Bei der Gestaltung von Leiterplatten stützen wir uns in der Regel auf die Erfahrungen und Fähigkeiten, die wir normalerweise im Internet finden. Jedes PCB-Design kann für eine bestimmte Anwendung optimiert werden. Im Allgemeinen gelten seine Designregeln nur für die Zielanwendung. Beispielsweise gelten die ADC-Leiterplattenregeln nicht für HF-Leiterplatten und umgekehrt. Einige Richtlinien können jedoch als allgemein für jedes PCB-Design angesehen werden. Hier, in diesem Tutorial, werden wir einige grundlegende Probleme und Fähigkeiten vorstellen, die das PCB-Design erheblich verbessern können.
Die Energieverteilung ist ein Schlüsselelement in jedem elektrischen Design. Alle Ihre Komponenten sind auf Strom angewiesen, um ihre Funktionen zu erfüllen. Abhängig von Ihrem Design können einige Komponenten unterschiedliche Stromanschlüsse haben, während einige Komponenten auf derselben Platine möglicherweise schlechte Stromanschlüsse haben. Wenn beispielsweise alle Komponenten über eine Leitung gespeist werden, weist jede Komponente eine andere Impedanz auf, was zu mehreren Erdungsreferenzen führt. Wenn Sie beispielsweise zwei ADC-Schaltungen haben, eine am Anfang und die andere am Ende, und beide ADCs eine externe Spannung lesen, liest jede analoge Schaltung ein anderes Potenzial relativ zu sich selbst.
Wir können die Energieverteilung auf drei mögliche Arten zusammenfassen: Einzelpunktquelle, Sternquelle und Mehrpunktquelle.
(a) Einzelpunktstromversorgung: Stromversorgung und Erdungskabel jeder Komponente sind voneinander getrennt. Die Stromführung aller Komponenten trifft nur an einem einzigen Bezugspunkt. Ein einzelner Punkt wird als geeignet für Leistung angesehen. Dies ist jedoch bei komplexen oder großen / mittelgroßen Projekten nicht machbar.
(b) Sternquelle: Die Sternquelle kann als Verbesserung der Einzelpunktquelle angesehen werden. Aufgrund seiner Hauptmerkmale ist es anders: Die Routing-Länge zwischen den Komponenten ist gleich. Die Sternschaltung wird normalerweise für komplexe High-Speed-Signalboards mit verschiedenen Takten verwendet. Bei der Hochgeschwindigkeits-Signalplatine kommt das Signal normalerweise von der Kante und erreicht dann die Mitte. Alle Signale können von der Mitte zu jedem Bereich der Leiterplatte übertragen werden, und die Verzögerung zwischen Bereichen kann reduziert werden.
(c) Mehrpunktquellen: auf jeden Fall als schlecht angesehen. Es ist jedoch in jeder Schaltung einfach zu verwenden. Mehrpunktquellen können Referenzunterschiede zwischen Komponenten und bei gemeinsamer Impedanzkopplung erzeugen. Dieser Designstil ermöglicht auch hoch schaltende IC-, Takt- und HF-Schaltungen, um Rauschen in nahe gelegene Schaltungen einzuführen, die sich Verbindungen teilen.
Natürlich werden wir in unserem täglichen Leben nicht immer eine einzige Art der Verteilung haben. Der Kompromiss, den wir eingehen können, besteht darin, Einzelpunktquellen mit Mehrpunktquellen zu mischen. Sie können analoge empfindliche Geräte und Hochgeschwindigkeits-/HF-Systeme an einem Punkt und alle anderen weniger empfindlichen Peripheriegeräte an einem Punkt platzieren.
Haben Sie schon einmal darüber nachgedacht, ob Sie Motorflugzeuge einsetzen sollten? Die Antwort ist ja. Power Board ist eine der Methoden, um Strom zu übertragen und das Rauschen jeder Schaltung zu reduzieren. Die Powerplane verkürzt den Erdungspfad, reduziert die Induktivität und verbessert die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Dies liegt auch daran, dass in den Stromversorgungsebenen auf beiden Seiten auch ein Parallelplatten-Entkopplungskondensator erzeugt wird, um eine Rauschausbreitung zu verhindern.
Auch das Powerboard hat einen klaren Vorteil: Durch seine große Fläche lässt es mehr Strom durch und erhöht so den Betriebstemperaturbereich der Leiterplatte. Aber bitte beachten: Der Powerlayer kann die Arbeitstemperatur verbessern, aber auch die Verdrahtung muss berücksichtigt werden. Die Tracking-Regeln werden von ipc-2221 und ipc-9592 vorgegeben
Bei einer Leiterplatte mit einer HF-Quelle (oder einer anderen Hochgeschwindigkeitssignalanwendung) müssen Sie über eine vollständige Masseebene verfügen, um die Leistung der Leiterplatte zu verbessern. Die Signale müssen auf unterschiedlichen Ebenen liegen, und es ist fast unmöglich, beide Anforderungen gleichzeitig mit zwei Plattenschichten zu erfüllen. Wenn Sie eine Antenne oder ein beliebiges HF-Board mit geringer Komplexität entwickeln möchten, können Sie zwei Schichten verwenden. Die folgende Abbildung zeigt, wie Ihr PCB diese Ebenen besser nutzen kann.
Beim Mixed-Signal-Design empfehlen Hersteller normalerweise, die analoge Masse von der digitalen Masse zu trennen. Empfindliche analoge Schaltungen werden leicht durch Hochgeschwindigkeitsschalter und -signale beeinträchtigt. Bei unterschiedlicher analoger und digitaler Erdung wird die Erdungsebene getrennt. Es hat jedoch die folgenden Nachteile. Wir sollten auf den Übersprech- und Schleifenbereich der geteilten Masse achten, der hauptsächlich durch die Diskontinuität der Masseebene verursacht wird. Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel für zwei separate Masseebenen. Auf der linken Seite kann der Rückstrom nicht direkt entlang der Signalstrecke fließen, daher wird ein Schleifenbereich statt im rechten Schleifenbereich ausgelegt.
Elektromagnetische Verträglichkeit und elektromagnetische Störungen (EMI)
Bei Hochfrequenz-Designs (wie HF-Systemen) kann EMI ein großer Nachteil sein. Die zuvor besprochene Masseplatte hilft, EMI zu reduzieren, aber je nach PCB kann die Masseplatte andere Probleme verursachen. Bei Laminaten mit vier oder mehr Lagen ist der Abstand des Flugzeugs sehr wichtig. Wenn die Kapazität zwischen den Ebenen klein ist, dehnt sich das elektrische Feld auf der Platine aus. Gleichzeitig nimmt die Impedanz zwischen den beiden Ebenen ab, sodass der Rückstrom zur Signalebene fließen kann. Dies erzeugt EMI für jedes Hochfrequenzsignal, das durch die Ebene geht.
Eine einfache Lösung zur Vermeidung von EMI besteht darin, zu verhindern, dass Hochgeschwindigkeitssignale mehrere Schichten überqueren. Entkopplungskondensator hinzufügen; Und platzieren Sie Erdungsdurchkontaktierungen um die Signalverdrahtung. Die folgende Abbildung zeigt ein gutes PCB-Design mit Hochfrequenzsignal.
Filterrauschen
Bypass-Kondensatoren und Ferritperlen sind Kondensatoren, die verwendet werden, um das von einer Komponente erzeugte Rauschen zu filtern. Grundsätzlich kann jeder I / O-Pin bei Verwendung in einer Hochgeschwindigkeitsanwendung zu einer Rauschquelle werden. Um diese Inhalte besser nutzen zu können, müssen wir folgende Punkte beachten:
Platzieren Sie Ferritperlen und Bypass-Kondensatoren immer so nah wie möglich an der Rauschquelle.
Wenn wir die automatische Platzierung und das automatische Routing verwenden, sollten wir den zu überprüfenden Abstand berücksichtigen.
Vermeiden Sie Vias und andere Wege zwischen Filtern und Komponenten.
Wenn eine Erdungsebene vorhanden ist, verwenden Sie mehrere Durchgangslöcher, um sie richtig zu erden.