When designing PCB, we usually rely on the experience and skills we usually find on the Internet. Each PCB design can be optimized for a specific application. Generally, its design rules are only applicable to the target application. For example, the ADC PCB rules do not apply to RF PCBs and vice versa. However, some guidelines can be considered general for any PCB design. Here, in this tutorial, we will introduce some basic problems and skills that can significantly improve PCB design.
Strømfordeling er et sentralt element i enhver elektrisk design. Alle komponentene dine er avhengige av kraft for å utføre sine funksjoner. Avhengig av designen din, kan noen komponenter ha forskjellige strømtilkoblinger, mens noen komponenter på det samme kortet kan ha dårlige strømtilkoblinger. For eksempel, hvis alle komponenter drives av en ledning, vil hver komponent observere en annen impedans, noe som resulterer i flere jordingsreferanser. For eksempel, hvis du har to ADC -kretser, en i begynnelsen og den andre på slutten, og begge ADCene leser en ekstern spenning, vil hver analog krets lese et annet potensial i forhold til seg selv.
Vi kan oppsummere kraftfordelingen på tre mulige måter: enkeltpunktskilde, stjernekilde og flerpunktskilde.
(a) Ettpunkts strømforsyning: strømforsyningen og jordledningen til hver komponent er atskilt fra hverandre. Strømføringen til alle komponentene møtes bare på et enkelt referansepunkt. Et enkelt punkt anses egnet for strøm. Dette er imidlertid ikke mulig for komplekse eller store / mellomstore prosjekter.
(b) Stjernekilde: Stjernekilde kan betraktes som en forbedring av enkeltpunktskilde. På grunn av de viktigste egenskapene er det annerledes: rutelengden mellom komponentene er den samme. Stjernetilkobling brukes vanligvis til komplekse høyhastighets signalkort med forskjellige klokker. I høyhastighets signalet PCB kommer signalet vanligvis fra kanten og når deretter midten. Alle signaler kan overføres fra sentrum til et hvilket som helst område av kretskortet, og forsinkelsen mellom områdene kan reduseres.
(c) Flerpunktskilder: anses i alle fall for dårlige. Den er imidlertid enkel å bruke i alle kretser. Flerpunktskilder kan produsere referanseforskjeller mellom komponenter og vanlig impedanskobling. Denne designstilen gjør det også mulig for høy vekslende IC-, klokke- og RF -kretser å introdusere støy i nærliggende kretser som deler forbindelser.
Selvfølgelig vil vi ikke alltid ha en eneste type distribusjon i vårt daglige liv. Avgangen vi kan gjøre er å blande enkeltpunktskilder med flerpunktskilder. Du kan sette analoge sensitive enheter og høyhastighets- / RF-systemer på ett punkt, og alle andre mindre sensitive eksterne enheter i ett punkt.
Har du noen gang tenkt på om du skal bruke kraftfly? Svaret er ja. Strømkort er en av metodene for å overføre strøm og redusere støyen fra enhver krets. Kraftplanet forkorter jordingsbanen, reduserer induktansen og forbedrer ytelsen til elektromagnetisk kompatibilitet (EMC). Det skyldes også at en parallell plate -frakoblingskondensator også genereres i strømforsyningsplanene på begge sider, for å forhindre støyutbredelse.
Kraftkortet har også en åpenbar fordel: på grunn av det store arealet tillater det mer strøm å passere, og øker dermed driftstemperaturområdet til kretskortet. Men vær oppmerksom på: kraftlaget kan forbedre arbeidstemperaturen, men ledningene må også vurderes. Sporingsreglene er gitt av ipc-2221 og ipc-9592
For en PCB med en RF-kilde (eller en hvilken som helst høyhastighets signalapplikasjon) må du ha et komplett bakkeplan for å forbedre ytelsen til kretskortet. Signalene må være plassert på forskjellige plan, og det er nesten umulig å oppfylle begge kravene samtidig ved å bruke to lag med plater. Hvis du vil designe en antenne eller et RF -kort med lav kompleksitet, kan du bruke to lag. Figuren nedenfor viser en illustrasjon av hvordan kretskortet ditt bedre kan bruke disse flyene.
I design for blandede signaler anbefaler produsenter vanligvis at analog bakken skilles fra digital bakken. Følsomme analoge kretser påvirkes lett av høyhastighetsbrytere og signaler. Hvis analog og digital jording er forskjellig, vil jordingsplanet skilles. Det har imidlertid følgende ulemper. Vi bør være oppmerksom på krysstale og sløyfeområdet på den delte bakken, hovedsakelig forårsaket av diskontinuiteten til grunnplanet. Illustrasjonen nedenfor viser et eksempel på to separate bakkeplan. På venstre side kan returstrømmen ikke passere direkte langs signalruten, så det vil være et sløyfeområde i stedet for å bli designet i det høyre sløyfeområdet.
Elektromagnetisk kompatibilitet og elektromagnetisk interferens (EMI)
For høyfrekvente design (for eksempel RF -systemer) kan EMI være en stor ulempe. Jordplanet som ble diskutert tidligere, bidrar til å redusere EMI, men i henhold til kretskortet kan grunnplanet forårsake andre problemer. I laminater med fire eller flere lag er avstanden til flyet svært viktig. Når kapasitansen mellom flyene er liten, vil det elektriske feltet utvide seg på brettet. Samtidig reduseres impedansen mellom de to flyene, slik at returstrømmen kan strømme til signalplanet. Dette vil produsere EMI for ethvert høyfrekvent signal som passerer gjennom flyet.
En enkel løsning for å unngå EMI er å forhindre at høyhastighetssignaler krysser flere lag. Legg til frakoblingskondensator; Og plasser jordingsvias rundt signalledningene. Figuren nedenfor viser et godt PCB -design med høyfrekvent signal.
Filterstøy
Bypass capacitors and ferrite beads are capacitors used to filter the noise generated by any component. Basically, if used in any high-speed application, any I / O pin may become a noise source. In order to make better use of these contents, we will have to pay attention to the following points:
Always place ferrite beads and bypass capacitors as close as possible to the noise source.
Når vi bruker automatisk plassering og automatisk ruting, bør vi vurdere avstanden som skal kontrolleres.
Unngå vias og annen ruting mellom filtre og komponenter.
Hvis det er et jordplan, bruk flere gjennomgående hull for å jorde det riktig.