Ao projetar PCB, geralmente contamos com a experiência e as habilidades que costumamos encontrar na Internet. Cada projeto de PCB pode ser otimizado para uma aplicação específica. Geralmente, suas regras de design são aplicáveis ​​apenas ao aplicativo de destino. Por exemplo, as regras de ADC PCB não se aplicam a RF PCBs e vice-versa. No entanto, algumas diretrizes podem ser consideradas gerais para qualquer projeto de PCB. Aqui, neste tutorial, apresentaremos alguns problemas básicos e habilidades que podem melhorar significativamente o design de PCB.
A distribuição de energia é um elemento chave em qualquer projeto elétrico. Todos os seus componentes dependem de energia para executar suas funções. Dependendo do seu projeto, alguns componentes podem ter conexões de alimentação diferentes, enquanto alguns componentes na mesma placa podem ter conexões de alimentação ruins. Por exemplo, se todos os componentes são alimentados por uma fiação, cada componente observará uma impedância diferente, resultando em várias referências de aterramento. Por exemplo, se você tiver dois circuitos ADC, um no início e outro no final, e ambos os ADCs lerem uma tensão externa, cada circuito analógico lerá um potencial diferente em relação a eles.
Podemos resumir a distribuição de energia de três maneiras possíveis: fonte de ponto único, fonte de estrela e fonte multiponto.
(a) Fonte de alimentação de ponto único: a fonte de alimentação e o fio terra de cada componente são separados um do outro. O roteamento de energia de todos os componentes só se encontra em um único ponto de referência. Um único ponto é considerado adequado para alimentação. No entanto, isso não é viável para projetos complexos ou de grande / médio porte.
(b) Fonte de estrela: a fonte de estrela pode ser considerada como uma melhoria da fonte de ponto único. Por causa de suas características principais, é diferente: o comprimento de roteamento entre os componentes é o mesmo. A conexão em estrela é geralmente usada para placas de sinalização de alta velocidade complexas com vários relógios. No PCB de sinal de alta velocidade, o sinal geralmente vem da borda e, em seguida, atinge o centro. Todos os sinais podem ser transmitidos do centro para qualquer área da placa de circuito e o atraso entre as áreas pode ser reduzido.
(c) Fontes multiponto: consideradas ruins em qualquer caso. No entanto, é fácil de usar em qualquer circuito. Fontes multiponto podem produzir diferenças de referência entre componentes e no acoplamento de impedância comum. Este estilo de projeto também permite que circuitos de IC, clock e RF de alta comutação introduzam ruído em circuitos próximos que compartilham conexões.
Claro que, em nosso dia a dia, nem sempre teremos um único tipo de distribuição. A compensação que podemos fazer é misturar fontes de ponto único com fontes de vários pontos. Você pode colocar dispositivos analógicos sensíveis e sistemas de alta velocidade / RF em um ponto e todos os outros periféricos menos sensíveis em um ponto.
Você já pensou se deveria usar aeronaves a motor? A resposta é sim. Placa de alimentação é um dos métodos para transferir energia e reduzir o ruído de qualquer circuito. O plano de potência encurta o caminho de aterramento, reduz a indutância e melhora o desempenho de compatibilidade eletromagnética (EMC). Também se deve ao fato de que um capacitor de desacoplamento de placa paralela também é gerado nos planos de alimentação em ambos os lados, de modo a evitar a propagação de ruído.
A placa de alimentação também tem uma vantagem óbvia: devido à sua grande área, permite a passagem de mais corrente, aumentando assim a faixa de temperatura de operação da placa de circuito impresso. Mas observe: a camada de energia pode melhorar a temperatura de trabalho, mas a fiação também deve ser considerada. As regras de rastreamento são fornecidas pelo ipc-2221 e ipc-9592
Para um PCB com uma fonte de RF (ou qualquer aplicativo de sinal de alta velocidade), você deve ter um plano de aterramento completo para melhorar o desempenho da placa de circuito. Os sinais devem estar localizados em planos diferentes, e é quase impossível atender aos dois requisitos ao mesmo tempo usando duas camadas de placas. Se você deseja projetar uma antena ou qualquer placa RF de baixa complexidade, pode usar duas camadas. A figura a seguir mostra uma ilustração de como seu PCB pode usar melhor esses aviões.
No projeto de sinal misto, os fabricantes geralmente recomendam que o aterramento analógico seja separado do aterramento digital. Os circuitos analógicos sensíveis são facilmente afetados por interruptores e sinais de alta velocidade. Se o aterramento analógico e digital forem diferentes, o plano de aterramento será separado. No entanto, tem as seguintes desvantagens. Devemos prestar atenção à área de crosstalk e loop do solo dividido, causada principalmente pela descontinuidade do plano de aterramento. A ilustração a seguir mostra um exemplo de dois planos de solo separados. No lado esquerdo, a corrente de retorno não pode passar diretamente ao longo da rota do sinal, então haverá uma área de loop em vez de ser projetada na área de loop direita.
Compatibilidade eletromagnética e interferência eletromagnética (EMI)
Para projetos de alta frequência (como sistemas RF), EMI pode ser uma grande desvantagem. O plano de terra discutido anteriormente ajuda a reduzir EMI, mas de acordo com sua PCB, o plano de terra pode causar outros problemas. Em laminados com quatro ou mais camadas, a distância da aeronave é muito importante. Quando a capacitância entre os planos é pequena, o campo elétrico se expande na placa. Ao mesmo tempo, a impedância entre os dois planos diminui, permitindo que a corrente de retorno flua para o plano de sinal. Isso produzirá EMI para qualquer sinal de alta frequência que passe pelo avião.
Uma solução simples para evitar EMI é impedir que sinais de alta velocidade cruzem várias camadas. Adicionar capacitor de desacoplamento; E coloque as vias de aterramento ao redor da fiação de sinal. A figura a seguir mostra um bom design de PCB com sinal de alta frequência.
Ruído de filtro
Capacitores de desvio e esferas de ferrite são capacitores usados ​​para filtrar o ruído gerado por qualquer componente. Basicamente, se usado em qualquer aplicação de alta velocidade, qualquer pino de E / S pode se tornar uma fonte de ruído. Para um melhor aproveitamento destes conteúdos, teremos que estar atentos aos seguintes pontos:
Sempre coloque contas de ferrite e capacitores de desvio o mais próximo possível da fonte de ruído.
Quando usamos a colocação automática e o roteamento automático, devemos considerar a distância a ser verificada.
Evite vias e qualquer outro roteamento entre filtros e componentes.
Se houver um plano de aterramento, use vários orifícios de passagem para aterrá-lo corretamente.