapai persyaratan desain rata-rata. Kedua, semua frekuensi sinyal clock harus dipastikan berfungsi normal dan tidak ada masalah non-monoton di tepinya. Ketiga, sinyal reset harus dikonfirmasi untuk mencapai persyaratan standar. Jika hal-hal di atas telah dikonfirmasi, chip harus mengirim sinyal pada siklus pertama. Kemudian, debug akan dilakukan berdasarkan protokol sistem yang berjalan dan protokol bus.

Q16:Apa cara terbaik untuk mendesain PCB berkecepatan tinggi dan berdensitas tinggi dengan area papan tetap?

A16:Dalam proses desain PCB berkecepatan tinggi dan berdensitas tinggi, interferensi crosstalk harus difokuskan secara khusus karena sangat memengaruhi waktu dan integritas sinyal. Beberapa solusi desain diberikan. Pertama, kontinuitas dan pencocokan impedansi karakteristik perutean harus dikontrol. Kedua, spasi harus diperhatikan dan spasi biasanya dua kali lebar garis. Ketiga, metode penghentian yang tepat harus diambil. Keempat, perutean di lapisan yang berdekatan harus diimplementasikan dalam arah yang berbeda. Kelima, vias buta/terkubur dapat digunakan untuk meningkatkan area perutean. Selain itu, penghentian diferensial dan penghentian mode umum harus dipertahankan untuk mengurangi pengaruh pada waktu dan integritas sinyal.

Q17:Sirkuit LC biasanya diterapkan untuk menyaring gelombang pada daya analog. Mengapa LC terkadang berkinerja lebih baik daripada RC?

A17:Perbandingan antara LC dan RC harus didasarkan pada asumsi apakah pita frekuensi dan induktansi dipilih dengan tepat. Karena reaktansi induktansi berkorelasi dengan induktansi dan frekuensi, jika frekuensi kebisingan daya terlalu rendah dan induktansi tidak cukup tinggi, LC berkinerja lebih buruk daripada RC. Namun, salah satu kelemahan RC terletak pada kenyataan bahwa resistor itu sendiri akan mengkonsumsi energi dengan efisiensi yang rendah.

T18:Apa cara optimal untuk mencapai persyaratan EMC tanpa tekanan biaya?

A18:Papan PCB menderita biaya lebih tinggi karena EMC biasanya karena jumlah lapisan naik untuk memperkuat tegangan pelindung dan beberapa komponen disiapkan seperti manik ferit atau choke yang digunakan untuk menghentikan komponen gelombang harmonik frekuensi tinggi. Selain itu, struktur pelindung lain pada sistem lain harus digunakan untuk memenuhi permintaan EMC. Pertama, komponen dengan laju perubahan tegangan rendah harus diterapkan sebanyak mungkin untuk mengurangi porsi frekuensi tinggi yang dihasilkan oleh sinyal. Kedua, komponen frekuensi tinggi tidak boleh ditempatkan terlalu dekat dengan konektor eksterior. Ketiga, pencocokan impedansi, lapisan perutean dan jalur arus balik dari sinyal berkecepatan tinggi harus dirancang dengan hati-hati untuk mengurangi pantulan dan radiasi frekuensi tinggi. Keempat, kapasitor decoupling yang cukup harus ditempatkan pada pin daya untuk mengurangi kebisingan pada bidang daya dan bidang tanah. Kelima, arde di dekat konektor luar dapat dipotong dari bidang arde dan arde konektor harus dekat dengan arde sasis.

Q19:Ketika papan PCB memiliki beberapa modul digital/analog, solusi biasa adalah membagi modul digital/analog. Mengapa?

A19:Alasan untuk membagi modul digital dan analog adalah bahwa noise biasanya dihasilkan pada daya dan ground pada peralihan potensial tinggi dan rendah dan tingkat kebisingan terkait dengan kecepatan sinyal dan jumlah arus. Jika modul analog dan digital tidak dibagi dan noise yang dihasilkan oleh modul digital lebih besar dan sirkuit di area analog serupa, meskipun sinyal analog dan digital tidak bertemu, sinyal analog akan tetap terpengaruh oleh noise.

T20:Dalam hal desain PCB berkecepatan tinggi, bagaimana pencocokan impedansi harus diterapkan?

A20:Sejauh menyangkut desain PCB berkecepatan tinggi, pencocokan impedansi adalah salah satu pertimbangan utama. Impedansi memiliki hubungan absolut dengan perutean. Misalnya, impedansi karakteristik ditentukan oleh beberapa elemen termasuk jarak antara mikrostrip atau stripline/lapisan strip ganda dan lapisan referensi, lebar perutean, bahan PCB, dll. Secara berbeda, impedansi karakteristik tidak pernah dapat ditentukan sampai perutean. Solusi penting untuk masalah ini adalah untuk menghentikan diskontinuitas impedansi agar tidak terjadi sebanyak mungkin.

Q21:Dalam proses desain PCB berkecepatan tinggi, tindakan apa yang harus diambil dengan mempertimbangkan EMC/EMI?

A21:Secara umum, desain EMI/EMC harus dipertimbangkan dari aspek pancaran dan konduksi. Yang pertama milik bagian yang frekuensinya lebih tinggi (lebih dari 30MHz) sedangkan yang kedua milik bagian yang frekuensinya lebih rendah (kurang dari 30MHz). Oleh karena itu, porsi frekuensi tinggi dan porsi frekuensi rendah harus diperhatikan. Desain EMI/EMC yang baik harus dimulai dari penempatan komponen, susunan PCB, perutean, pemilihan komponen, dll. Jika aspek-aspek tersebut dibiarkan, biaya mungkin akan meningkat. Misalnya, generator jam tidak boleh sedekat mungkin dengan konektor luar. Selain itu, titik penghubung harus dipilih dengan benar antara PCB dan sasis.

Q22:Apa itu topologi perutean?

A22:Topologi perutean, juga disebut urutan perutean, mengacu pada urutan perutean dalam hal jaringan dengan banyak terminator.

T23:Bagaimana topologi perutean harus disesuaikan untuk meningkatkan integritas sinyal?

A23:Jenis sinyal jaringan ini sangat kompleks sehingga topologinya berbeda berdasarkan arah yang berbeda, level yang berbeda, jenis sinyal yang berbeda. Oleh karena itu, sulit untuk menilai jenis sinyal mana yang bermanfaat bagi kualitas sinyal.

Q24:Apa alasan pelapisan tembaga?

A24:Biasanya ada beberapa alasan untuk pelapisan tembaga. Pertama, lapisan tembaga arde atau daya yang masif akan memiliki efek pelindung dan beberapa arde khusus, misalnya PGND, dapat memiliki peran perlindungan. Kedua, untuk memastikan kinerja elektroplating yang tinggi atau menghentikan laminasi agar tidak berubah bentuk, tembaga harus dilapisi pada papan PCB dengan perutean yang lebih sedikit. Ketiga, pelapisan tembaga berasal dari persyaratan integritas sinyal. Jalur kembali yang lengkap harus disediakan untuk sinyal digital frekuensi tinggi dan perutean jaringan DC harus dikurangi. Selain itu, disipasi termal juga harus dipertimbangkan.

Q25:Apa itu arus balik?

A25:Saat sinyal digital berkecepatan tinggi berjalan, sinyal mengalir dari driver ke carrier di sepanjang jalur transmisi PCB dan kemudian kembali ke terminal driver melalui jalur terpendek di sepanjang ground atau power. Sinyal kembali di ground atau power disebut arus balik.

Q26:Ada berapa jenis terminal?

A26:Terminal, juga disebut pencocokan, biasanya diklasifikasikan ke dalam pencocokan sumber dan pencocokan terminal. Yang pertama mengacu pada pencocokan resistor seri sedangkan yang kedua mengacu pada pencocokan paralel. Banyak metode yang tersedia, termasuk resistor pull-up, resistor pull-down, pencocokan Davenan, pencocokan AC, pencocokan dioda Schottky, dll.

Q27:Elemen apa yang dapat menentukan jenis pencocokan?

A27:Jenis pencocokan biasanya ditentukan oleh karakteristik BUFFER, topologi, klasifikasi level, dan jenis penilaian. Selain itu, siklus tugas sinyal dan konsumsi energi sistem juga harus dipertimbangkan.

Q28:Pemeriksaan apa yang harus dilakukan pada PCB sebelum dirilis oleh pabrik manufaktur?

A28:Sebagian besar produsen PCB menerapkan tes on-off pada PCB sebelum mereka meninggalkan pabrik untuk memastikan semua sirkuit terhubung dengan benar. Hingga saat ini, beberapa pabrikan maju melakukan pemeriksaan sinar-X untuk mengetahui beberapa kendala pada etsa atau laminasi. Ketika datang ke produk melalui perakitan SMT, ICT biasanya diterapkan, yang memerlukan pengaturan titik uji ICT selama fase desain PCB. Segera setelah masalah terjadi, jenis pemeriksaan sinar-X khusus juga dapat digunakan.

Q29:Untuk sirkuit yang disusun oleh beberapa papan PCB, haruskah mereka berbagi ground yang sama?

A29:Sirkuit yang disusun oleh beberapa papan PCB biasanya harus berbagi ground yang sama karena tidak praktis untuk menerapkan beberapa kekuatan dalam satu sirkuit. Tentu saja, jika kondisi Anda memungkinkan, kekuatan yang berbeda juga dapat digunakan. Bagaimanapun, itu akan membantu mengurangi gangguan.

Q30:Bagaimana seharusnya ESD dipertimbangkan oleh sistem yang mengandung DSP dan PLD?

A30:Sejauh menyangkut sistem biasa, bagian-bagian tersebut pertama-tama harus dipertimbangkan dengan kontak langsung dengan manusia dan proteksi yang tepat harus dilakukan pada sirkuit dan struktur. Tingkat pengaruh ESD terhadap sistem biasanya ditentukan menurut situasi yang berbeda. Di lingkungan kering, ESD akan menjadi lebih buruk, terutama pada sistem yang lebih sensitif. Meskipun sistem yang lebih besar memiliki efek yang tidak terlihat pada ESD, lebih banyak perhatian juga harus diberikan.

Q31:Dalam hal desain PCB 4 lapis, sisi mana yang harus menerima lapisan tembaga di kedua sisinya?

A31:Aspek-aspek berikut harus dipertimbangkan untuk pelapisan tembaga:pelindung, disipasi termal, penguatan dan permintaan pembuatan PCB. Oleh karena itu, alasan utama harus diperhatikan. Misalnya, dalam hal desain PCB berkecepatan tinggi, pelindung harus paling dipertimbangkan. Pengardean permukaan bermanfaat bagi EMC dan pelapisan tembaga harus benar-benar dilakukan jika terjadi pulau yang sepi. Secara umum, jika komponen di permukaan menerima terlalu banyak perutean, akan sulit untuk menjaga agar foil tembaga tetap utuh. Oleh karena itu, disarankan agar papan dengan banyak komponen permukaan atau banyak perutean tidak dilapisi dengan tembaga.

T32:Dalam proses perutean jam, apakah perlu menambahkan pelindung arde di kedua sisi?

A32:Itu tergantung pada crosstalk atau EMI papan. Jika garis arde pelindung tidak diproses dengan benar, sebaliknya akan membawa efek buruk.

T33:Apa strategi perutean jam untuk sinyal pada frekuensi yang berbeda?

A33:Dalam hal perutean untuk saluran jam, analisis integritas sinyal harus dilakukan terlebih dahulu dan prinsip perutean harus dimanipulasi. Maka saatnya menerapkan perutean berdasarkan prinsip.

Sumber Daya Bermanfaat
• Cara Mendesain PCB Berkualitas Tinggi
• Aturan Utama Desain PCB yang Harus Anda Ketahui
• Masalah Desain PCB yang Sering Dilihat
• Kemungkinan Masalah dan Solusi dalam Proses Desain PCB
• Elemen Desain PCB Mempengaruhi Manufaktur SMT