Bij het ontwerpen van PCB’s vertrouwen we meestal op de ervaring en vaardigheden die we meestal op internet vinden. Elk PCB-ontwerp kan worden geoptimaliseerd voor een specifieke toepassing. Over het algemeen zijn de ontwerpregels alleen van toepassing op de doeltoepassing. Zo zijn de ADC PCB-regels niet van toepassing op RF PCB’s en vice versa. Sommige richtlijnen kunnen echter als algemeen worden beschouwd voor elk PCB-ontwerp. Hier, in deze tutorial, zullen we enkele basisproblemen en vaardigheden introduceren die het PCB-ontwerp aanzienlijk kunnen verbeteren.
Stroomverdeling is een belangrijk element in elk elektrisch ontwerp. Al uw componenten zijn afhankelijk van stroom om hun functies uit te voeren. Afhankelijk van uw ontwerp kunnen sommige componenten verschillende stroomaansluitingen hebben, terwijl sommige componenten op hetzelfde bord slechte stroomverbindingen kunnen hebben. Als alle componenten bijvoorbeeld worden gevoed door één bedrading, zal elke component een andere impedantie waarnemen, wat resulteert in meerdere aardingsreferenties. Als u bijvoorbeeld twee ADC-circuits hebt, één aan het begin en de andere aan het einde, en beide ADC’s lezen een externe spanning, dan zal elk analoog circuit een ander potentieel ten opzichte van zichzelf lezen.
We kunnen de stroomverdeling op drie mogelijke manieren samenvatten: single point source, Star source en multipoint source.
(a) Single point voeding: de voeding en de aarddraad van elk onderdeel zijn van elkaar gescheiden. De stroomvoorziening van alle componenten komt slechts op één referentiepunt samen. Een enkel punt wordt geschikt geacht voor stroom. Bij complexe of grote/middelgrote projecten is dit echter niet haalbaar.
(b) Sterrenbron: Sterrenbron kan worden beschouwd als een verbetering van een enkelpuntsbron. Vanwege de belangrijkste kenmerken is het anders: de routeringslengte tussen componenten is hetzelfde. Sterverbinding wordt meestal gebruikt voor complexe high-speed signaalborden met verschillende klokken. In de hogesnelheidssignaalprintplaat komt het signaal meestal van de rand en bereikt dan het midden. Alle signalen kunnen vanuit het midden naar elk gebied van de printplaat worden verzonden en de vertraging tussen gebieden kan worden verminderd.
(c) Multipoint-bronnen: hoe dan ook als slecht beschouwd. Het is echter gemakkelijk te gebruiken in elk circuit. Multipoint-bronnen kunnen referentieverschillen tussen componenten en in gemeenschappelijke impedantiekoppeling produceren. Deze ontwerpstijl maakt het ook mogelijk dat IC-, klok- en RF-circuits met hoge schakelfrequentie ruis introduceren in nabijgelegen circuits die verbindingen delen.
Natuurlijk zullen we in ons dagelijks leven niet altijd één type distributie hebben. De afweging die we kunnen maken is om single-point-bronnen te mixen met multi-point-bronnen. Je kunt analoog gevoelige apparaten en high-speed / RF-systemen op één punt plaatsen, en alle andere minder gevoelige randapparatuur op één punt.
Heb je er ooit over nagedacht of je gemotoriseerde vliegtuigen moet gebruiken? Het antwoord is ja. Powerboard is een van de methoden om vermogen over te dragen en het geluid van elk circuit te verminderen. Het vermogensvlak verkort het aardingspad, vermindert de inductantie en verbetert de elektromagnetische compatibiliteit (EMC) prestaties. Het is ook te wijten aan het feit dat aan beide zijden een parallelle plaatontkoppelcondensator wordt gegenereerd in de voedingsvlakken om ruisvoortplanting te voorkomen.
Het powerboard heeft ook een duidelijk voordeel: door het grote oppervlak kan het meer stroom doorlaten, waardoor het bedrijfstemperatuurbereik van de PCB toeneemt. Maar let op: de stroomlaag kan de werktemperatuur verbeteren, maar er moet ook rekening worden gehouden met de bedrading. De volgregels worden gegeven door ipc-2221 en ipc-9592
Voor een PCB met een RF-bron (of een snelle signaaltoepassing), moet u een volledig grondvlak hebben om de prestaties van de printplaat te verbeteren. De signalen moeten zich op verschillende vlakken bevinden en het is bijna onmogelijk om met twee lagen platen tegelijkertijd aan beide eisen te voldoen. Als u een antenne of een RF-kaart met een lage complexiteit wilt ontwerpen, kunt u twee lagen gebruiken. De volgende afbeelding toont een illustratie van hoe uw PCB deze vlakken beter kan gebruiken.
Bij gemengd signaalontwerp raden fabrikanten gewoonlijk aan om analoge aarde te scheiden van digitale aarde. Gevoelige analoge circuits worden gemakkelijk beïnvloed door snelle schakelaars en signalen. Als analoge en digitale aarding verschillend zijn, wordt het aardingsvlak gescheiden. Het heeft echter de volgende nadelen. We moeten aandacht besteden aan het overspraak- en lusgebied van de verdeelde grond, voornamelijk veroorzaakt door de discontinuïteit van het grondvlak. De volgende afbeelding toont een voorbeeld van twee afzonderlijke grondvlakken. Aan de linkerkant kan de retourstroom niet direct langs de signaalroute gaan, dus er zal een lusgebied zijn in plaats van ontworpen in het rechter lusgebied.
Elektromagnetische compatibiliteit en elektromagnetische interferentie (EMI)
Voor hoogfrequente ontwerpen (zoals RF-systemen) kan EMI een groot nadeel zijn. Het eerder besproken grondvlak helpt EMI te verminderen, maar volgens uw PCB kan het grondvlak andere problemen veroorzaken. Bij laminaten met vier of meer lagen is de afstand van het vliegtuig erg belangrijk. Wanneer de capaciteit tussen vlakken klein is, zal het elektrische veld op het bord groter worden. Tegelijkertijd neemt de impedantie tussen de twee vlakken af, waardoor de retourstroom naar het signaalvlak kan vloeien. Dit zal EMI produceren voor elk hoogfrequent signaal dat door het vliegtuig gaat.
Een eenvoudige oplossing om EMI te vermijden, is om te voorkomen dat hogesnelheidssignalen meerdere lagen doorkruisen. Ontkoppelcondensator toevoegen; En plaats aardingsvia’s rond de signaalbedrading. De volgende afbeelding toont een goed PCB-ontwerp met een hoogfrequent signaal.
Filterruis
Bypass-condensatoren en ferrietkralen zijn condensatoren die worden gebruikt om de door een component gegenereerde ruis te filteren. In principe kan elke I / O-pin een ruisbron worden als deze in een hogesnelheidstoepassing wordt gebruikt. Om deze inhoud beter te kunnen gebruiken, moeten we op de volgende punten letten:
Plaats ferrietkralen en bypass-condensatoren altijd zo dicht mogelijk bij de geluidsbron.
Wanneer we automatische plaatsing en automatische routering gebruiken, moeten we rekening houden met de te controleren afstand.
Vermijd via’s en andere routing tussen filters en componenten.
Als er een grondvlak is, gebruik dan meerdere doorgaande gaten om het correct te aarden.