Lors de la conception de PCB, nous nous appuyons généralement sur l’expérience et les compétences que nous trouvons habituellement sur Internet. Chaque conception de PCB peut être optimisée pour une application spécifique. Généralement, ses règles de conception ne sont applicables qu’à l’application cible. Par exemple, les règles des PCB ADC ne s’appliquent pas aux PCB RF et vice versa. Cependant, certaines directives peuvent être considérées comme générales pour toute conception de PCB. Ici, dans ce didacticiel, nous allons présenter quelques problèmes et compétences de base qui peuvent considérablement améliorer la conception de PCB.
La distribution électrique est un élément clé de toute conception électrique. Tous vos composants dépendent de l’énergie pour remplir leurs fonctions. Selon votre conception, certains composants peuvent avoir des connexions d’alimentation différentes, tandis que certains composants de la même carte peuvent avoir de mauvaises connexions d’alimentation. Par exemple, si tous les composants sont alimentés par un seul câblage, chaque composant observera une impédance différente, ce qui entraînera plusieurs références de mise à la terre. Par exemple, si vous avez deux circuits ADC, l’un au début et l’autre à la fin, et que les deux ADC lisent une tension externe, chaque circuit analogique lira un potentiel différent par rapport à lui-même.
Nous pouvons résumer la distribution de puissance de trois manières possibles : source ponctuelle unique, source étoile et source multipoint.
(a) Alimentation à point unique : l’alimentation et le fil de terre de chaque composant sont séparés l’un de l’autre. L’acheminement de l’alimentation de tous les composants ne se rencontre qu’à un seul point de référence. Un seul point est considéré comme approprié pour l’alimentation. Cependant, cela n’est pas faisable pour les projets complexes ou de grande/moyenne taille.
(b) Source en étoile : La source en étoile peut être considérée comme une amélioration de la source ponctuelle unique. En raison de ses caractéristiques clés, il est différent : la longueur de routage entre les composants est la même. La connexion en étoile est généralement utilisée pour les panneaux de signalisation complexes à haute vitesse avec différentes horloges. Dans le circuit imprimé de signal haute vitesse, le signal provient généralement du bord et atteint ensuite le centre. Tous les signaux peuvent être transmis du centre vers n’importe quelle zone du circuit imprimé, et le délai entre les zones peut être réduit.
(c) Sources multipoints : considérées comme médiocres dans tous les cas. Cependant, il est facile à utiliser dans n’importe quel circuit. Les sources multipoints peuvent produire des différences de référence entre les composants et dans le couplage d’impédance commune. Ce style de conception permet également aux circuits IC, horloge et RF à commutation élevée d’introduire du bruit dans les circuits voisins partageant des connexions.
Bien sûr, dans notre vie quotidienne, nous n’aurons pas toujours un seul type de distribution. Le compromis que nous pouvons faire est de mélanger des sources ponctuelles uniques avec des sources multipoints. Vous pouvez placer des appareils sensibles analogiques et des systèmes haute vitesse / RF en un seul point, et tous les autres périphériques moins sensibles en un seul point.
Vous êtes-vous déjà demandé si vous deviez utiliser des avions à moteur ? La réponse est oui. La carte d’alimentation est l’une des méthodes pour transférer l’alimentation et réduire le bruit de n’importe quel circuit. Le plan d’alimentation raccourcit le chemin de mise à la terre, réduit l’inductance et améliore les performances de compatibilité électromagnétique (CEM). Elle est également due au fait qu’un condensateur de découplage à plaques parallèles est également généré dans les plans d’alimentation des deux côtés, afin d’éviter la propagation du bruit.
La carte de puissance présente également un avantage évident : en raison de sa grande surface, elle laisse passer plus de courant, augmentant ainsi la plage de température de fonctionnement du PCB. Mais s’il vous plaît noter: la couche d’alimentation peut améliorer la température de travail, mais le câblage doit également être pris en compte. Les règles de suivi sont données par ipc-2221 et ipc-9592
Pour un PCB avec une source RF (ou toute application de signal haute vitesse), vous devez disposer d’un plan de masse complet pour améliorer les performances du circuit imprimé. Les signaux doivent être situés sur des plans différents, et il est presque impossible de répondre aux deux exigences en même temps en utilisant deux couches de plaques. Si vous souhaitez concevoir une antenne ou une carte RF de faible complexité, vous pouvez utiliser deux couches. La figure suivante montre une illustration de la façon dont votre PCB peut mieux utiliser ces plans.
Dans la conception de signaux mixtes, les fabricants recommandent généralement que la terre analogique soit séparée de la terre numérique. Les circuits analogiques sensibles sont facilement affectés par les commutateurs et les signaux à grande vitesse. Si les mises à la terre analogiques et numériques sont différentes, le plan de mise à la terre sera séparé. Cependant, il présente les inconvénients suivants. Nous devons faire attention à la diaphonie et à la zone de boucle du sol divisé causée principalement par la discontinuité du plan de masse. L’illustration suivante montre un exemple de deux plans de masse distincts. Sur le côté gauche, le courant de retour ne peut pas passer directement le long de la route du signal, il y aura donc une zone de boucle au lieu d’être conçue dans la zone de boucle de droite.
Compatibilité électromagnétique et interférences électromagnétiques (EMI)
Pour les conceptions à haute fréquence (telles que les systèmes RF), les EMI peuvent être un inconvénient majeur. Le plan de masse discuté précédemment aide à réduire les EMI, mais selon votre PCB, le plan de masse peut causer d’autres problèmes. Dans les stratifiés à quatre couches ou plus, la distance de l’avion est très importante. Lorsque la capacité entre les plans est faible, le champ électrique s’étendra sur la carte. Dans le même temps, l’impédance entre les deux plans diminue, permettant au courant de retour de circuler vers le plan de signal. Cela produira des EMI pour tout signal haute fréquence traversant l’avion.
Une solution simple pour éviter les interférences électromagnétiques consiste à empêcher les signaux à grande vitesse de traverser plusieurs couches. Ajouter un condensateur de découplage ; Et placez des vias de mise à la terre autour du câblage de signal. La figure suivante montre une bonne conception de PCB avec un signal haute fréquence.
Filtrer le bruit
Les condensateurs de dérivation et les billes de ferrite sont des condensateurs utilisés pour filtrer le bruit généré par n’importe quel composant. Fondamentalement, si elle est utilisée dans une application à grande vitesse, toute broche d’E/S peut devenir une source de bruit. Afin de mieux utiliser ces contenus, nous devrons prêter attention aux points suivants :
Placez toujours les billes de ferrite et les condensateurs de dérivation aussi près que possible de la source de bruit.
Lorsque nous utilisons le placement automatique et le routage automatique, nous devons considérer la distance à vérifier.
Évitez les vias et tout autre routage entre les filtres et les composants.
S’il y a un plan de masse, utilisez plusieurs trous traversants pour le mettre à la terre correctement.