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CPCI设计与制造:提高可制造性的关键要素

PCB学习酱 2024-03-26 19:04 次阅读

CPCI总线(中文又称紧凑型PCI)是由PICMG组织于1994年提出的高性能工业计算机总线标准。它采用了抗震的Eurocard封装,是标准PCI总线的工业版本。插孔连接器被设计成从正面装进机架安装系统,使其特别适用于工业应用

最近,计算机电话行业在PICMG的指导下,已经将CompactPCI系统体系结构扩展到支持模拟和数字电话连接器,使其成为工业计算机领域的一个重要标准。

一、CPCI总线接口介绍

CPCI总线是一种高性能的计算机总线,它以PCI电气规范为基础,采用2mm密度的针孔连接器,具有更高气密性和防腐性,进一步提高可靠性和负载能力。CPCI总线的高开放性和高可靠性,以及支持热插拔的特性,使得该技术在工业自动化、军事、航空航天等领域得到了广泛应用。

此外,由于CPCI总线拥有较高的带宽,它也适用于一些高速数据通信的应用,例如网络通信、图像处理等。在高速数据通信中,CPCI总线可以提供更高的数据传输速率和更低的传输延迟,从而能够满足一些高性能应用的需求。

CPCI-3U和CPCI-6U是CPCI标准中的两种不同尺寸规格的电路板和机箱设计。具备模块化、热插拔、强固耐用、高速数据传输等优点,便于构建灵活且易于维护的模块化电子系统架构。

CPCI-3U:表示的是按照CPCI标准的3个单元(Unit)高度的电路板或机箱设计。每个单元(1U)等于1.75英寸(约44.45毫米),所以CPCI-3U的板卡高度为大约52.5毫米。此类板卡体积较小,适用于紧凑型系统设计,它可以在有限的空间内集成多种功能模块,广泛应用于需要小巧体积和较高集成度的工业控制、通信系统以及某些特定领域的嵌入式计算系统。

CPCI-6U:表示的是6个单元高度的CPCI电路板或机箱设计,其高度约为105毫米。相比CPCI-3U,CPCI-6U拥有更大的板面空间,可承载更多的接口插槽和更复杂的电路设计,因此更加适用于需要大量扩展能力和更高功能集成度的应用场景,如大型数据采集系统、电信设备、军事指挥系统以及科研仪器等。

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二、CPCI总线接口引脚定义

CPCI总线接口的引脚定义分为两部分,分别是3U和6U高度的电路插板设计。在3U与6U高度的电路插板设计中,CPCI总线接口的引脚定义包括以下几个信号

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需要注意的是,以上信号定义可能会因为不同的标准或规范而有所不同,建议参考具体的标准或规范进行引用。

三、CPCI总线的PCB设计

1、电源分配

需要为系统提供稳定的电源,使用多个电源轨,并使用跳线和电容进行电压调节。

2、接地设计

良好的接地设计可以减少EMI和信号干扰,使用单独的电源接地和信号接地,并在它们之间使用隔离层。

3、板层设计

使用多层板可以提高信号质量和稳定性,通常使用4层或6层板

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4、布局规则

CPCI 插座一般都是压接器件,布局时需注意器件离插座的间距: Top层保证3mm 以上,Bottom保证5mm以上

5、布线策略

使用等长布线策略,确保总线和控制信号的延迟一致,时钟信号控制在2450-2500mil,其他信号<=2500mil,避免时序问题。

6、电磁兼容

使用屏蔽电缆和去耦电容来减少EMI和信号干扰。

7、时序分析

使用仿真工具进行时序分析,确保信号传输的稳定性和正确性。

8、CPCI插座

插座位置要严格按照CPCI 标准规范(3U, 6U)进行。

9、防静电拉手条

保护CPCI系统中的电子元件不受静电放电的影响。

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四、CPCI总线的可制造性设计

1、减少PCB组装的制程工序及成本,尽量使零件置于PCB的主焊接面,相同或相似的元件应置于同一列或一排并且极性应指向同一方向。

2、在PCB上按尺寸及数量均匀的分配元件以避免PCBA在回流过程及波峰焊接过程中变形。连接器和插座应置于PCBA的主要焊接面。

3、CPCI的插件引脚一般都是按压方式,设计PCB封装引脚是需注意引脚孔径大小。孔径大了器件会松动,孔径小器件插不下去。

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华秋DFM软件是国内首款免费PCB可制造性和装配分析软件,拥有500万+元件库,可轻松高效完成装配分析。其PCB裸板的分析功能,开发了19大项,52+细项检查规则,PCBA组装的分析功能,开发了12大项,600+细项检查规则

基本可涵盖所有可能发生的制造性问题,能帮助设计工程师在生产前检查出可制造性问题,且能够满足工程师需要的多种场景,将产品研制的迭代次数降到最低,减少成本。

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