A l’hora de dissenyar PCB, normalment confiem en l’experiència i les habilitats que solem trobar a Internet. Cada disseny de PCB es pot optimitzar per a una aplicació específica. En general, les seves regles de disseny només s’apliquen a l’aplicació objectiu. Per exemple, les regles de PCB ADC no s’apliquen a PCB RF i viceversa. No obstant això, algunes pautes es poden considerar generals per a qualsevol disseny de PCB. Aquí, en aquest tutorial, introduirem alguns problemes bàsics i habilitats que poden millorar significativament el disseny de PCB.
La distribució d’energia és un element clau en qualsevol disseny elèctric. Tots els components es basen en l’energia per realitzar les seves funcions. Segons el vostre disseny, alguns components poden tenir connexions d’alimentació diferents, mentre que alguns components de la mateixa placa poden tenir connexions d’alimentació deficients. Per exemple, si tots els components són alimentats per un cablejat, cada component observarà una impedància diferent, donant lloc a múltiples referències de connexió a terra. Per exemple, si teniu dos circuits ADC, un al principi i l’altre al final, i tots dos ADC llegeixen una tensió externa, cada circuit analògic llegirà un potencial diferent respecte a si mateixos.
Podem resumir la distribució d’energia de tres maneres possibles: font d’un sol punt, font estrella i font multipunt.
(a) Font d’alimentació d’un sol punt: la font d’alimentació i el cable de terra de cada component estan separats entre si. L’enrutament de potència de tots els components només es reuneix en un punt de referència únic. Un punt únic es considera adequat per a la potència. Tanmateix, això no és factible per a projectes complexos o grans / mitjans.
(b) Font estrella: la font estrella es pot considerar com una millora de la font puntual única. A causa de les seves característiques clau, és diferent: la longitud d’encaminament entre components és la mateixa. La connexió en estrella s’utilitza generalment per a taulers de senyalització d’alta velocitat complexos amb diversos rellotges. A la placa del senyal d’alta velocitat, el senyal sol venir de la vora i després arribar al centre. Tots els senyals es poden transmetre des del centre a qualsevol àrea de la placa de circuit i es pot reduir el retard entre zones.
(c) Fonts multipunt: considerades pobres en qualsevol cas. No obstant això, és fàcil d’utilitzar en qualsevol circuit. Les fonts multipunt poden produir diferències de referència entre components i en un acoblament d’impedància comú. Aquest estil de disseny també permet que els circuits IC, rellotge i RF d’alta commutació introdueixin soroll en circuits propers que comparteixen connexions.
Per descomptat, en la nostra vida quotidiana no sempre tindrem un sol tipus de distribució. L’avantatge que podem fer és barrejar fonts d’un sol punt amb fonts de diversos punts. Podeu posar dispositius analògics sensibles i sistemes d’alta velocitat / RF en un punt i tots els altres perifèrics menys sensibles en un punt.
Alguna vegada has pensat en si hauries d’utilitzar avions a motor? La resposta és sí. La placa d’alimentació és un dels mètodes per transferir energia i reduir el soroll de qualsevol circuit. El pla de potència escurça el camí de terra, redueix la inductància i millora el rendiment de compatibilitat electromagnètica (CEM). També es deu al fet que també es genera un condensador de desacoblament de plaques paral·leles als plans d’alimentació d’ambdós costats, per evitar la propagació del soroll.
La placa d’alimentació també té un avantatge evident: a causa de la seva àmplia superfície, permet passar més corrent, augmentant així el rang de temperatura de funcionament del PCB. Però tingueu en compte: la capa de potència pot millorar la temperatura de treball, però també cal tenir en compte el cablejat. Les regles de seguiment estan donades per ipc-2221 i ipc-9592
Per a un PCB amb una font de RF (o qualsevol aplicació de senyal d’alta velocitat), heu de tenir un pla de terra complet per millorar el rendiment de la placa de circuit. Els senyals s’han de situar en plans diferents i és gairebé impossible complir ambdós requisits alhora utilitzant dues capes de plaques. Si voleu dissenyar una antena o qualsevol placa RF de baixa complexitat, podeu utilitzar dues capes. La següent figura mostra una il·lustració de com el vostre PCB pot utilitzar millor aquests plans.
En el disseny de senyals mixtes, els fabricants solen recomanar que la terra analògica estigui separada de la terra digital. Els circuits analògics sensibles es veuen fàcilment afectats per senyals i commutadors d’alta velocitat. Si la connexió a terra analògica i digital és diferent, el pla de connexió a terra es separarà. Tanmateix, presenta els següents desavantatges. Hauríem de prestar atenció a la zona de diafonía i bucle del sòl dividit causada principalment per la discontinuïtat del pla de terra. La següent il·lustració mostra un exemple de dos plans de terra separats. Al costat esquerre, el corrent de retorn no pot passar directament al llarg de la ruta del senyal, de manera que hi haurà una àrea de bucle en lloc de ser dissenyada a la zona de bucle dret.
Compatibilitat electromagnètica i interferències electromagnètiques (EMI)
Per als dissenys d’alta freqüència (com els sistemes de RF), l’EMI pot ser un desavantatge important. El pla de terra comentat anteriorment ajuda a reduir l’EMI, però segons el vostre PCB, el pla de terra pot causar altres problemes. En laminats amb quatre o més capes, la distància de l’avió és molt important. Quan la capacitat entre avions és petita, el camp elèctric s’expandirà al tauler. Al mateix temps, la impedància entre els dos plans disminueix, cosa que permet que el corrent de retorn flueixi cap al pla de senyal. Això produirà EMI per a qualsevol senyal d’alta freqüència que passi pel pla.
Una solució senzilla per evitar l’EMI és evitar que els senyals d’alta velocitat creguin diverses capes. Afegiu un condensador de desacoblament; I col·loqueu vies de connexió a terra al voltant del cablejat del senyal. La següent figura mostra un bon disseny de PCB amb senyal d’alta freqüència.
Filtre de soroll
Els condensadors de derivació i els comptes de ferrita són condensadors que s’utilitzen per filtrar el soroll generat per qualsevol component. Bàsicament, si s’utilitza en qualsevol aplicació d’alta velocitat, qualsevol pin d’E / S pot convertir-se en una font de soroll. Per fer un millor ús d’aquests continguts, haurem de prestar atenció als següents punts:
Col·loqueu sempre perles de ferrita i condensadors de derivació el més a prop possible de la font de soroll.
Quan fem servir la col·locació automàtica i l’encaminament automàtic, hauríem de tenir en compte la distància a controlar.
Eviteu les vies i qualsevol altre encaminament entre filtres i components.
Si hi ha un pla de terra, utilitzeu diversos forats passants per posar-lo a terra correctament.