Κατά το σχεδιασμό του PCB, βασίζουμε συνήθως στην εμπειρία και τις δεξιότητες που συνήθως βρίσκουμε στο Διαδίκτυο. Κάθε σχέδιο PCB μπορεί να βελτιστοποιηθεί για μια συγκεκριμένη εφαρμογή. Γενικά, οι κανόνες σχεδιασμού του ισχύουν μόνο για την εφαρμογή -στόχο. Για παράδειγμα, οι κανόνες ADC PCB δεν ισχύουν για PCB RF και αντίστροφα. Ωστόσο, ορισμένες οδηγίες μπορούν να θεωρηθούν γενικές για οποιοδήποτε σχέδιο PCB. Εδώ, σε αυτό το σεμινάριο, θα εισαγάγουμε μερικά βασικά προβλήματα και δεξιότητες που μπορούν να βελτιώσουν σημαντικά τον σχεδιασμό του PCB.
Η διανομή ισχύος είναι βασικό στοιχείο σε κάθε ηλεκτρικό σχεδιασμό. Όλα τα εξαρτήματά σας βασίζονται στην ισχύ για να εκτελέσουν τις λειτουργίες τους. Ανάλογα με τον σχεδιασμό σας, ορισμένα εξαρτήματα μπορεί να έχουν διαφορετικές συνδέσεις ισχύος, ενώ ορισμένα στοιχεία στον ίδιο πίνακα ενδέχεται να έχουν κακές συνδέσεις ισχύος. Για παράδειγμα, εάν όλα τα εξαρτήματα τροφοδοτούνται από μία καλωδίωση, κάθε στοιχείο θα παρατηρήσει διαφορετική σύνθετη αντίσταση, με αποτέλεσμα πολλές αναφορές γείωσης. Για παράδειγμα, εάν έχετε δύο κυκλώματα ADC, το ένα στην αρχή και το άλλο στο τέλος, και τα δύο ADC διαβάζουν εξωτερική τάση, κάθε αναλογικό κύκλωμα θα διαβάζει διαφορετικό δυναμικό σε σχέση με τον εαυτό τους.
Μπορούμε να συνοψίσουμε τη διανομή ισχύος με τρεις πιθανούς τρόπους: πηγή ενός σημείου, πηγή αστέρων και πηγή πολλαπλών σημείων.
(α) Τροφοδοσία ενιαίου σημείου: το τροφοδοτικό και το καλώδιο γείωσης κάθε εξαρτήματος διαχωρίζονται μεταξύ τους. Η δρομολόγηση ισχύος όλων των εξαρτημάτων συναντάται μόνο σε ένα μόνο σημείο αναφοράς. Ένα μόνο σημείο θεωρείται κατάλληλο για ισχύ. Ωστόσο, αυτό δεν είναι εφικτό για σύνθετα ή μεγάλα / μεσαία έργα.
(β) Πηγή αστεριού: Η πηγή αστεριού μπορεί να θεωρηθεί ως βελτίωση της μεμονωμένης πηγής. Λόγω των βασικών χαρακτηριστικών του, είναι διαφορετικό: το μήκος διαδρομής μεταξύ των στοιχείων είναι το ίδιο. Η σύνδεση Star χρησιμοποιείται συνήθως για πολύπλοκους πίνακες σήματος υψηλής ταχύτητας με διάφορα ρολόγια. Στο PCB σήματος υψηλής ταχύτητας, το σήμα συνήθως προέρχεται από την άκρη και στη συνέχεια φτάνει στο κέντρο. Όλα τα σήματα μπορούν να μεταδοθούν από το κέντρο σε οποιαδήποτε περιοχή της πλακέτας κυκλώματος και η καθυστέρηση μεταξύ των περιοχών μπορεί να μειωθεί.
(γ) Πηγές πολλαπλών σημείων: σε κάθε περίπτωση θεωρούνται φτωχές. Ωστόσο, είναι εύκολο στη χρήση σε οποιοδήποτε κύκλωμα. Οι πηγές πολλαπλών σημείων ενδέχεται να παράγουν διαφορές αναφοράς μεταξύ των εξαρτημάτων και στη σύζευξη κοινής σύνθετης αντίστασης. Αυτό το στυλ σχεδιασμού επιτρέπει επίσης σε κυκλώματα IC, ρολογιού και RF υψηλής μεταγωγής να εισάγουν θόρυβο σε κοντινά κυκλώματα που μοιράζονται συνδέσεις.
Φυσικά, στην καθημερινή μας ζωή, δεν θα έχουμε πάντα έναν μόνο τύπο διανομής. Η ανταλλαγή που μπορούμε να κάνουμε είναι να αναμειγνύουμε πηγές μεμονωμένων σημείων με πηγές πολλαπλών σημείων. Μπορείτε να τοποθετήσετε αναλογικά ευαίσθητες συσκευές και συστήματα υψηλής ταχύτητας / RF σε ένα σημείο και όλες τις άλλες λιγότερο ευαίσθητες περιφερειακές συσκευές σε ένα σημείο.
Έχετε σκεφτεί ποτέ αν πρέπει να χρησιμοποιήσετε αεροσκάφη ισχύος; Η απάντηση είναι ναι. Ο πίνακας τροφοδοσίας είναι μία από τις μεθόδους για τη μεταφορά ισχύος και τη μείωση του θορύβου οποιουδήποτε κυκλώματος. Το επίπεδο ισχύος συντομεύει τη διαδρομή γείωσης, μειώνει την επαγωγή και βελτιώνει την απόδοση ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας (EMC). Οφείλεται επίσης στο γεγονός ότι παράλληλος πυκνωτής αποσύνδεσης πλάκας παράγεται επίσης στα επίπεδα τροφοδοσίας και από τις δύο πλευρές, έτσι ώστε να αποφευχθεί η διάδοση θορύβου.
Ο πίνακας τροφοδοσίας έχει επίσης ένα προφανές πλεονέκτημα: λόγω της μεγάλης περιοχής του, επιτρέπει να περάσει περισσότερο ρεύμα, αυξάνοντας έτσι το εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας του PCB. Αλλά λάβετε υπόψη: το στρώμα ισχύος μπορεί να βελτιώσει τη θερμοκρασία εργασίας, αλλά πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη η καλωδίωση. Οι κανόνες παρακολούθησης δίνονται από τα ipc-2221 και ipc-9592
Για ένα PCB με πηγή RF (ή οποιαδήποτε εφαρμογή σήματος υψηλής ταχύτητας), πρέπει να έχετε ένα πλήρες επίπεδο γείωσης για να βελτιώσετε την απόδοση της πλακέτας κυκλώματος. Τα σήματα πρέπει να βρίσκονται σε διαφορετικά επίπεδα και είναι σχεδόν αδύνατο να ικανοποιηθούν και οι δύο απαιτήσεις ταυτόχρονα χρησιμοποιώντας δύο στρώματα πλακών. Εάν θέλετε να σχεδιάσετε μια κεραία ή οποιαδήποτε πλακέτα RF χαμηλής πολυπλοκότητας, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε δύο στρώματα. Το παρακάτω σχήμα δείχνει μια απεικόνιση του τρόπου με τον οποίο το PCB σας μπορεί να χρησιμοποιήσει καλύτερα αυτά τα επίπεδα.
Σε σχεδιασμό μικτού σήματος, οι κατασκευαστές συνήθως συνιστούν να διαχωρίζεται η αναλογική γείωση από την ψηφιακή γείωση. Τα ευαίσθητα αναλογικά κυκλώματα επηρεάζονται εύκολα από διακόπτες και σήματα υψηλής ταχύτητας. Εάν η αναλογική και η ψηφιακή γείωση είναι διαφορετικές, το επίπεδο γείωσης θα διαχωριστεί. Ωστόσο, έχει τα ακόλουθα μειονεκτήματα. Θα πρέπει να δώσουμε προσοχή στην περιοχή διασταύρωσης και βρόχου του διαιρεμένου εδάφους που προκαλείται κυρίως από τη ασυνέχεια του επιπέδου γείωσης. Η παρακάτω εικόνα δείχνει ένα παράδειγμα δύο ξεχωριστών επιπέδων εδάφους. Στην αριστερή πλευρά, το ρεύμα επιστροφής δεν μπορεί να περάσει απευθείας κατά μήκος της διαδρομής σήματος, οπότε θα υπάρχει μια περιοχή βρόχου αντί να σχεδιάζεται στη δεξιά περιοχή βρόχου.
Ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα και ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (EMI)
Για σχέδια υψηλής συχνότητας (όπως συστήματα RF), το EMI μπορεί να είναι ένα σημαντικό μειονέκτημα. Το επίπεδο γείωσης που συζητήθηκε νωρίτερα βοηθά στη μείωση του EMI, αλλά σύμφωνα με το PCB σας, το επίπεδο γείωσης μπορεί να προκαλέσει άλλα προβλήματα. Σε φύλλα με τέσσερα ή περισσότερα στρώματα, η απόσταση του αεροσκάφους είναι πολύ σημαντική. Όταν η χωρητικότητα μεταξύ των επιπέδων είναι μικρή, το ηλεκτρικό πεδίο θα επεκταθεί στον πίνακα. Ταυτόχρονα, η σύνθετη αντίσταση μεταξύ των δύο επιπέδων μειώνεται, επιτρέποντας στο ρεύμα επιστροφής να ρέει στο επίπεδο σήματος. Αυτό θα παράγει EMI για κάθε σήμα υψηλής συχνότητας που διέρχεται από το επίπεδο.
Μια απλή λύση για να αποφύγετε το EMI είναι να αποτρέψετε τη διέλευση σημάτων υψηλής ταχύτητας από πολλά επίπεδα. Προσθέστε πυκνωτή αποσύνδεσης. Και τοποθετήστε vias γείωσης γύρω από την καλωδίωση σήματος. Το παρακάτω σχήμα δείχνει έναν καλό σχεδιασμό PCB με σήμα υψηλής συχνότητας.
Θόρυβος φίλτρου
Οι πυκνωτές παράκαμψης και τα σφαιρίδια φερρίτη είναι πυκνωτές που χρησιμοποιούνται για το φιλτράρισμα του θορύβου που παράγεται από οποιοδήποτε εξάρτημα. Βασικά, εάν χρησιμοποιείται σε οποιαδήποτε εφαρμογή υψηλής ταχύτητας, κάθε ακροδέκτης εισόδου / εξόδου μπορεί να γίνει πηγή θορύβου. Για να αξιοποιήσουμε καλύτερα αυτά τα περιεχόμενα, θα πρέπει να δώσουμε προσοχή στα ακόλουθα σημεία:
Τοποθετείτε πάντα χάντρες φερρίτη και πυκνωτές παράκαμψης όσο το δυνατόν πιο κοντά στην πηγή θορύβου.
Όταν χρησιμοποιούμε αυτόματη τοποθέτηση και αυτόματη δρομολόγηση, θα πρέπει να λάβουμε υπόψη την απόσταση που πρέπει να ελέγξουμε.
Αποφύγετε τις οθόνες και οποιαδήποτε άλλη δρομολόγηση μεταξύ φίλτρων και εξαρτημάτων.
Εάν υπάρχει επίπεδο γείωσης, χρησιμοποιήστε πολλαπλές οπές για να το γειώσετε σωστά.