Технология PCBA - Основные правила компоновки компонентов печатной платы

I. Основные правила компоновки компонентов печатной платы

1-1. Компоновка по модулям схемы: Компоненты должны быть сгруппированы в соответствии с их функциональными возможностями (модулями). Компоненты в одном модуле должны располагаться близко друг к другу, а цифровые и аналоговые схемы должны быть разделены.

1-2. Размещение компонентов вблизи отверстий: Никакие компоненты не должны располагаться на расстоянии менее 27 мм от монтажных отверстий, установочных отверстий для позиционирования или других отверстий, не предназначенных для монтажа. Для отверстий для крепления винтов компоненты должны располагаться на расстоянии не менее III,5 мм для винтов MII,5 и iv мм для винтов MIII.

1-3. Избегайте размещения компонентов под определенными деталями: Для таких компонентов, как горизонтальные резисторы, силовые катушки индуктивности (со сквозными отверстиями) и электролитические конденсаторы, избегайте размещения переходных отверстий непосредственно под ними, чтобы предотвратить короткое замыкание во время пайки волной.

1-4. Расстояние между кромками: Расстояние от внешнего края детали до края платы должно составлять не менее v мм.

1-5. Расстояние между компонентами: Расстояние между внешними краями накладок для поверхностного монтажа и соседними компонентами со сквозными отверстиями должно составлять не менее IImm.

1-6. Металлический корпус и расстояние между компонентами: Компоненты в металлическом корпусе (например, защитные коробки) не должны соприкасаться с другими компонентами или направляющими; расстояние должно быть больше IImm. Расстояние между краями монтажных отверстий, установочных отверстий или других отверстий в плате и краем платы должно быть больше IIImm.

1-7. Регулирование температуры: Тепловыделяющие компоненты не следует размещать слишком близко к чувствительным к нагреву компонентам или следам. Мощные компоненты должны быть равномерно распределены по всей плате.

1-8. Расположение разъемов питания: Разъемы питания должны располагаться по краям печатной платы, а соответствующие шины питания или соединительные клеммы - на той же стороне. Убедитесь, что разъемы питания и другие компоненты не соприкасаются друг с другом для облегчения подключения и сборки.

1-9. Общее расположение компонентов: Все компоненты микросхемы должны быть выровнены в одном направлении. Поляризованные компоненты должны иметь четко обозначенную полярность, и на одной плате должно быть не более двух направлений маркировки полярности, причем оба направления должны быть перпендикулярны друг другу.

1-10. Плотность прокладки: следы на печатной плате должны располагаться на соответствующем расстоянии друг от друга. Если плотность значительно отличается, используйте медную заливку с размером ячейки не менее 0,2 мм.

1-11. Избегайте переходных отверстий в контактных площадках SMD: Переходные отверстия не следует размещать в контактных площадках для поверхностного монтажа, чтобы избежать утечки паяльной пасты и возможных проблем с пайкой.

1-12. Ориентация компонентов: SMD-компоненты должны располагаться на одной стороне платы с одинаковой ориентацией и направлением символов.

1-13. Соответствие полярности: Для поляризованных компонентов убедитесь, что маркировка полярности совпадает по всей печатной плате.

II. Повышение уровня электромагнитных помех (EMI) и электромагнитной совместимости (EMC)

1. Специальные системы, требующие повышенного внимания к электромагнитным помехам

(1) Высокочастотные микроконтроллерные системы: Системы с высокой тактовой частотой и быстрыми циклами шины.

(2) Высокомощные/сильноточные системы: системы, приводящие в действие высокоточные нагрузки или создающие искры, такие как реле и большие выключатели.

(3) Системы с чувствительными аналоговыми сигналами: Системы со слабыми аналоговыми сигналами и высокоточными схемами аналого-цифрового преобразования.

Основные правила компоновки компонентов

2. Меры по снижению электромагнитных помех

(1) Выбор низкочастотных микроконтроллеров: Выбор микроконтроллера с более низкой тактовой частотой может помочь снизить уровень высокочастотных помех и повысить помехоустойчивость системы. Прямоугольные волны, как правило, излучают больше высокочастотных составляющих, чем синусоидальные, которые с меньшей вероятностью создают шум.

(2) Сведение к минимуму искажений сигнала: микроконтроллеры, основанные на технологии CMOS, могут вызывать отражение и искажения сигнала при подключении длинных трасс к высокоимпедансным входам. Сведите к минимуму длину трасс и переходных отверстий, в идеале не превышая 25 см и ограничивая количество переходных отверстий двумя или менее.

(3) Уменьшите перекрестные помехи между сигнальными линиями: помехи возникают, когда сигналы, передаваемые по одной трассе, создают помехи в соседних трассах. Чтобы уменьшить это, используйте большие плоскости заземления под чувствительными сигнальными трассами и обеспечьте надлежащее расстояние между трассами (по крайней мере, в 2-3 раза превышающее ширину трассы).

(4) Минимизируйте шум от источника питания: линии электропитания часто создают помехи в системе. Используйте соответствующие разделительные конденсаторы (например, керамические конденсаторы емкостью 0,1 мкФ и 1 мкФ) для фильтрации высокочастотных помех и стабилизации подачи электроэнергии. Всегда отключайте соединения питания и заземления для каждой микросхемы.

(5) Высокочастотные характеристики компоновки печатной платы: При проектировании быстродействующих устройств учитывайте паразитную индуктивность и емкость каналов, переходных отверстий и компонентов. Избегайте длин каналов, которые составляют значительную часть длины волны шумовой частоты, чтобы они не действовали как антенны. Например, переходные отверстия увеличивают емкость примерно на 0,6 пФ.

(6) Схема расположения компонентов для защиты от электромагнитных помех: Правильно отделите шумящие компоненты (например, реле, сильноточные переключатели) от чувствительных аналоговых схем, чтобы свести к минимуму перекрестные связи. Цифровые и аналоговые заземления должны быть разделены и должны соединяться в одной точке (одноточечное заземление).

(7) Используйте экранирование для чувствительных цепей: Высокочастотные или чувствительные к шуму цепи следует экранировать с помощью металлических корпусов или экранирования на уровне печатных плат.

(8) Используйте эффективные развязывающие конденсаторы: Конденсаторы с хорошими высокочастотными характеристиками, такие как многослойные керамические конденсаторы, могут эффективно фильтровать высокочастотный шум. Размещайте развязывающие конденсаторы рядом с выводами питания микросхемы и убедитесь, что они обеспечивают надлежащую фильтрацию как для выводов питания, так и для выводов заземления микросхемы.

(9) Сведите к минимуму использование сквозных отверстий: Сквозные отверстия могут создавать нежелательную индуктивность, особенно в высокоскоростных цепях. Используйте их экономно и избегайте прохождения высокочастотных сигналов через переходные отверстия.

iii. Некоторый опыт в снижении уровня шума и электромагнитных помех.

(1) Если можно использовать низкоскоростные чипы, то высокоскоростные использовать не следует. Высокоскоростные чипы следует использовать в ключевых местах.

(2) Для уменьшения частоты скачков напряжения на верхнем и нижнем контурах схемы управления можно использовать последовательный резистор.

(3) Попробуйте обеспечить некоторую форму демпфирования для реле и т.д.

(4) Используйте низкочастотный тактовый генератор, соответствующий системным требованиям.

(5) Генератор тактовых импульсов должен располагаться как можно ближе к устройству, использующему часы. Корпус кварцевого генератора должен быть заземлен.

(6) Обведите область синхронизации проводом заземления и сделайте так, чтобы линия синхронизации была как можно короче.

(7) Схема привода ввода-вывода должна располагаться как можно ближе к краю печатной платы, чтобы она как можно скорее покинула печатную плату. Сигнал, поступающий на печатную плату, должен быть отфильтрован, и сигнал, поступающий из зоны повышенного шума, также должен быть отфильтрован. В то же время, чтобы уменьшить отражение сигнала, следует последовательно подключать клеммный резистор.

(8) Неиспользуемый конец MCD должен быть подключен к высокому напряжению, или заземлен, или определен как выходной конец. Концы интегральной схемы, которые должны быть подключены к заземлению питания, должны быть соединены, а не оставаться плавающими.

(9) Не оставляйте неиспользуемые входы вентиля незакрепленными. Положительный вход неиспользуемого операционного усилителя должен быть заземлен, а отрицательный вход подключен к выходу.

(10) Старайтесь использовать зигзагообразные линии под углом 45° вместо зигзагообразных линий под углом 90° для печатных плат, чтобы уменьшить излучение и взаимодействие высокочастотных сигналов.

(11) Печатные платы подразделяются в зависимости от характеристик переключения частоты и тока. Шумовые и бесшумные компоненты должны находиться на большем расстоянии друг от друга.

(12) Для односторонних и двусторонних плат следует использовать одноточечный источник питания и одноточечное заземление. Линии электропередачи и заземления должны быть как можно более толстыми. Если вы можете себе это позволить, используйте многослойные платы, чтобы уменьшить емкость и индуктивность источника питания и заземления.

(13) Тактовые сигналы, сигналы выбора шины и микросхемы следует размещать вдали от линий ввода-вывода и разъемов.

(14) Линии ввода аналогового напряжения и клеммы опорного напряжения должны находиться вдали от сигнальных линий цифровых схем, особенно тактовых сигналов.

(15) Для устройств A/D лучше объединять цифровую и аналоговую части, а не пересекать их.

 (16) Линии синхронизации, перпендикулярные линиям ввода-вывода, создают меньше помех, чем параллельные линии ввода-вывода. Контакты компонентов синхронизации следует размещать вдали от кабелей ввода-вывода.

(17) Выводы компонентов должны быть как можно короче, а выводы разъединяющего конденсатора - как можно короче.

(18) Кабельные линии должны быть как можно толще, а с обеих сторон должно быть предусмотрено защитное заземление. Высокоскоростные линии должны быть короткими и прямыми.

(19) Линии, чувствительные к помехам, не должны быть параллельны сильноточным высокоскоростным коммутационным линиям.

(20) Не прокладывайте провода под кристаллами кварца или устройствами, чувствительными к помехам.

(21) Не создавайте токовые петли вокруг цепей слабого сигнала и низкочастотных цепей.

(22) Не создавайте петли для любого сигнала. Если это неизбежно, старайтесь, чтобы площадь контура была как можно меньше.

(23) Один развязывающий конденсатор для каждой интегральной схемы. Рядом с каждым электролитическим конденсатором следует установить небольшой высокочастотный байпасный конденсатор.

(24) Используйте танталовые конденсаторы большой емкости или конденсаторы с поликристаллическим охлаждением вместо электролитических конденсаторов в качестве зарядных и разрядных накопителей энергии. При использовании трубчатых конденсаторов корпус должен быть заземлен.

iPCB в основном рассказывает о том, как снизить уровень шума и электромагнитных помех при проектировании аналоговых схем с помощью разумного расположения печатных плат и правил прокладки, заземления, развязывающих конденсаторов, фильтрации и экранирования, тем самым повышая помехозащищенность схемы и стабильность сигнала.