Projektując PCB zwykle opieramy się na doświadczeniu i umiejętnościach, które zwykle znajdujemy w Internecie. Każdy projekt PCB można zoptymalizować pod kątem konkretnego zastosowania. Zasadniczo jego zasady projektowania mają zastosowanie tylko do aplikacji docelowej. Na przykład zasady ADC PCB nie mają zastosowania do PCB RF i odwrotnie. Jednak niektóre wytyczne można uznać za ogólne dla każdego projektu PCB. W tym samouczku przedstawimy kilka podstawowych problemów i umiejętności, które mogą znacznie poprawić projektowanie PCB.
Dystrybucja mocy jest kluczowym elementem każdego projektu elektrycznego. Wszystkie Twoje komponenty zależą od mocy, aby wykonywać swoje funkcje. W zależności od projektu, niektóre komponenty mogą mieć różne połączenia zasilania, podczas gdy niektóre komponenty na tej samej płycie mogą mieć słabe połączenia zasilania. Na przykład, jeśli wszystkie komponenty są zasilane przez jedno okablowanie, każdy komponent będzie miał inną impedancję, co skutkuje wieloma odniesieniami uziemienia. Na przykład, jeśli masz dwa obwody ADC, jeden na początku, a drugi na końcu, a oba ADC odczytują napięcie zewnętrzne, każdy obwód analogowy odczyta inny potencjał względem siebie.
Rozkład mocy możemy podsumować na trzy możliwe sposoby: źródło jednopunktowe, źródło gwiazdowe i źródło wielopunktowe.
(a) Zasilanie jednopunktowe: zasilanie i przewód uziemiający każdego komponentu są oddzielone od siebie. Przebieg zasilania wszystkich komponentów spotyka się tylko w jednym punkcie odniesienia. Pojedynczy punkt jest uważany za odpowiedni do zasilania. Nie jest to jednak wykonalne w przypadku złożonych lub dużych/średnich projektów.
(b) Źródło gwiazdowe: Źródło gwiazdowe można uznać za ulepszenie źródła jednopunktowego. Ze względu na swoje kluczowe cechy jest inna: długość trasowania między komponentami jest taka sama. Połączenie w gwiazdę jest zwykle używane w przypadku złożonych szybkich tablic sygnałowych z różnymi zegarami. W płytce drukowanej z szybkim sygnałem sygnał zwykle pochodzi z krawędzi, a następnie dociera do środka. Wszystkie sygnały mogą być przesyłane ze środka do dowolnego obszaru płytki drukowanej, a opóźnienie między obszarami można zmniejszyć.
(c) Źródła wielopunktowe: w każdym przypadku uważane za słabe. Jest jednak łatwy w użyciu w dowolnym obwodzie. Źródła wielopunktowe mogą generować różnice odniesienia między komponentami i wspólnym sprzężeniem impedancyjnym. Ten styl projektowania umożliwia również wysokie przełączanie układów scalonych, zegara i RF na wprowadzanie szumów do pobliskich obwodów współdzielących połączenia.
Oczywiście w naszym codziennym życiu nie zawsze będziemy mieli jeden rodzaj dystrybucji. Kompromis, jaki możemy zrobić, to mieszać źródła jednopunktowe ze źródłami wielopunktowymi. W jednym punkcie można umieścić urządzenia czułe na sygnały analogowe i systemy o dużej szybkości/RF, a w jednym miejscu wszystkie inne mniej czułe urządzenia peryferyjne.
Czy kiedykolwiek zastanawiałeś się nad tym, czy powinieneś używać samolotów silnikowych? Odpowiedź brzmi tak. Płytka zasilająca to jedna z metod przesyłania mocy i redukcji szumów dowolnego obwodu. Płaszczyzna zasilania skraca ścieżkę uziemienia, zmniejsza indukcyjność i poprawia wydajność kompatybilności elektromagnetycznej (EMC). Wynika to również z faktu, że w płaszczyznach zasilania po obu stronach generowany jest również równoległy kondensator odsprzęgający, aby zapobiec rozprzestrzenianiu się szumów.
Płytka zasilająca ma również oczywistą zaletę: ze względu na dużą powierzchnię umożliwia przepływ większej ilości prądu, zwiększając w ten sposób zakres temperatur pracy płytki drukowanej. Należy jednak pamiętać: warstwa mocy może poprawić temperaturę pracy, ale należy również wziąć pod uwagę okablowanie. Zasady śledzenia są podane przez ipc-2221 i ipc-9592
W przypadku płytki drukowanej ze źródłem RF (lub dowolnej aplikacji z szybkim sygnałem) musisz mieć kompletną płaszczyznę uziemienia, aby poprawić wydajność płytki drukowanej. Sygnały muszą znajdować się na różnych płaszczyznach, a spełnienie obu wymagań jednocześnie przy użyciu dwóch warstw płyt jest prawie niemożliwe. Jeśli chcesz zaprojektować antenę lub dowolną płytkę RF o niskiej złożoności, możesz użyć dwóch warstw. Poniższy rysunek przedstawia ilustrację, w jaki sposób Twoja płytka drukowana może lepiej wykorzystać te płaszczyzny.
W projektowaniu sygnałów mieszanych producenci zwykle zalecają oddzielenie uziemienia analogowego od uziemienia cyfrowego. Wrażliwe obwody analogowe są łatwo podatne na szybkie przełączniki i sygnały. Jeśli uziemienie analogowe i cyfrowe są różne, płaszczyzna uziemienia zostanie oddzielona. Ma jednak następujące wady. Należy zwrócić uwagę na obszar przesłuchów i pętli podzielonego gruntu spowodowany głównie nieciągłością płaszczyzny uziemienia. Poniższa ilustracja przedstawia przykład dwóch oddzielnych płaszczyzn podłoża. Po lewej stronie prąd powrotny nie może przepływać bezpośrednio wzdłuż trasy sygnału, więc zamiast projektować w prawym obszarze pętli, będzie obszar pętli.
Kompatybilność elektromagnetyczna i zakłócenia elektromagnetyczne (EMI)
W przypadku projektów o wysokiej częstotliwości (takich jak systemy RF) zakłócenia elektromagnetyczne mogą być główną wadą. Omówiona wcześniej płaszczyzna uziemienia pomaga zredukować EMI, ale zgodnie z twoją płytką PCB, płaszczyzna uziemienia może powodować inne problemy. W laminatach z czterema lub więcej warstwami bardzo ważna jest odległość samolotu. Gdy pojemność między płaszczyznami jest mała, pole elektryczne na płytce rozszerzy się. Jednocześnie zmniejsza się impedancja między dwiema płaszczyznami, umożliwiając przepływ prądu powrotnego do płaszczyzny sygnałowej. Spowoduje to EMI dla każdego sygnału o wysokiej częstotliwości przechodzącego przez samolot.
Prostym rozwiązaniem pozwalającym uniknąć zakłóceń elektromagnetycznych jest zapobieganie przechodzeniu sygnałów o dużej prędkości przez wiele warstw. Dodaj kondensator odsprzęgający; I umieść przelotki uziemiające wokół przewodów sygnałowych. Poniższy rysunek przedstawia dobrą konstrukcję PCB z sygnałem o wysokiej częstotliwości.
Filtruj szum
Kondensatory obejściowe i kulki ferrytowe są kondensatorami używanymi do filtrowania szumów generowanych przez dowolny element. Zasadniczo, jeśli jest używany w dowolnej aplikacji o dużej prędkości, dowolny pin I / O może stać się źródłem hałasu. Aby lepiej wykorzystać te treści, będziemy musieli zwrócić uwagę na następujące punkty:
Zawsze umieszczaj koraliki ferrytowe i kondensatory obejściowe jak najbliżej źródła hałasu.
Kiedy korzystamy z automatycznego rozmieszczania i automatycznego wyznaczania tras, powinniśmy wziąć pod uwagę odległość do sprawdzenia.
Unikaj przelotek i innych tras między filtrami a komponentami.
Jeśli istnieje płaszczyzna uziemienia, użyj wielu otworów przelotowych, aby prawidłowo ją uziemić.