Základné problémy a zručnosti pri zlepšovaní návrhu DPS

Pri návrhu DPS sa väčšinou spoliehame na skúsenosti a zručnosti, ktoré bežne nachádzame na internete. Každý návrh DPS môže byť optimalizovaný pre konkrétnu aplikáciu. Jeho pravidlá návrhu sú spravidla použiteľné iba pre cieľovú aplikáciu. Napríklad pravidlá ADC PCB sa nevzťahujú na RF PCB a naopak. Niektoré usmernenia však možno považovať za všeobecné pre akýkoľvek návrh DPS. V tomto návode si predstavíme niekoľko základných problémov a zručností, ktoré môžu výrazne zlepšiť návrh DPS.
Rozvod energie je kľúčovým prvkom každého elektrického dizajnu. Všetky vaše komponenty pri výkone svojich funkcií závisia od napájania. V závislosti od vášho návrhu môžu mať niektoré komponenty rôzne napájacie pripojenia, zatiaľ čo niektoré komponenty na tej istej doske môžu mať slabé napájacie pripojenia. Napríklad, ak sú všetky súčiastky napájané jedným zapojením, každý komponent bude mať inú impedanciu, čo bude mať za následok viacero odkazov na uzemnenie. Ak máte napríklad dva obvody ADC, jeden na začiatku a druhý na konci a oba ADC čítajú externé napätie, každý analógový obvod bude vzhľadom na seba čítať iný potenciál.
Rozdelenie energie môžeme zhrnúť tromi možnými spôsobmi: jednobodový zdroj, hviezdicový zdroj a viacbodový zdroj.
a) Jednobodové napájanie: napájací zdroj a uzemňovací vodič každého komponentu sú navzájom oddelené. Smerovanie výkonu všetkých komponentov sa stretáva iba v jednom referenčnom bode. Jediný bod sa považuje za vhodný na napájanie. To však nie je možné pri komplexných alebo veľkých / stredných projektoch.
b) Hviezdny zdroj: Hviezdny zdroj možno považovať za vylepšenie jednobodového zdroja. Vzhľadom na svoje kľúčové vlastnosti je odlišný: dĺžka trasy medzi komponentmi je rovnaká. Hviezdicové pripojenie sa zvyčajne používa pre zložité vysokorýchlostné signálne dosky s rôznymi hodinami. Vo vysokorýchlostnom signálovom PCB signál zvyčajne pochádza z okraja a potom sa dostane do stredu. Všetky signály je možné prenášať zo stredu do akejkoľvek oblasti obvodovej dosky a oneskorenie medzi oblasťami je možné znížiť.
c) Viacbodové zdroje: v každom prípade považované za slabé. Je však ľahké ho použiť v akomkoľvek okruhu. Viacbodové zdroje môžu vytvárať referenčné rozdiely medzi komponentmi a pri spoločnej impedančnej väzbe. Tento štýl dizajnu tiež umožňuje vysoké spínacie IC, hodinové a RF obvody vytvárať šum v blízkych obvodoch zdieľajúcich pripojenia.
V našom každodennom živote samozrejme nebudeme mať vždy jeden typ distribúcie. Kompromis, ktorý môžeme urobiť, je zmiešať jednobodové zdroje s viacbodovými zdrojmi. Do jedného bodu môžete vložiť analógovo citlivé zariadenia a vysokorýchlostné / RF systémy a všetky ostatné menej citlivé periférie do jedného bodu.
Rozmýšľali ste niekedy nad tým, či by ste mali používať silové lietadlá? Odpoveď je áno. Napájacia doska je jednou z metód prenosu energie a zníženia hluku akéhokoľvek obvodu. Výkonová rovina skracuje cestu uzemnenia, znižuje indukčnosť a zlepšuje výkon elektromagnetickej kompatibility (EMC). Je to tiež spôsobené tým, že v rovinách napájania na oboch stranách je tiež generovaný paralelný doskový oddeľovací kondenzátor, aby sa zabránilo šíreniu hluku.
Napájacia doska má tiež zjavnú výhodu: vďaka svojej veľkej ploche umožňuje prechod väčšieho prúdu, čím sa zvyšuje rozsah prevádzkových teplôt dosky plošných spojov. Vezmite prosím na vedomie: výkonová vrstva môže zlepšiť pracovnú teplotu, ale je potrebné vziať do úvahy aj zapojenie. Pravidlá sledovania sú stanovené v ipc-2221 a ipc-9592
Pri doske plošných spojov so zdrojom RF (alebo akejkoľvek inej aplikácii vysokorýchlostného signálu) musíte mať úplnú základnú rovinu, aby ste zlepšili výkon dosky plošných spojov. Signály musia byť umiestnené v rôznych rovinách a je takmer nemožné splniť obe požiadavky súčasne pomocou dvoch vrstiev dosiek. Ak chcete navrhnúť anténu alebo akúkoľvek RF dosku s nízkou zložitosťou, môžete použiť dve vrstvy. Nasledujúci obrázok ukazuje ilustráciu, ako môže vaša DPS lepšie využiť tieto roviny.
Pri návrhu zmiešaného signálu výrobcovia zvyčajne odporúčajú oddeliť analógovú zem od digitálnej. Citlivé analógové obvody sú ľahko ovplyvniteľné vysokorýchlostnými prepínačmi a signálmi. Ak sa analógové a digitálne uzemnenie líšia, uzemňovacia rovina bude oddelená. Má však nasledujúce nevýhody. Mali by sme venovať pozornosť oblasti presluchov a slučiek rozdelenej zeme spôsobenej hlavne diskontinuitou základnej roviny. Nasledujúci obrázok ukazuje príklad dvoch oddelených pozemných rovín. Na ľavej strane nemôže spätný prúd prechádzať priamo po signálnej trase, takže namiesto toho, aby bol navrhnutý v oblasti pravej slučky, bude existovať oblasť slučky.
Elektromagnetická kompatibilita a elektromagnetické rušenie (EMI)
Pre vysokofrekvenčné prevedenie (ako sú RF systémy) môže byť EMI zásadnou nevýhodou. Základná rovina, o ktorej sme hovorili vyššie, pomáha znižovať EMI, ale podľa vašej dosky plošných spojov môže základná rovina spôsobiť ďalšie problémy. V laminátoch so štyrmi alebo viacerými vrstvami je vzdialenosť lietadla veľmi dôležitá. Keď je kapacita medzi lietadlami malá, elektrické pole sa na doske rozšíri. Súčasne klesá impedancia medzi týmito dvoma rovinami, čo umožňuje spätný prúd prúdiť do signálnej roviny. To bude vytvárať EMI pre akýkoľvek vysokofrekvenčný signál prechádzajúci rovinou.
Jednoduchým riešením, ako sa vyhnúť EMI, je zabrániť vysokorýchlostným signálom prechádzať cez viac vrstiev. Pridajte oddeľovací kondenzátor; Okolo signálneho vedenia umiestnite uzemňovacie priechodky. Nasledujúci obrázok ukazuje dobrý návrh DPS s vysokofrekvenčným signálom.
Filtrujte šum
Bypassové kondenzátory a feritové perličky sú kondenzátory používané na filtráciu šumu generovaného ktoroukoľvek súčasťou. V zásade, ak sa používa v akejkoľvek vysokorýchlostnej aplikácii, akýkoľvek vstupno-výstupný kolík sa môže stať zdrojom hluku. Aby sme lepšie využili tento obsah, budeme musieť venovať pozornosť nasledujúcim bodom:
Feritové perličky a obtokové kondenzátory vždy umiestnite čo najbližšie k zdroju hluku.
Keď používame automatické umiestnenie a automatické smerovanie, mali by sme zvážiť vzdialenosť, ktorú je potrebné skontrolovať.
Vyhnite sa priechodnosti a akémukoľvek inému smerovaniu medzi filtrami a komponentmi.
Ak existuje zemná rovina, použite na jej správne uzemnenie niekoľko priechodných otvorov.