PCB tasarlarken genellikle internette bulduğumuz deneyim ve becerilere güveniriz. Her PCB tasarımı, belirli bir uygulama için optimize edilebilir. Genel olarak, tasarım kuralları yalnızca hedef uygulama için geçerlidir. Örneğin, ADC PCB kuralları RF PCB’ler için geçerli değildir ve bunun tersi de geçerlidir. Ancak, bazı yönergeler herhangi bir PCB tasarımı için genel kabul edilebilir. Burada, bu eğitimde, PCB tasarımını önemli ölçüde iyileştirebilecek bazı temel sorunları ve becerileri tanıtacağız.
Güç dağıtımı, herhangi bir elektrik tasarımında önemli bir unsurdur. Tüm bileşenleriniz, işlevlerini yerine getirmek için güce güvenir. Tasarımınıza bağlı olarak, bazı bileşenlerin farklı güç bağlantıları olabilirken, aynı karttaki bazı bileşenlerin güç bağlantıları zayıf olabilir. Örneğin, tüm bileşenlere tek bir kablo üzerinden güç veriliyorsa, her bileşen farklı bir empedans gözlemleyecek ve bu da birden fazla topraklama referansına neden olacaktır. Örneğin, biri başında diğeri sonunda olmak üzere iki ADC devreniz varsa ve her iki ADC de harici bir voltaj okuyorsa, her bir analog devre kendilerine göre farklı bir potansiyel okuyacaktır.
Güç dağılımını üç olası şekilde özetleyebiliriz: tek noktalı kaynak, Yıldız kaynağı ve çok noktalı kaynak.
(a) Tek noktalı güç kaynağı: Her bir bileşenin güç kaynağı ve topraklama kablosu birbirinden ayrılmıştır. Tüm bileşenlerin güç yönlendirmesi yalnızca tek bir referans noktasında buluşur. Güç için tek bir nokta uygun kabul edilir. Ancak bu, karmaşık veya büyük/orta ölçekli projeler için mümkün değildir.
(b) Yıldız kaynağı: Yıldız kaynağı, tek nokta kaynağın geliştirilmiş hali olarak kabul edilebilir. Temel özellikleri nedeniyle farklıdır: bileşenler arasındaki yönlendirme uzunluğu aynıdır. Yıldız bağlantısı genellikle çeşitli saatlere sahip karmaşık yüksek hızlı sinyal panoları için kullanılır. Yüksek hızlı sinyal PCB’sinde, sinyal genellikle kenardan gelir ve daha sonra merkeze ulaşır. Tüm sinyaller merkezden devre kartının herhangi bir alanına iletilebilir ve alanlar arasındaki gecikme azaltılabilir.
(c) Çok noktalı kaynaklar: her durumda zayıf olarak kabul edilir. Ancak, herhangi bir devrede kullanımı kolaydır. Çok noktalı kaynaklar, bileşenler arasında ve ortak empedans kuplajında ​​referans farklılıkları üretebilir. Bu tasarım stili ayrıca yüksek anahtarlamalı IC, saat ve RF devrelerinin bağlantıları paylaşan yakındaki devrelerde gürültü oluşturmasına izin verir.
Elbette günlük hayatımızda her zaman tek tip bir dağılım olmayacak. Yapabileceğimiz ödünleşim, tek noktalı kaynakları çok noktalı kaynaklarla karıştırmaktır. Analog duyarlı cihazları ve yüksek hızlı / RF sistemlerini bir noktaya, diğer tüm daha az hassas çevre birimlerini tek bir noktaya koyabilirsiniz.
Elektrikli uçak kullanıp kullanmayacağınızı hiç düşündünüz mü? Cevap Evet. Güç kartı, gücü aktarma ve herhangi bir devrenin gürültüsünü azaltma yöntemlerinden biridir. Güç düzlemi, topraklama yolunu kısaltır, endüktansı azaltır ve elektromanyetik uyumluluk (EMC) performansını iyileştirir. Aynı zamanda, gürültü yayılımını önlemek için güç kaynağı düzlemlerinde her iki tarafta da bir paralel plaka dekuplaj kondansatörünün üretilmesi gerçeğinden kaynaklanmaktadır.
Güç kartının da bariz bir avantajı vardır: geniş alanı nedeniyle daha fazla akımın geçmesine izin verir, böylece PCB’nin çalışma sıcaklık aralığını arttırır. Ancak lütfen unutmayın: Güç katmanı çalışma sıcaklığını iyileştirebilir, ancak kablolama da dikkate alınmalıdır. İzleme kuralları ipc-2221 ve ipc-9592 tarafından verilmektedir.
RF kaynağına (veya herhangi bir yüksek hızlı sinyal uygulamasına) sahip bir PCB için, devre kartının performansını artırmak için eksiksiz bir yer düzlemine sahip olmanız gerekir. Sinyaller farklı düzlemlerde yer almalıdır ve iki tabaka plaka kullanarak her iki gereksinimi aynı anda karşılamak neredeyse imkansızdır. Bir anten veya karmaşıklığı düşük herhangi bir RF kartı tasarlamak istiyorsanız, iki katman kullanabilirsiniz. Aşağıdaki şekil, PCB’nizin bu düzlemleri nasıl daha iyi kullanabileceğini gösterir.
Karışık sinyal tasarımında, üreticiler genellikle analog toprağın dijital topraktan ayrılmasını önerir. Hassas analog devreler, yüksek hızlı anahtarlardan ve sinyallerden kolayca etkilenir. Analog ve dijital topraklama farklı ise topraklama düzlemi ayrılacaktır. Ancak, aşağıdaki dezavantajlara sahiptir. Esas olarak yer düzleminin süreksizliğinden kaynaklanan bölünmüş zeminin karışma ve döngü alanına dikkat etmeliyiz. Aşağıdaki çizim, iki ayrı yer düzleminin bir örneğini göstermektedir. Sol tarafta, dönüş akımı sinyal yolu boyunca doğrudan geçemez, bu nedenle sağ döngü alanında tasarlanmak yerine bir döngü alanı olacaktır.
Elektromanyetik uyumluluk ve elektromanyetik girişim (EMI)
Yüksek frekanslı tasarımlar için (RF sistemleri gibi), EMI büyük bir dezavantaj olabilir. Daha önce tartışılan yer düzlemi EMI’yi azaltmaya yardımcı olur, ancak PCB’nize göre yer düzlemi başka sorunlara neden olabilir. Dört veya daha fazla katmanlı laminatlarda, uçağın mesafesi çok önemlidir. Uçaklar arasındaki kapasitans küçük olduğunda, elektrik alanı tahtada genişleyecektir. Aynı zamanda, iki düzlem arasındaki empedans azalır ve dönüş akımının sinyal düzlemine akmasına izin verir. Bu, uçaktan geçen herhangi bir yüksek frekanslı sinyal için EMI üretecektir.
EMI’den kaçınmanın basit bir çözümü, yüksek hızlı sinyallerin birden çok katmanı geçmesini önlemektir. Dekuplaj kondansatörü ekleyin; Ve sinyal kablolarının etrafına topraklama yolları yerleştirin. Aşağıdaki şekil, yüksek frekanslı sinyalli iyi bir PCB tasarımını göstermektedir.
Filtre gürültüsü
Baypas kapasitörleri ve ferrit boncuklar, herhangi bir bileşen tarafından üretilen gürültüyü filtrelemek için kullanılan kapasitörlerdir. Temel olarak, herhangi bir yüksek hızlı uygulamada kullanılırsa, herhangi bir I/O pini bir gürültü kaynağı olabilir. Bu içerikleri daha iyi kullanabilmek için aşağıdaki noktalara dikkat etmemiz gerekecektir:
Her zaman ferrit boncukları ve baypas kapasitörlerini gürültü kaynağına mümkün olduğunca yakın yerleştirin.
Otomatik yerleştirme ve otomatik yönlendirme kullandığımızda, kontrol edilecek mesafeyi dikkate almalıyız.
Filtreler ve bileşenler arasındaki geçişlerden ve diğer yönlendirmelerden kaçının.
Bir zemin düzlemi varsa, doğru şekilde topraklamak için birden fazla açık delik kullanın.