Новости PCB - 5 Основных методов проектирования печатных плат

Печатная плата является основой современных электронных изделий. Откройте любое электронное устройство, и вы увидите внутри печатную плату. На первый взгляд, это может показаться сложным, но на самом деле дизайн и конструкция печатной платы очень просты.

1. Размер печатной платы и расположение компонентов

Размер печатной платы должен быть умеренным. Если он слишком велик, печатаемые строки будут длинными, а импеданс увеличится, что не только снизит помехоустойчивость, но и увеличит стоимость; если он слишком мал, тепловыделение будет плохим, а также он будет подвержен помехам от соседних строк. Что касается компоновки устройств, то, как и в случае с другими логическими схемами, взаимосвязанные устройства следует размещать как можно ближе для достижения лучшей помехоустойчивости. Входные клеммы тактового генератора, кварцевого генератора и центрального процессора подвержены помехам и должны располагаться ближе друг к другу. Устройства, подверженные помехам, слаботочные и сильноточные цепи и т.д. следует размещать как можно дальше от логических схем. По возможности следует изготовить отдельную печатную плату, что очень важно.

2. Конфигурация разделительного конденсатора

В цепи питания постоянного тока изменения нагрузки могут вызывать помехи в источнике питания. Например, в цифровых схемах, когда схема переходит из одного состояния в другое, в линии электропередачи генерируется большой импульсный ток, формирующий переходное шумовое напряжение. Настройка развязывающих конденсаторов позволяет подавить шум, вызванный изменением нагрузки, и является обычной практикой при проектировании печатных плат для обеспечения надежности.

Принципы настройки следующие

Подключите электролитический конденсатор емкостью 10-100 мкФ к разъему ввода питания. Если позволяет расположение печатной платы, использование электролитических конденсаторов емкостью 100 мкФ или выше обеспечит лучшую защиту от помех.

Установите керамический конденсатор емкостью 0,01 мкФ на каждый чип интегральной схемы. Если площадь печатной платы слишком мала, на каждые 4-10 чипов можно установить танталовый электролитический конденсатор емкостью 1-10 мкФ. Это устройство обладает особенно низким высокочастотным сопротивлением, составляющим менее 1 Ом в диапазоне 500 кГц-20 МГц, и небольшим током утечки (менее 0,5 мкА).

Для устройств со слабой помехоустойчивостью и большими изменениями тока при выключении, а также устройств хранения данных, таких как ПЗУ и ОЗУ, разделительные конденсаторы должны быть подключены непосредственно между линией питания (VCC) и линией заземления (GND) микросхемы.

Подводящие провода развязывающих конденсаторов не должны быть слишком длинными, особенно для высокочастотных байпасных конденсаторов, которые не могут иметь выводов.

PCB Design

3. Конструкция для отвода тепла

С точки зрения облегчения отвода тепла, печатную плату лучше всего устанавливать вертикально, с расстоянием между платами, как правило, не менее 2 см. Расположение компонентов на печатной плате должно соответствовать определенным правилам.

1. Для оборудования, использующего воздушное охлаждение со свободной конвекцией, лучше всего размещать интегральные схемы (или другие устройства) в продольных трубах; для оборудования, использующего принудительное воздушное охлаждение, лучше всего размещать интегральные схемы (или другие компоненты) в горизонтально вытянутых трубах.

2. Устройства на одной печатной плате должны быть расположены по зонам в соответствии со степенью их тепловыделения, насколько это возможно. Устройства с низким тепловыделением или плохой термостойкостью (такие как малогабаритные сигнальные транзисторы, малогабаритные интегральные схемы, электролитические конденсаторы и т.д.) следует размещать на входе охлаждающего воздушного потока, в то время как устройства с высоким тепловыделением или хорошей термостойкостью (такие как силовые транзисторы, крупногабаритные интегральные схемы, электролитические конденсаторы и т.д.) следует размещать на входе охлаждающего воздушного потока. -масштабные интегральные схемы и т.д.) должны располагаться на выходе из потока охлаждающего воздуха.

3. В горизонтальном направлении мощные устройства следует располагать как можно ближе к краю печатной платы, чтобы сократить путь теплопередачи; В вертикальном направлении мощные устройства следует располагать как можно ближе к верхней части печатной платы, чтобы уменьшить их воздействие от температуры других устройств во время работы.

4. Устройства, чувствительные к температуре, лучше всего размещать в зоне с самой низкой температурой (например, в нижней части оборудования), а не непосредственно над нагревательным устройством. Несколько устройств лучше всего размещать в шахматном порядке в горизонтальной плоскости.

5. Тепловыделение печатной платы внутри оборудования в основном зависит от потока воздуха, поэтому при проектировании необходимо изучить траекторию воздушного потока и разумно настроить компоненты или печатную плату. Когда воздух проходит, он, как правило, проходит в областях с низким сопротивлением, поэтому при настройке компонентов на печатной плате важно не оставлять большого пространства в определенных областях.

4. Конструкция с электромагнитной совместимостью

Электромагнитная совместимость - это способность электронных устройств работать скоординированно и эффективно в различных электромагнитных средах. Цель обеспечения электромагнитной совместимости заключается в том, чтобы электронные устройства могли подавлять различные внешние помехи, позволяя им нормально работать в определенных электромагнитных условиях, одновременно снижая электромагнитные помехи от самих электронных устройств другим электронным устройствам.

1. Выберите подходящую ширину провода

Из-за ударных помех, создаваемых переходными токами на печатных линиях, которые в основном обусловлены индуктивностью печатных проводников, индуктивность печатных проводников должна быть максимально сведена к минимуму. Индуктивность печатных проводов пропорциональна их длине и обратно пропорциональна их ширине, поэтому короткие и точные провода полезны для подавления помех. Сигнальные линии тактовых импульсов, линейных преобразователей или шин часто пропускают большие переходные токи, поэтому печатные провода должны быть как можно короче. Для дискретных компонентных схем ширина печатного провода, составляющая около 1,5 мм, может полностью соответствовать требованиям; для интегральных схем ширина печатного провода может быть выбрана в пределах 0,2-1,0 мм.

2. Выбор правильной схемы подключения

Использование одинаковой прокладки может уменьшить индуктивность проводов, но взаимная индуктивность и распределенная емкость между проводами увеличиваются. Если позволяет схема, лучше всего использовать сетчатую конструкцию в виде креста. Особый метод заключается в прокладке проводов горизонтально с одной стороны печатной платы и вертикально с другой, а затем соединении их металлическими отверстиями в местах пересечения. Для устранения перекрестных помех между проводами печатной платы при проектировании проводки на большие расстояния следует по возможности избегать одинаковой прокладки.

5. Конструкция провода заземления

Заземление является важным методом борьбы с помехами в электронных устройствах. При правильном сочетании заземления и маскировки большинство проблем с помехами могут быть решены. В электронных устройствах системы заземления обычно включают системное заземление, заземление корпуса (маскируемое заземление), цифровое заземление (логическое заземление) и аналоговое заземление. При проектировании проводов заземления следует учитывать следующие моменты:

1. Правильно выбирайте между одноточечным и многоточечным заземлением

В низкочастотных цепях рабочая частота сигнала составляет менее 1 МГц, и влияние индуктивности между проводкой и устройствами относительно невелико. Однако циркулирующий ток, создаваемый цепью заземления, оказывает большее влияние на помехи, поэтому следует использовать одноточечное заземление. Когда рабочая частота сигнала превышает 10 МГц, сопротивление заземления становится очень большим. В это время сопротивление заземления следует максимально снизить и использовать несколько точек заземления поблизости. Если рабочая частота находится в диапазоне от 1 до 10 МГц, то при использовании одноточечного заземления длина провода заземления не должна превышать 1/20 длины волны. В противном случае следует использовать многоточечный метод заземления.

2. Отделите цифровые схемы от аналоговых

На печатной плате имеются как быстродействующие логические схемы, так и линейные схемы, поэтому они должны быть максимально разделены, а провода заземления не должны быть перепутаны. Они должны быть подключены к проводу заземления клеммы источника питания отдельно. Постарайтесь максимально увеличить площадь заземления линейных цепей.

3. Постарайтесь максимально утолстить провод заземления

Если провод заземления очень тонкий, то потенциал заземления будет изменяться в зависимости от тока, что приведет к нестабильности уровня временного сигнала электронных устройств и ухудшению помехозащищенности. Поэтому заземляющий провод следует сделать как можно толще, чтобы он мог пропускать три допустимых тока, расположенных на печатной плате. По возможности, ширина заземляющего провода должна быть больше 3 мм

4. Образуйте с заземляющим проводом замкнутый контур

При проектировании системы заземления печатной платы, состоящей только из цифровых схем, выполнение заземляющего провода замкнутым контуром может значительно повысить ее помехоустойчивость. Причина в том, что на печатной плате имеется много компонентов интегральных схем, особенно если речь идет о компонентах с высоким энергопотреблением. Из-за ограниченной толщины заземляющего провода на стыке заземления будет создаваться большая разность потенциалов, что приведет к снижению помехоустойчивости. Если заземляющая конструкция будет выполнена в виде контура, то разность потенциалов будет уменьшена, а помехоустойчивость электронных устройств повысится.

PCB

Кроме того, при проектировании печатной платы следует обратить внимание на

Независимо от того, насколько вы старательны и как много планируете заранее, рано или поздно вам придется решать какую-то проблему с печатной платой. В этом случае, если ваши наиболее важные компоненты скрыты и труднодоступны, вам будет еще сложнее решить проблему.

Это ключевой аспект качественного проектирования печатных плат. Когда вы работаете над своей собственной печатной платой, это может иметь большое значение, но это еще более важно, когда вы работаете над совместными проектами или хотите создать печатную плату, которую можно было бы отремонтировать другими.

Попытка уместить как можно больше компонентов на небольшом пространстве может показаться заманчивой, но это может оказаться роковой ошибкой. Даже если это выглядит почти как бумага, вам нужно учитывать тот факт, что следы меди будут расширяться. Если вы не оставите достаточно места, вам также может быть трудно эффективно прокладывать провода через печатную плату. Оставляя достаточное пространство между проводами, вы сможете использовать вертикальное и горизонтальное пространство на печатной плате и свободно выбирать наиболее эффективные варианты подключения ваших компонентов.

Изменение направления проводки между разными слоями - это еще один принцип проектирования, который позволяет с легкостью устранить любые проблемы с печатной платой. Вам следует нарисовать вертикальную траекторию на стороне расточки и горизонтальную траекторию на другой стороне. Если используется несколько слоев, не забудьте чередовать направление трекера между слоями.

Чем шире медный провод, тем меньше его сопротивление. Это, в свою очередь, означает, что тепловыделение, которое он выделяет, также уменьшилось. При проектировании печатной платы вы должны установить ширину проводки, исходя из того, какой ток, по вашему мнению, будет протекать. Это означает, что ваши кабели питания должны быть самыми толстыми на печатной плате, так как по ним будет проходить ток.

Выбор подходящего программного обеспечения для проектирования печатной платы окажет существенное влияние на качество конечного результата. Речь идет не только о поиске самого дорогого и многофункционального программного обеспечения, вам также нужно найти программное обеспечение, которое, по вашему мнению, проще всего освоить и использовать.

Как только вы начнете искать онлайн-ресурсы, вы найдете бесчисленное множество руководств и схем, которые помогут вам проектировать и изготавливать печатные платы. Если вы немного интересуетесь электроникой и схемами, стоит рассматривать дизайн печатных плат как хобби.