Při navrhování DPS se obvykle spoléháme na zkušenosti a dovednosti, které obvykle najdeme na internetu. Každý design DPS lze optimalizovat pro konkrétní aplikaci. Jeho pravidla návrhu jsou obecně použitelná pouze pro cílovou aplikaci. Například pravidla ADC PCB se nevztahují na RF PCB a naopak. Některé pokyny však lze považovat za obecné pro jakýkoli návrh DPS. Zde v tomto tutoriálu představíme některé základní problémy a dovednosti, které mohou výrazně zlepšit návrh DPS.
Distribuce energie je klíčovým prvkem v každém elektrickém designu. Všechny vaše komponenty při výkonu svých funkcí spoléhají na napájení. V závislosti na vašem návrhu mohou mít některé součásti různá připojení napájení, zatímco některé součásti na stejné desce mohou mít špatná připojení napájení. Pokud jsou například všechny součásti napájeny jedním zapojením, každá součást bude sledovat jinou impedanci, což má za následek více referencí uzemnění. Pokud máte například dva obvody ADC, jeden na začátku a druhý na konci, a oba ADC čtou externí napětí, každý analogový obvod načte jiný potenciál vzhledem k sobě.
Distribuci výkonu můžeme shrnout třemi možnými způsoby: jednobodový zdroj, hvězdný zdroj a vícebodový zdroj.
a) Jednobodové napájení: napájecí zdroj a zemnící vodič každé součásti jsou od sebe odděleny. Směrování napájení všech komponent se setkává pouze v jednom referenčním bodě. Jediný bod je považován za vhodný pro napájení. To však není možné u složitých nebo velkých / středně velkých projektů.
(b) Hvězdný zdroj: Hvězdný zdroj lze považovat za vylepšení jednobodového zdroje. Vzhledem ke svým klíčovým vlastnostem se liší: délka směrování mezi komponentami je stejná. Hvězdicové připojení se obvykle používá pro komplexní vysokorychlostní signální desky s různými takty. Ve vysokorychlostním signálním PCB signál obvykle přichází z okraje a poté se dostává do středu. Všechny signály lze přenášet ze středu do jakékoli oblasti desky plošných spojů a prodlevu mezi oblastmi lze snížit.
c) Vícebodové zdroje: v každém případě považovány za špatné. Je však snadné jej použít v jakémkoli okruhu. Vícebodové zdroje mohou vytvářet referenční rozdíly mezi součástmi a ve společné impedanční vazbě. Tento designový styl také umožňuje vysoké spínací IC, hodiny a RF obvody zavádět šum v blízkých obvodech sdílejících připojení.
V našem každodenním životě samozřejmě nebudeme mít vždy jeden typ distribuce. Kompromis, který můžeme udělat, je smíchat jednobodové zdroje s vícebodovými zdroji. Do jednoho bodu můžete dát analogově citlivá zařízení a vysokorychlostní / RF systémy a všechna ostatní méně citlivá periferie do jednoho bodu.
Přemýšleli jste někdy o tom, zda byste měli používat energetická letadla? Odpověď je ano. Napájecí deska je jednou z metod přenosu energie a snížení hluku jakéhokoli obvodu. Výkonová rovina zkracuje uzemňovací cestu, snižuje indukčnost a zlepšuje výkon elektromagnetické kompatibility (EMC). Je to také dáno skutečností, že paralelní deskový odpojovací kondenzátor je také generován v napájecích rovinách na obou stranách, aby se zabránilo šíření šumu.
Napájecí deska má také zjevnou výhodu: díky své velké ploše umožňuje průchod většího proudu, čímž se zvyšuje rozsah provozních teplot desky plošných spojů. Mějte však na paměti: výkonová vrstva může zlepšit pracovní teplotu, ale je třeba také zvážit zapojení. Pravidla sledování jsou dána ipc-2221 a ipc-9592
U desky plošných spojů se zdrojem RF (nebo jakékoli vysokorychlostní aplikace signálu) musíte mít úplnou základní rovinu, abyste zlepšili výkon desky plošných spojů. Signály musí být umístěny v různých rovinách a je téměř nemožné splnit oba požadavky současně pomocí dvou vrstev desek. Pokud chcete navrhnout anténu nebo desku RF s nízkou složitostí, můžete použít dvě vrstvy. Následující obrázek ukazuje ilustraci toho, jak může vaše deska plošných spojů tyto roviny lépe využívat.
Při návrhu smíšeného signálu výrobci obvykle doporučují, aby byla analogová zem oddělena od digitální. Citlivé analogové obvody lze snadno ovlivnit vysokorychlostními přepínači a signály. Pokud se analogové a digitální uzemnění liší, uzemňovací rovina bude oddělena. Má však následující nevýhody. Měli bychom věnovat pozornost oblasti přeslechu a smyčky rozdělené země způsobené hlavně diskontinuitou základní roviny. Následující obrázek ukazuje příklad dvou oddělených pozemních rovin. Na levé straně nemůže zpětný proud procházet přímo po trase signálu, takže místo toho, aby byl navržen v oblasti pravé smyčky, bude oblast smyčky.
Elektromagnetická kompatibilita a elektromagnetické rušení (EMI)
U vysokofrekvenčních návrhů (jako jsou RF systémy) může být EMI velkou nevýhodou. Dříve probraná základní rovina pomáhá snížit EMI, ale podle vaší desky plošných spojů může základní rovina způsobit další problémy. U laminátů se čtyřmi a více vrstvami je vzdálenost letadla velmi důležitá. Když je kapacita mezi rovinami malá, elektrické pole se na desce rozšíří. Současně klesá impedance mezi oběma rovinami, což umožňuje tok zpětného proudu do signální roviny. To vytvoří EMI pro jakýkoli vysokofrekvenční signál procházející rovinou.
Jednoduchým řešením, jak se vyhnout EMI, je zabránit tomu, aby vysokorychlostní signály překročily více vrstev. Přidejte oddělovací kondenzátor; A kolem signálního vedení umístěte uzemňovací průchodky. Následující obrázek ukazuje dobrý návrh DPS s vysokofrekvenčním signálem.
Filtr šumu
Bypass kondenzátory a feritové kuličky jsou kondenzátory používané k filtrování šumu generovaného jakoukoli komponentou. V zásadě, pokud je použit v jakékoli vysokorychlostní aplikaci, může se jakýkoli I / O pin stát zdrojem šumu. Abychom mohli lépe využívat tento obsah, budeme muset věnovat pozornost následujícím bodům:
Vždy umístěte feritové perličky a obtokové kondenzátory co nejblíže ke zdroji šumu.
Když používáme automatické umístění a automatické směrování, měli bychom zvážit vzdálenost ke kontrole.
Vyhněte se průchodům a jakémukoli jinému směrování mezi filtry a součástmi.
Pokud existuje zemní rovina, použijte několik průchozích otvorů, abyste ji správně uzemnili.