هنگام طراحی PCB ، ما معمولاً به تجربه و مهارت هایی که معمولاً در اینترنت پیدا می کنیم ، متکی هستیم. هر طرح PCB را می توان برای یک برنامه خاص بهینه کرد. به طور کلی ، قوانین طراحی آن فقط برای برنامه مورد نظر قابل اجرا است. به عنوان مثال ، قوانین ADC PCB در مورد PCB های RF اعمال نمی شود و بالعکس. با این حال ، برخی از دستورالعمل ها را می توان برای هر طراحی PCB کلی دانست. در اینجا ، در این آموزش ، ما برخی مشکلات و مهارت های اساسی را معرفی می کنیم که می تواند به طور قابل توجهی طراحی PCB را بهبود بخشد.
توزیع برق یک عنصر کلیدی در هر طراحی الکتریکی است. همه اجزای شما برای انجام وظایف خود به قدرت متکی هستند. بسته به طراحی شما ، برخی از قطعات ممکن است اتصالات قدرت متفاوتی داشته باشند ، در حالی که برخی از اجزای روی یک برد ممکن است اتصالات تغذیه ضعیفی داشته باشند. به عنوان مثال ، اگر همه قطعات توسط یک سیم کشی تغذیه شوند ، هر جزء امپدانس متفاوتی را مشاهده می کند و در نتیجه چندین منبع اتصال به زمین ایجاد می شود. به عنوان مثال ، اگر دو مدار ADC دارید ، یکی در ابتدا و دیگری در انتها ، و هر دو ADC یک ولتاژ خارجی می خوانند ، هر مدار آنالوگ نسبت به خود پتانسیل متفاوتی را می خواند.
ما می توانیم توزیع نیرو را به سه روش خلاصه کنیم: منبع تک نقطه ای ، منبع ستاره ای و منبع چند نقطه ای.
الف) منبع تغذیه تک نقطه ای: منبع تغذیه و سیم زمین هر جزء از یکدیگر جدا می شوند. مسیریابی قدرت همه اجزا فقط در یک نقطه مرجع واحد انجام می شود. یک نقطه واحد برای قدرت مناسب در نظر گرفته می شود. با این حال ، این برای پروژه های پیچیده یا بزرگ / متوسط ​​امکان پذیر نیست.
(ب) منبع ستاره: منبع ستاره را می توان به عنوان بهبود منبع تک نقطه ای در نظر گرفت. به دلیل ویژگی های کلیدی آن ، متفاوت است: طول مسیریابی بین اجزا یکسان است. اتصال ستاره معمولاً برای تابلوهای سیگنال پیچیده با سرعت بالا با ساعتهای مختلف استفاده می شود. در PCB سیگنال با سرعت بالا ، سیگنال معمولاً از لبه می آید و سپس به مرکز می رسد. همه سیگنال ها را می توان از مرکز به هر منطقه ای از برد مدار منتقل کرد و تاخیر بین مناطق را می توان کاهش داد.
(ج) منابع چند نقطه ای: در هر صورت فقیر تلقی می شود. با این حال ، استفاده از آن در هر مداری آسان است. منابع چند نقطه ای ممکن است تفاوتهای مرجع بین اجزاء و در اتصال امپدانس مشترک ایجاد کنند. این سبک طراحی همچنین به مدارهای IC ، ساعت و RF سوئیچینگ بالا اجازه می دهد تا نویز را در مدارهای مجاور اتصالات به اشتراک بگذارند.
البته در زندگی روزمره ما همیشه یک نوع توزیع نخواهیم داشت. مبادله ای که می توانیم انجام دهیم این است که منابع تک نقطه ای را با منابع چند نقطه ای مخلوط کنیم. شما می توانید دستگاه های حساس آنالوگ و سیستم های پرسرعت / RF را در یک نقطه و سایر وسایل جانبی کم حساس دیگر را در یک نقطه قرار دهید.
آیا تا به حال به این فکر کرده اید که آیا باید از هواپیماهای قدرتمند استفاده کنید؟ پاسخ بله است. برد برد یکی از روشهای انتقال قدرت و کاهش نویز هر مدار است. صفحه قدرت مسیر زمین را کوتاه می کند ، القاء را کاهش می دهد و عملکرد سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) را بهبود می بخشد. همچنین به این دلیل است که یک خازن جدا کننده صفحه موازی نیز در صفحات منبع تغذیه در هر دو طرف ایجاد می شود تا از انتشار نویز جلوگیری شود.
برد قدرت همچنین دارای یک مزیت آشکار است: به دلیل مساحت زیاد ، جریان بیشتری را از خود عبور می دهد ، بنابراین محدوده دمای کارکرد PCB را افزایش می دهد. اما لطفاً توجه داشته باشید: لایه قدرت می تواند دمای کار را بهبود بخشد ، اما سیم کشی نیز باید در نظر گرفته شود. قوانین ردیابی توسط ipc-2221 و ipc-9592 ارائه شده است
برای PCB با منبع RF (یا هرگونه کاربرد سیگنال با سرعت بالا) ، شما باید یک سطح زمین کامل برای بهبود عملکرد برد مدار داشته باشید. سیگنال ها باید در صفحات مختلف قرار گیرند و تقریباً غیرممکن است که با استفاده از دو لایه صفحات ، هر دو مورد را همزمان برآورده کنیم. اگر می خواهید یک آنتن یا هر برد RF با پیچیدگی پایین طراحی کنید ، می توانید از دو لایه استفاده کنید. شکل زیر تصویری از نحوه استفاده بهتر PCB شما از این سطوح را نشان می دهد.
در طراحی سیگنال مختلط ، تولید کنندگان معمولاً توصیه می کنند که زمین آنالوگ از زمین دیجیتال جدا شود. مدارهای آنالوگ حساس به راحتی تحت تأثیر کلیدها و سیگنال های پرسرعت قرار می گیرند. اگر اتصال آنالوگ و دیجیتال متفاوت باشد ، سطح زمین جدا می شود. با این حال ، معایب زیر را دارد. ما باید به ناحیه تقاطع و حلقه زمین تقسیم شده توجه کنیم که عمدتاً ناشی از ناپیوستگی سطح زمین است. تصویر زیر نمونه ای از دو هواپیمای جداگانه زمین را نشان می دهد. در سمت چپ ، جریان برگشتی نمی تواند مستقیماً از مسیر سیگنال عبور کند ، بنابراین به جای طراحی در ناحیه حلقه راست ، یک ناحیه حلقه وجود خواهد داشت.
سازگاری الکترومغناطیسی و تداخل الکترومغناطیسی (EMI)
برای طرح های فرکانس بالا (مانند سیستم های RF) ، EMI می تواند یک معایب عمده باشد. سطح زمینی که قبلاً مورد بحث قرار گرفت به کاهش EMI کمک می کند ، اما طبق PCB شما ، سطح زمین ممکن است مشکلات دیگری ایجاد کند. در ورقه های دارای چهار لایه یا بیشتر ، فاصله هواپیما بسیار مهم است. هنگامی که ظرفیت بین صفحات کوچک باشد ، میدان الکتریکی روی صفحه گسترش می یابد. در همان زمان ، امپدانس بین دو صفحه کاهش می یابد و اجازه می دهد جریان بازگشت به صفحه سیگنال جریان یابد. این EMI را برای هر سیگنال فرکانس بالا که از هواپیما عبور می کند تولید می کند.
یک راه حل ساده برای جلوگیری از EMI جلوگیری از عبور سیگنال های با سرعت بالا از چندین لایه است. خازن جداسازی را اضافه کنید ؛ و در اطراف سیم کشی سیگنال ، ویزهای اتصال زمین را قرار دهید. شکل زیر طراحی PCB خوب با سیگنال فرکانس بالا را نشان می دهد.
نویز فیلتر
خازن های بای پس و مهره های فریت خازن هایی هستند که برای فیلتر کردن سر و صدای تولید شده توسط هر جزء استفاده می شوند. اساساً ، اگر در هر برنامه پرسرعت استفاده شود ، هر پین ورودی / خروجی ممکن است به منبع نویز تبدیل شود. برای استفاده بهتر از این مطالب ، باید به نکات زیر توجه کنیم:
همیشه مهره های فریت و خازن های بای پس را تا حد امکان نزدیک به منبع نویز قرار دهید.
هنگامی که از مکان یابی خودکار و مسیریابی خودکار استفاده می کنیم ، باید فاصله را برای بررسی در نظر بگیریم.
از ویاس و هرگونه مسیریابی دیگر بین فیلترها و قطعات اجتناب کنید.
اگر سطح زمین وجود دارد ، از چندین سوراخ برای زمین صحیح استفاده کنید.