Saat mendesain PCB, kami biasanya mengandalkan pengalaman dan keterampilan yang biasa kami temukan di Internet. Setiap desain PCB dapat dioptimalkan untuk aplikasi tertentu. Umumnya, aturan desainnya hanya berlaku untuk aplikasi target. Misalnya, aturan PCB ADC tidak berlaku untuk PCB RF dan sebaliknya. Namun, beberapa pedoman dapat dianggap umum untuk desain PCB apa pun. Di sini, dalam tutorial ini, kami akan memperkenalkan beberapa masalah dan keterampilan dasar yang dapat meningkatkan desain PCB secara signifikan.
Distribusi daya adalah elemen kunci dalam desain listrik apa pun. Semua komponen Anda mengandalkan daya untuk menjalankan fungsinya. Tergantung pada desain Anda, beberapa komponen mungkin memiliki sambungan daya yang berbeda, sementara beberapa komponen pada papan yang sama mungkin memiliki sambungan daya yang buruk. Misalnya, jika semua komponen ditenagai oleh satu kabel, setiap komponen akan mengamati impedansi yang berbeda, menghasilkan beberapa referensi pentanahan. Misalnya, jika Anda memiliki dua sirkuit ADC, satu di awal dan yang lain di akhir, dan kedua ADC membaca tegangan eksternal, setiap sirkuit analog akan membaca potensi yang berbeda relatif terhadap diri mereka sendiri.
Kita dapat meringkas distribusi daya dalam tiga cara yang mungkin: sumber titik tunggal, sumber bintang dan sumber multititik.
(a) Catu daya satu titik: catu daya dan kabel arde dari masing-masing komponen dipisahkan satu sama lain. Perutean daya semua komponen hanya bertemu pada satu titik referensi. Satu titik dianggap cocok untuk kekuatan. Namun, ini tidak layak untuk proyek yang kompleks atau besar/menengah.
(b) Sumber bintang: Sumber bintang dapat dianggap sebagai peningkatan dari sumber titik tunggal. Karena karakteristik utamanya, ini berbeda: panjang perutean antar komponen adalah sama. Koneksi bintang biasanya digunakan untuk papan sinyal berkecepatan tinggi yang kompleks dengan berbagai jam. Pada PCB sinyal berkecepatan tinggi, sinyal biasanya datang dari tepi dan kemudian mencapai pusat. Semua sinyal dapat ditransmisikan dari pusat ke area papan sirkuit mana pun, dan penundaan antar area dapat dikurangi.
(c) Sumber multipoint: dalam hal apa pun dianggap buruk. Namun, mudah digunakan di sirkuit apa pun. Sumber multipoint dapat menghasilkan perbedaan referensi antara komponen dan kopling impedansi umum. Gaya desain ini juga memungkinkan sirkuit IC, jam, dan RF switching tinggi untuk menimbulkan kebisingan di sirkuit berbagi koneksi terdekat.
Tentu saja, dalam kehidupan kita sehari-hari, kita tidak akan selalu memiliki satu jenis distribusi. Pengorbanan yang dapat kita lakukan adalah menggabungkan sumber titik tunggal dengan sumber multi titik. Anda dapat menempatkan perangkat sensitif analog dan sistem kecepatan tinggi / RF di satu titik, dan semua periferal kurang sensitif lainnya di satu titik.
Pernahkah Anda berpikir apakah Anda harus menggunakan pesawat bertenaga listrik? Jawabannya iya. Papan daya adalah salah satu metode untuk mentransfer daya dan mengurangi kebisingan sirkuit apa pun. Bidang daya memperpendek jalur pembumian, mengurangi induktansi dan meningkatkan kinerja kompatibilitas elektromagnetik (EMC). Hal ini juga disebabkan oleh fakta bahwa kapasitor decoupling pelat paralel juga dihasilkan di bidang catu daya di kedua sisi, untuk mencegah propagasi kebisingan.
Papan daya juga memiliki keuntungan yang jelas: karena areanya yang luas, memungkinkan lebih banyak arus untuk melewatinya, sehingga meningkatkan kisaran suhu pengoperasian PCB. Tapi harap dicatat: lapisan daya dapat meningkatkan suhu kerja, tetapi kabel juga harus dipertimbangkan. Aturan pelacakan diberikan oleh ipc-2221 dan ipc-9592
Untuk PCB dengan sumber RF (atau aplikasi sinyal berkecepatan tinggi lainnya), Anda harus memiliki ground plane yang lengkap untuk meningkatkan kinerja papan sirkuit. Sinyal harus ditempatkan pada bidang yang berbeda, dan hampir tidak mungkin untuk memenuhi kedua persyaratan secara bersamaan menggunakan dua lapisan pelat. Jika Anda ingin mendesain antena atau papan RF dengan kompleksitas rendah, Anda dapat menggunakan dua lapisan. Gambar berikut menunjukkan ilustrasi bagaimana PCB Anda dapat menggunakan bidang ini dengan lebih baik.
Dalam desain sinyal campuran, pabrikan biasanya merekomendasikan agar ground analog dipisahkan dari ground digital. Sirkuit analog sensitif mudah terpengaruh oleh sakelar dan sinyal berkecepatan tinggi. Jika pentanahan analog dan digital berbeda, bidang pentanahan akan dipisahkan. Namun, ia memiliki kelemahan berikut. Kita harus memperhatikan area crosstalk dan loop dari tanah yang dibagi yang disebabkan terutama oleh diskontinuitas bidang tanah. Ilustrasi berikut menunjukkan contoh dua bidang tanah yang terpisah. Di sisi kiri, arus balik tidak dapat langsung melewati rute sinyal, sehingga akan ada area loop alih-alih dirancang di area loop kanan.
Kompatibilitas elektromagnetik dan interferensi elektromagnetik (EMI)
Untuk desain frekuensi tinggi (seperti sistem RF), EMI dapat menjadi kelemahan utama. Bidang tanah yang dibahas sebelumnya membantu mengurangi EMI, tetapi menurut PCB Anda, bidang tanah dapat menyebabkan masalah lain. Dalam laminasi dengan empat atau lebih lapisan, jarak pesawat sangat penting. Ketika kapasitansi antara pesawat kecil, medan listrik akan meluas di papan. Pada saat yang sama, impedansi antara dua bidang berkurang, memungkinkan arus balik mengalir ke bidang sinyal. Ini akan menghasilkan EMI untuk setiap sinyal frekuensi tinggi yang melewati pesawat.
Solusi sederhana untuk menghindari EMI adalah dengan mencegah sinyal berkecepatan tinggi melintasi banyak lapisan. Tambahkan kapasitor decoupling; Dan tempatkan vias pentanahan di sekitar kabel sinyal. Gambar berikut menunjukkan desain PCB yang baik dengan sinyal frekuensi tinggi.
Filter kebisingan
Kapasitor bypass dan manik-manik ferit adalah kapasitor yang digunakan untuk menyaring kebisingan yang dihasilkan oleh komponen apa pun. Pada dasarnya, jika digunakan dalam aplikasi berkecepatan tinggi, setiap pin I/O dapat menjadi sumber noise. Untuk memanfaatkan konten ini dengan lebih baik, kita harus memperhatikan poin-poin berikut:
Selalu letakkan manik-manik ferit dan kapasitor bypass sedekat mungkin dengan sumber kebisingan.
Ketika kita menggunakan penempatan otomatis dan perutean otomatis, kita harus mempertimbangkan jarak untuk memeriksa.
Hindari vias dan perutean lainnya antara filter dan komponen.
Jika ada bidang tanah, gunakan beberapa lubang tembus untuk membumikannya dengan benar.