Atunci când proiectăm PCB, ne bazăm de obicei pe experiența și abilitățile pe care le găsim de obicei pe internet. Fiecare design PCB poate fi optimizat pentru o anumită aplicație. În general, regulile sale de proiectare se aplică numai aplicației țintă. De exemplu, regulile ADC PCB nu se aplică PCB-urilor RF și invers. Cu toate acestea, unele linii directoare pot fi considerate generale pentru orice proiectare PCB. Aici, în acest tutorial, vom introduce câteva probleme de bază și abilități care pot îmbunătăți semnificativ proiectarea PCB-urilor.
Distribuția energiei electrice este un element cheie în orice proiectare electrică. Toate componentele dvs. se bazează pe putere pentru a-și îndeplini funcțiile. În funcție de designul dvs., unele componente pot avea conexiuni de alimentare diferite, în timp ce unele componente de pe aceeași placă pot avea conexiuni de alimentare slabe. De exemplu, dacă toate componentele sunt alimentate printr-un cablaj, fiecare componentă va observa o impedanță diferită, rezultând în mai multe referințe de împământare. De exemplu, dacă aveți două circuite ADC, unul la început și celălalt la sfârșit, și ambele ADC citesc o tensiune externă, fiecare circuit analogic va citi un potențial diferit față de ei înșiși.
Putem rezuma distribuția puterii în trei moduri posibile: sursă cu punct unic, sursă stelară și sursă multipunct.
(a) Alimentare cu un singur punct: sursa de alimentare și firul de masă al fiecărei componente sunt separate unul de celălalt. Ruta de putere a tuturor componentelor se întâlnește doar într-un singur punct de referință. Un singur punct este considerat potrivit pentru putere. Cu toate acestea, acest lucru nu este fezabil pentru proiecte complexe sau mari / mijlocii.
(b) Sursă stelară: Sursa stelară poate fi privită ca o îmbunătățire a sursei punctuale unice. Datorită caracteristicilor sale cheie, este diferit: lungimea de rutare între componente este aceeași. Conexiunea stea este de obicei utilizată pentru plăci de semnal complexe de mare viteză cu diferite ceasuri. În placa de semnal de mare viteză, semnalul vine de obicei de la margine și apoi ajunge în centru. Toate semnalele pot fi transmise din centru către orice zonă a plăcii de circuit, iar întârzierea dintre zone poate fi redusă.
(c) Surse multipunct: considerate sărace în orice caz. Cu toate acestea, este ușor de utilizat în orice circuit. Sursele multipunct pot produce diferențe de referință între componente și în cuplarea de impedanță comună. Acest stil de proiectare permite, de asemenea, circuite IC cu comutare ridicată, ceas și RF pentru a introduce zgomot în circuitele din apropiere care partajează conexiuni.
Desigur, în viața noastră de zi cu zi, nu vom avea întotdeauna un singur tip de distribuție. Compensația pe care o putem face este să amestecăm surse punctuale unice cu surse multiple. Puteți pune dispozitive analogice sensibile și sisteme de mare viteză / RF într-un singur punct și toate celelalte periferice mai puțin sensibile într-un singur punct.
Te-ai gândit vreodată dacă ar trebui să folosești avioane cu motor? Raspunsul este da. Placa de alimentare este una dintre metodele de a transfera energie și de a reduce zgomotul oricărui circuit. Planul de putere scurtează calea de împământare, reduce inductanța și îmbunătățește performanța de compatibilitate electromagnetică (EMC). De asemenea, se datorează faptului că un condensator de decuplare a plăcilor paralele este generat și în planurile de alimentare de pe ambele părți, pentru a preveni propagarea zgomotului.
Placa de alimentare are, de asemenea, un avantaj evident: datorită suprafeței sale mari, permite trecerea unui curent mai mare, crescând astfel intervalul de temperatură de funcționare a PCB-ului. Dar, vă rugăm să rețineți: stratul de putere poate îmbunătăți temperatura de lucru, dar trebuie luat în considerare și cablarea. Regulile de urmărire sunt date de ipc-2221 și ipc-9592
Pentru un PCB cu o sursă RF (sau orice aplicație de semnal de mare viteză), trebuie să aveți un plan de masă complet pentru a îmbunătăți performanțele plăcii de circuit. Semnalele trebuie să fie localizate pe diferite planuri și este aproape imposibil să îndeplinești ambele cerințe în același timp folosind două straturi de plăci. Dacă doriți să proiectați o antenă sau orice placă RF de complexitate redusă, puteți utiliza două straturi. Următoarea figură prezintă o ilustrare a modului în care PCB-ul dvs. poate utiliza mai bine aceste planuri.
În proiectarea semnalului mixt, producătorii recomandă de obicei separarea masă analogică de masa digitală. Circuitele analogice sensibile sunt ușor afectate de comutatoare și semnale de mare viteză. Dacă împământarea analogică și digitală sunt diferite, planul de împământare va fi separat. Cu toate acestea, are următoarele dezavantaje. Ar trebui să fim atenți la diafragma și zona de buclă a solului divizat cauzată în principal de discontinuitatea planului de sol. Următoarea ilustrație arată un exemplu de două planuri de sol separate. În partea stângă, curentul de retur nu poate trece direct de-a lungul traseului semnalului, deci va exista o zonă de buclă în loc să fie proiectată în zona de buclă dreaptă.
Compatibilitate electromagnetică și interferență electromagnetică (EMI)
Pentru proiectele de înaltă frecvență (cum ar fi sistemele RF), EMI poate fi un dezavantaj major. Planul de masă discutat anterior ajută la reducerea EMI, dar conform PCB-ului dvs., planul de masă poate cauza alte probleme. La laminatele cu patru sau mai multe straturi, distanța aeronavei este foarte importantă. Când capacitatea dintre avioane este mică, câmpul electric se va extinde pe placă. În același timp, impedanța dintre cele două planuri scade, permițând curentului de retur să curgă către planul de semnal. Aceasta va produce EMI pentru orice semnal de înaltă frecvență care trece prin avion.
O soluție simplă pentru a evita EMI este de a împiedica semnalele de mare viteză să traverseze mai multe straturi. Adăugați condensator de decuplare; Și puneți conexiuni de împământare în jurul cablajului semnalului. Figura următoare prezintă un design PCB bun cu semnal de înaltă frecvență.
Zgomotul filtrului
Condensatoarele de bypass și bilele de ferită sunt condensatoare utilizate pentru a filtra zgomotul generat de orice componentă. Practic, dacă este utilizat în orice aplicație de mare viteză, orice pin I / O poate deveni o sursă de zgomot. Pentru a utiliza mai bine aceste conținuturi, va trebui să fim atenți la următoarele puncte:
Așezați întotdeauna margele de ferită și condensatori de ocolire cât mai aproape de sursa de zgomot.
Când folosim plasarea automată și rutare automată, ar trebui să luăm în considerare distanța de verificat.
Evitați via-urile și orice altă rutare între filtre și componente.
Dacă există un plan de masă, utilizați mai multe orificii de trecere pentru a-l împământa corect.