Ao deseñar PCB, normalmente confiamos na experiencia e habilidades que adoitamos atopar en Internet. Cada deseño de PCB pode optimizarse para unha aplicación específica. Xeralmente, as súas regras de deseño só se aplican á aplicación de destino. Por exemplo, as regras do PCB ADC non se aplican aos PCB RF e viceversa. Non obstante, algunhas pautas poden considerarse xerais para calquera deseño de PCB. Aquí, neste titorial, presentaremos algúns problemas e habilidades básicas que poden mellorar significativamente o deseño de PCB.
A distribución de enerxía é un elemento clave en calquera deseño eléctrico. Todos os seus compoñentes dependen da enerxía para realizar as súas funcións. Dependendo do seu deseño, algúns compoñentes poden ter conexións de alimentación diferentes, mentres que algúns compoñentes da mesma placa poden ter conexións de alimentación deficientes. Por exemplo, se todos os compoñentes son alimentados por un cableado, cada compoñente observará unha impedancia diferente, dando lugar a múltiples referencias de posta a terra. Por exemplo, se ten dous circuítos ADC, un ao principio e outro ao final, e ambos os ADC len unha voltaxe externa, cada circuíto analóxico lerá un potencial diferente respecto a si mesmos.
Podemos resumir a distribución de enerxía de tres xeitos posibles: fonte de punto único, fonte de estrela e fonte de multipunto.
(a) Fonte de alimentación de punto único: a fonte de alimentación e o fío de terra de cada compoñente están separados entre si. O enrutamento de potencia de todos os compoñentes só se atopa nun único punto de referencia. Un único punto considérase adecuado para a potencia. Non obstante, isto non é viable para proxectos complexos ou grandes / medianos.
(b) Fonte estrela: a fonte estrela pode considerarse como unha mellora da fonte puntual única. Debido ás súas características clave, é diferente: a lonxitude de enrutamento entre compoñentes é a mesma. A conexión en estrela úsase normalmente para placas de sinal complexas de alta velocidade con reloxos diversos. No PCB de sinal de alta velocidade, o sinal normalmente provén do bordo e logo chega ao centro. Todos os sinais pódense transmitir desde o centro a calquera área da placa de circuíto e pódese reducir o atraso entre áreas.
(c) Fontes multipunto: considéranse pobres en calquera caso. Non obstante, é fácil de usar en calquera circuíto. As fontes multipunto poden producir diferenzas de referencia entre compoñentes e no acoplamento de impedancia común. Este estilo de deseño tamén permite aos circuítos de alta conmutación, reloxo e RF introducir ruído en circuítos próximos que comparten conexións.
Por suposto, na nosa vida diaria, non sempre teremos un só tipo de distribución. A compensación que podemos facer é mesturar fontes de punto único con fontes de varios puntos. Podes colocar dispositivos sensibles analóxicos e sistemas de alta velocidade / RF nun punto e todos os demais periféricos menos sensibles nun punto.
Algunha vez pensou en se debería usar avións a motor? A resposta é si. A placa de alimentación é un dos métodos para transferir enerxía e reducir o ruído de calquera circuíto. O plano de potencia acorta o camiño de terra, reduce a inductancia e mellora o rendemento da compatibilidade electromagnética (EMC). Tamén se debe ao feito de que un condensador de desacoplamento de placas paralelas tamén se xera nos planos de alimentación de ambos os lados, para evitar a propagación do ruído.
A placa de alimentación tamén ten unha vantaxe evidente: debido á súa gran área, permite pasar máis corrente, aumentando así o rango de temperatura de funcionamento do PCB. Pero ten en conta: a capa de potencia pode mellorar a temperatura de traballo, pero tamén hai que ter en conta o cableado. As regras de seguimento están dadas por ipc-2221 e ipc-9592
Para un PCB cunha fonte de RF (ou calquera aplicación de sinal de alta velocidade), debe ter un plano de terra completo para mellorar o rendemento da placa de circuíto. Os sinais deben situarse en planos diferentes e é case imposible cumprir os dous requisitos ao mesmo tempo usando dúas capas de placas. Se desexa deseñar unha antena ou calquera placa RF de baixa complexidade, pode usar dúas capas. A seguinte figura mostra unha ilustración de como o seu PCB pode usar mellor estes planos.
No deseño de sinal mixto, os fabricantes adoitan recomendar que a terra analóxica se separe da terra dixital. Os circuítos analóxicos sensibles son facilmente afectados por conmutadores e sinais de alta velocidade. Se a terra analóxica e dixital son diferentes, o plano de terra separarase. Non obstante, ten as seguintes desvantaxes. Deberíamos prestar atención á área de diafonía e bucle do chan dividido causada principalmente pola descontinuidade do plano terrestre. A seguinte ilustración mostra un exemplo de dous planos de terra separados. No lado esquerdo, a corrente de retorno non pode pasar directamente pola ruta do sinal, polo que haberá unha área de bucle en lugar de deseñarse na área de bucle dereita.
Compatibilidade electromagnética e interferencia electromagnética (EMI)
Para deseños de alta frecuencia (como sistemas de RF), o EMI pode ser unha desvantaxe importante. O plano terrestre comentado anteriormente axuda a reducir o EMI, pero segundo o seu PCB, o plano terrestre pode causar outros problemas. En laminados con catro ou máis capas, a distancia da aeronave é moi importante. Cando a capacidade entre avións é pequena, o campo eléctrico expandirase no taboleiro. Ao mesmo tempo, a impedancia entre os dous planos diminúe, permitindo que a corrente de retorno flúa ao plano de sinal. Isto producirá EMI para calquera sinal de alta frecuencia que pase polo avión.
Unha solución sinxela para evitar EMI é evitar que os sinais de alta velocidade cruzan varias capas. Engade condensador de desacoplamiento; E coloque vías de posta a terra arredor do cableado do sinal. A seguinte figura mostra un bo deseño de PCB con sinal de alta frecuencia.
Filtro de ruído
Os condensadores de derivación e contas de ferrita son condensadores que se usan para filtrar o ruído xerado por calquera compoñente. Basicamente, se se usa en calquera aplicación de alta velocidade, calquera pin de E / S pode converterse nunha fonte de ruído. Para facer un mellor uso destes contidos, teremos que prestar atención aos seguintes puntos:
Coloque sempre contas de ferrita e condensadores de derivación o máis preto posible da fonte de ruído.
Cando empregamos a colocación automática e o encamiñamento automático, debemos considerar a distancia a verificar.
Evite as vías e calquera outro encamiñamento entre filtros e compoñentes.
Se hai un plano de terra, use varios buratos pasantes para aterralo correctamente.