Kao što je gore navedeno, kola su različita: digitalni dio; analogni dio; power section; dio interfejsa. Svi ovi dijelovi lanca potrebni su, ako je moguće, prostorno. U suprotnom, mogu se desiti "čuda". Tako, na primjer, ako vaš uređaj ima touch panel (kapacitivnost je nacrtana bakrenom podlogom na ploči), a pored njega postavite prekidač za napajanje, smetnje će dovesti do lažnih alarma. Drugi primjer: postavljanje strujne sekcije, na primjer, releja, blizu digitalne ili analogne sekcije može u najgorem slučaju oštetiti unutrašnjost mikrokontrolera, stvarajući potencijal iznad 5 volti na nozi i dati lažne pozitivne rezultate (u digitalnom sekcija) ili pogrešna očitavanja (u analognoj sekciji).Međutim, ako je rezolucija ADC-a manja od 10 bita, onda se osnovica možda neće dijeliti, jer je učinak obično minimalan).
Čineći zemlje „drugačijim“, smanjujete njihov uticaj jedne na druge. Čime se treba voditi prilikom obrade zemlje?
Maksimiziranjem površine uzemljenja na PCB-u, njegova induktivnost je minimizirana, što zauzvrat dovodi do manje radijacije. Plus, povećanjem površine povećava se otpornost na buku štampane ploče. Postoje dva načina za povećanje površine: potpuno ispunite ploču ili je napravite u obliku mreže.
Puno punjenje omogućava postizanje najniže impedancije - ovo je "idealan" sistem uzemljenja (mreža je nešto lošija).
Međutim, na pločama s velikom površinom može se puniti čvrsta zemlja. Poligon treba postaviti na obje strane ploče što je ravnomjernije moguće. Koristeći mrežu, potrebno je kontrolisati njen korak:.
Poligoni na višeslojnim pločama moraju biti povezani na više mjesta, ispod je "Faradayev kavez" u dizajnu štampane ploče. Ova tehnika se koristi na frekvencijama od gigaherca.
Ako se uzemljenje usmjerava kao obična staza, onda se preporučuje ožičenje dalekovoda na suprotnoj strani ploče. U slučaju višeslojne ploče, uzemljenje i strujni vodovi su također postavljeni na odvojenim slojevima.
Otpor provodnika također ovisi o frekvenciji (vidi. ). Što je frekvencija veća, to je veći otpor staze/zemlje. Tako, na primjer, ako je na 100 Hz otpor uzemljenja 574 μΩ, a signalna staza (širina 1 mm, dužina 10 mm, debljina 35 μm) iznosi 5,74 mΩ, tada će na frekvenciji od 1 Hz uzeti vrijednosti 11,6 mΩ i 43 , 7 oma. Kao što vidite, razlika je ogromna. Osim toga, sama ploča počinje da zrači, posebno na mjestima gdje su žice spojene na ploču.
Ispitivali smo „tlo“ sa opšte tačke gledišta, međutim, ulazeći u pojedinosti, potrebno je razgovarati o tzv. „signalnom“ terenu, gde:
A) Veza u jednoj tački je nepoželjna topologija u smislu šuma. Serijsko povezivanje povećava impedanciju uzemljenja, što dovodi do problema na visokim frekvencijama. Važeći opseg za ovu topologiju je od 1 Hz do 10 MHz, pod uslovom da najduži put uzemljenja ne prelazi 1/20 talasne dužine.
B) višetačka veza ima znatno nižu impedanciju - preporučuje se u digitalnim kolima i na visokim frekvencijama. Veze treba da budu što kraće kako bi se otpor sveo na minimum. U kolima s niskim frekvencijama ova topologija nije najbolji izbor. Ako ploča ima LF i HF dio, tada VF treba postaviti bliže zemlji, a LF - bliže dalekovodu.
C) hibridna veza - preporuča se koristiti ako na istoj štampanoj ploči postoje različite komponente: digitalne, analogne ili energetske. Rade na različitim frekvencijama i ne smiju se miješati za veću preciznost i stabilnost uređaja.
Primjer podjele zemljišta:
U našem slučaju (grubo rečeno) postoji samo jedan dio - digitalni. Na ploči će biti konektori, ali struje koje prolaze kroz njih su beznačajne (programator, UART-pin za Wi-Fi modul) i ne bi trebale utjecati na rad uređaja. Unatoč činjenici da je taktna frekvencija mikrokontrolera 24 MHz, svi periferni uređaji s kojima je povezan radit će na frekvencijama znatno manjim od 10 MHz (sa izuzetkom Wi-Fi modula čija je frekvencija 2,4 GHz). Drugim riječima, konekcija na jednoj tački može se koristiti i u našem uređaju, međutim, sistem sa više tačaka je dovoljan. Također se preporučuje da se poligon smjesti ispod svih nezračećih visokofrekventnih kola (poput našeg mikrokontrolera, ali o tome ćemo kasnije).
Koristeći potpuno punjenje za deponiju, vrijedi ukloniti bakar ispod Wi-Fi modula - to će izbjeći zaštitu njegovog zračenja.
Svi izolirani bakreni dijelovi (mrtvi bakar) moraju se ukloniti, jer na HF-u počinju zračiti i ometati signalne vodove. Potencijal u takvim parcelama je drugačiji od tla i nepoželjan.
Osim tla/poligona, na ploči se nalaze i druge signalne staze. Uz njih može ići signal takta (na primjer, SCK linija MAX7219 čipa) ili se mogu prenositi podaci (RX i TX UART staze iz Wi-Fi modula). Njihov raspored nije ništa manje važan zadatak - morate znati nekoliko pravila. Prvo, da bi se smetnje od jednog vodiča do drugog svele na najmanju moguću mjeru, treba održavati udaljenost između njih.
Za signale sata, kao i audio, video i linije za resetovanje, preporučljivo je ostaviti najmanje dvije širine trake sa strane. U posebno kritičnim slučajevima pokušajte izbjeći prelazak staza na suprotnoj strani ploče.
Vjerovatno ste već vidjeli štampane ploče raznih uređaja - i primijetili da većini njih nedostaju pravi uglovi.
Na visokim frekvencijama će raditi kao antene, tako da pri skretanju pribjegavaju uglovima od 45 stepeni.
Ranije su se štampane ploče crtale ručno, što znači da su uglovi bili proizvoljni (ne striktno 45 stepeni). Sa EMC tačke gledišta, takav raspored je bolji, ali vam ne dozvoljava da ploču dovedete u razumljiviji oblik. Trenutno su uglavnom podržani svi moderni CAD sistemi.
Između ostalog, pri okretanju za 90 stupnjeva, što znači da u snažnim krugovima s velikim strujama to može dovesti do pregrijavanja i izgaranja sekcije. U niskofrekventnim krugovima upotreba spojeva u obliku slova T nije zabranjena, ali na visokofrekventnim krugovima to će dovesti do problema.
S druge strane, treba izbjegavati oštre uglove - to je loše sa tehnološke tačke gledišta. Na takvim mjestima nastaje "stagnacija" hemijskih reagensa, a tokom jetkanja dio vodiča će jednostavno biti korodiran.
Između ostalog, širina provodnika mora biti konstantna, jer kada se promijeni, staza počinje da se ponaša kao antena. Ne preporučuje se postavljanje vias na kontaktnu podlogu ili u neposrednoj blizini elementa (bez odvajanja lemnom maskom), jer to može dovesti do prelijevanja lema i, kao rezultat, uzrokovati greške u montaži. Najbolje je pokriti otvore sa maskom za lemljenje.
Elementi koji se spajaju na poligon moraju biti odvojeni termičkom barijerom, koja sprječava neravnomjerno zagrijavanje podloge tokom lemljenja.
Mikrokontroler
Pokrili smo osnovna pitanja rasporeda PCB-a, vrijeme je da pređemo na određene stvari, posebno razmotrimo najbolje prakse za ožičenje strujnih i zemaljskih linija mikrokontrolera.
Blokirajuće kondenzatore treba postaviti što bliže terminalima mikrokontrolera na način da se nalaze duž "puta" struje. Inače, od njih jednostavno nema smisla.
Za jednostrano štampanje šablon izgleda ovako:
U slučaju dvostrane ploče, prikladno je postaviti kondenzatore ispod mikrokontrolera, međutim, s velikom serijom i automatskom instalacijom, to će uzrokovati tehničke poteškoće. Obično se komponente pokušavaju smjestiti na jednu stranu.
Kristal, izvor sata, također treba postaviti što bliže nogama. Jednostrana ploča:
Svi kratkospojnici između nogu SMD mikrokola moraju biti izvan mjesta lemljenja:
I za kraj, nekoliko korisnih savjeta.
U ovom dijelu razmatramo kako izbjeći izobličenje digitalnog signala povezanog s njegovim prijenosom duž vodiča na štampanoj ploči. Unatoč činjenici da je to prvenstveno zadatak inženjera strujnih kola, dizajner tiskane ploče je također često kriv za probleme s prijenosom signala kroz ploču, kao i za šum i preslušavanje koji se javljaju na ploči.
Zašto je signal izobličen tokom prenosa?
Prije svega, izobličenje je svojstveno visokofrekventnim signalima s frekvencijom od 1 GHz ili više. To je zbog efekata rezonancija i refleksija na pojedinim segmentima provodnika, prolaza, grana na ploči, kao i na ulazima prijemnika. Međutim, problem je što signali frekvencije do 500 MHz, tipične za standardna digitalna kola, kao što ćemo vidjeti u nastavku, često mogu biti značajno izobličeni, što znači da se mogu pripisati i visokofrekventnim.
Koja je ideja iza prijenosa bez izobličenja?
Princip prenosa signala bez izobličenja je da je provodnik projektovan kao prenosni vod (ili "duga linija") sa zadatom karakterističnom (karakterističnom) impedansom, tj. impedansa Z 0, ista od izvora do prijemnika signala, što osigurava ujednačenost linije. Drugi uslov je konzistentnost linije sa izvorom i prijemnikom signala. Za razliku od konvencionalnog provodnika, takav dalekovod ne dovodi do rezonancije, izobličenja ili refleksije u prijenosu signala, bez obzira koliko je dugačak. Daljinski vodovi se lako mogu implementirati na štampanu ploču korišćenjem materijala sa poznatim parametrima i obezbeđivanjem potrebnih dimenzija elemenata štampanog uzorka. Razlikuju se serijski i paralelni završetak linije; u tom slučaju je potrebno koristiti određene završne otpornike na izlazu izvora i/ili ulazu prijemnika signala. Prenosni vodovi formirani na ploči mogu se naravno proširiti van ploče pomoću konektora i kablova sa kontrolisanom karakterističnom impedancijom Z 0.
Za koje signale izobličenje postaje značajno?
Poređenjem dužine provodnika na ploči sa talasnom dužinom koju ima najviša frekventna komponenta emitovanog signala (prilikom propagiranja npr. u FR4 materijalu), moguće je odrediti električnu dužinu provodnika tzv. . Električna dužina se može izraziti u dijelovima minimalne valne dužine ili u dijelovima njene inverzne vrijednosti - trajanja fronta. Ako je vodič predugačak u električnoj dužini, dizajnirajte ga kao prijenosnu liniju kako biste spriječili prekomjerno izobličenje signala. Imajte na umu da prilikom prijenosa visokofrekventnih signala, dalekovode treba koristiti ne samo za smanjenje izobličenja, već i za smanjenje nivoa elektromagnetnog zračenja (EMP).
Pola prednjeg pravila
Grubo pravilo je da je provodnik "električno dug" (ono što elektrotehnika naziva "duga linija") ako vrijeme putovanja prednje ivice signala od izvora do najudaljenijeg prijemnika prelazi polovinu trajanja prednje ivice signala. U tom slučaju refleksije linija mogu značajno izobličiti front signala. Pretpostavimo da uređaj sadrži mikro kola sa vremenom porasta od 2 ns (na primjer, prema dokumentaciji za seriju FastTTL). Dielektrična konstanta PCB materijala (FR4) na visokim frekvencijama je blizu 4,0, što daje prednju brzinu od oko 50% brzine svjetlosti, odnosno 1,5,10 8 m/s. Ovo odgovara vremenu širenja fronta od 6,7 ps/mm. Sa takvom brzinom, front će preći oko 300 mm za 2 ns. Iz ovoga možemo zaključiti da za takve signale treba koristiti "prenosne vodove" samo ako dužina provodnika prelazi polovinu zadate udaljenosti - odnosno 150 mm.
Nažalost, ovo nije tačan odgovor. Pravilo pola porasta je previše pojednostavljeno i može biti problematično ako se ne uzme u obzir.
Pitanja pojednostavljenog pristupa
Podaci o vremenu porasta dati u dokumentaciji za mikro kola odražavaju maksimalnu vrijednost, a često je stvarno vrijeme uključivanja mnogo manje (recimo, može biti 3-4 puta manje od "maksimalnog" i teško se može garantovati da će neće se razlikovati od serije do serije mikrokola). Štaviše, neizbježna kapacitivna komponenta opterećenja (od IC-a povezanih na liniju) smanjuje brzinu širenja signala u poređenju sa projektovanom brzinom koja se može postići na praznoj PCB-u. Stoga, da bi se postigao adekvatan integritet prenošenog signala, dalekovode treba koristiti za mnogo kraće provodnike nego što sugerira prethodno opisano pravilo. Može se pokazati da je za signale sa vremenom porasta (prema dokumentaciji) od 2 ns preporučljivo koristiti dalekovode već za provodnike čija dužina prelazi samo 30 mm (a ponekad i manje)! Ovo se posebno odnosi na signale koji imaju funkciju sinkronizacije ili gejtinga. Upravo te signale karakteriziraju problemi povezani s "lažnim pozitivnim rezultatima", "preračunavanjem", "popravljanjem netočnih podataka" i drugim.
Kako projektirati dalekovode?
Postoje mnoge publikacije posvećene tome koje vrste dalekovoda mogu biti, kako ih dizajnirati na štampanoj ploči, kako provjeriti njihove parametre. Konkretno, standard IEC 1188-1-2: 1988 daje detaljne preporuke u tom pogledu. Dostupni su i mnogi softverski proizvodi koji će vam pomoći da odaberete dizajn dalekovoda i strukturu štampane ploče. Većina modernih PCB sistema za projektovanje dolazi sa ugrađenim softverom koji omogućava dizajneru da dizajnira dalekovode prema navedenim parametrima. Primjeri uključuju programe kao što su AppCAD, CITS25, TXLine. Najpotpunije mogućnosti pružaju softverski proizvodi Polar Instruments.
Primjeri dalekovoda
Kao primjer, razmotrite najjednostavnije vrste dalekovoda.
Kako projektirati dalekovod na najbolji način?
Najveća brzina (ili najkritičniji) signali bi trebali biti u slojevima koji su u blizini uzemljenja (GND), po mogućnosti onaj koji je uparen sa planom napajanja za razdvajanje. Manje kritični signali mogu se usmjeriti na planove obroka ako su ovi planovi adekvatno odvojeni i nisu previše bučni. Svaki takav plan napajanja mora biti povezan s mikrokolom s kojim se ili na koji se ovaj signal dovodi. Najbolju otpornost na buku i elektromagnetnu kompatibilnost pružaju trakaste linije između dva GND plana, svaki uparen sa različitim planom napajanja za razdvajanje.
Dalekovod ne bi trebao imati rupe, lomove ili rascjepe u bilo kojoj od referentnih ravnina u odnosu na koje je povučen, jer to dovodi do značajnih promjena u Z 0. Štaviše, trakasta linija treba da bude što je moguće dalje od bilo kakvih prekida u planu ili od ivice referentne ravni, a ovo rastojanje ne bi trebalo da bude manje od deset puta širine provodnika. Susjedne dalekovode treba razdvojiti sa najmanje tri širine provodnika kako bi se eliminisalo preslušavanje. Veoma kritični ili „agresivni“ signali (kao što je komunikacija sa radio antenom) mogu imati koristi od EMC-a korišćenjem simetrične linije sa dva reda blisko raspoređenih prolaza koji je blokiraju od drugih provodnika i stvaraju koaksijalnu strukturu u PCB-u. Međutim, za takve strukture, proračun Z 0 se izvodi pomoću različitih formula.
Kako možete smanjiti troškove projekta?
Gore opisani tipovi dalekovoda gotovo uvijek zahtijevaju upotrebu višeslojne ploče, stoga možda neće biti primjenjivi za stvaranje masovnih proizvoda niže cjenovne kategorije (iako su za velike količine 4-slojnih PCB-a samo 20-30% skuplji od dvostranih). Međutim, za jeftine dizajne koriste se i vrste linija kao što su uravnotežene (uniformne) ili koplanarne, koje se mogu dizajnirati na jednoslojnoj ploči. Treba imati na umu da jednoslojni tipovi dalekovoda zauzimaju nekoliko puta više površine na ploči od mikrotrakastih i trakastih vodova. Osim toga, ušteda na cijeni PCB-a znači da plaćate više za dodatnu zaštitu i filtriranje buke. Postoji opšte pravilo da rešavanje EMC problema na nivou pakovanja proizvoda košta 10 do 100 puta više od rešavanja istog problema na nivou PCB-a.
Stoga, dok smanjujete budžet za razvoj smanjenjem broja slojeva PCB-a, budite spremni potrošiti dodatno vrijeme i novac na naručivanje višestrukih iteracija uzoraka PCB-a kako biste osigurali potreban nivo integriteta signala i EMC-a.
Kako ublažiti negativan učinak promjene slojeva?
Prema tipičnim pravilima ožičenja, postoji najmanje jedan kondenzator za razdvajanje u blizini svakog mikrokola, tako da možemo promijeniti sloj u blizini mikrokola. Međutim, treba uzeti u obzir ukupnu dužinu segmenata koji se ne nalaze u sloju "trake". Grubo pravilo je da ukupna električna dužina ovih segmenata ne bi trebalo da prelazi jednu osminu vremena porasta. Ako na bilo kojem od ovih segmenata može doći do prevelike promjene u Z 0 (na primjer, kada se koriste ZIF utičnice ili druge vrste utičnica za mikro krugove), bolje je nastojati minimizirati ovu dužinu na jednu desetinu prednjeg vremena. Koristite gornje pravilo da odredite maksimalnu dozvoljenu ukupnu dužinu nestandardizovanih segmenata i pokušajte da je minimizirate unutar ovih granica što je više moguće.
Na osnovu toga, za signale sa vremenom porasta (prema dokumentaciji) od 2 ns, moramo mijenjati sloj ne dalje od 10 mm od centra mikrokola ili od centra podudarnog otpornika. Ovo pravilo je razvijeno uzimajući u obzir 4-struku marginu zbog činjenice da stvarno vrijeme uključivanja može biti znatno manje od maksimalnog prema dokumentaciji. Na otprilike istoj udaljenosti (ne više) od mjesta promjene sloja, trebao bi postojati barem jedan kondenzator za razdvajanje koji povezuje odgovarajuće tlo i planove napajanja. Takve male udaljenosti je teško postići s velikim IC-ovima, tako da postoje neki kompromisi u ožičenju modernih kola velike brzine. Međutim, ovo pravilo opravdava činjenicu da su mikro krugovi male veličine poželjniji u krugovima velike brzine i objašnjava činjenicu brzog razvoja BGA i flip-chip tehnologija, koje minimiziraju put signala od vodiča na ploči do mikro kola. čip.
Modeliranje i testiranje prototipova
Zbog brojnih opcija za mikro krugove i još više opcija za njihovu upotrebu, neki inženjeri će možda smatrati da ova praktična pravila nisu dovoljno točna, a drugi će ih smatrati preuveličanim, ali ovo je uloga "pravila od palca" - to je samo gruba aproksimacija koja omogućava intuitivno dizajniranje uređaja koji ispravno rade.
Sada sredstva kompjuterskog modeliranja postaju sve dostupnija i naprednija. Oni omogućavaju proračun integriteta signala, EMC parametara, ovisno o stvarnoj strukturi sloja i rutiranju signala. Naravno, njihova primjena će dati preciznije rezultate od naših grubih aproksimacija, pa preporučujemo korištenje kompjuterskih simulacija što je potpunije. Međutim, ne zaboravite da stvarno vrijeme uključivanja mikro krugova može biti znatno kraće nego što je navedeno u dokumentaciji, a to može dovesti do pogrešnih rezultata, pa se pobrinite da model izlaznih i ulaznih stupnjeva odgovara stvarnosti.
Sljedeći korak je testiranje prolaska kritičnog signala na prvoj "prototipnoj" štampanoj ploči pomoću visokofrekventnog osciloskopa. Uvjerite se da talasni oblik nije izobličen dok putuje preko PCB-a duž cijele dužine provodnika, i malo je vjerovatno da će samo pridržavanje gornjih pravila dati odličan rezultat prvi put, iako može biti prilično dobar. Upotreba RF analizatora elektromagnetnog polja ili analizatora spektra može biti još jedan način da se istraži integritet signala i problemi EMC-a na nivou “prototipa” PCB-a. Tehnike za takvu analizu nisu predmet ovog članka.
Čak i ako koristite složene simulacije kola, nemojte zanemariti integritet signala i EMC provjere na prvim prototipovima PCB-a.
Pružanje valnih impedancija u fazi proizvodnje PCB-a
Tipični PCB materijal FR4 ima dielektričnu konstantu (E r) od oko 3,8 ... 4,2 po GHz. Stvarne vrijednosti E r mogu varirati unutar ± 25%. Postoje materijali tipa FR4 za koje je vrijednost E r standardizirana i zagarantovana od strane dobavljača, i nisu mnogo skuplji od konvencionalnih materijala, ali proizvođači PCB-a nisu u obavezi da koriste “standardizirane” tipove FR4 osim ako nije posebno naznačeno u PCB-u. red.
Proizvođači PCB-a rade sa standardnim debljinama dielektrika ("prepregovi" i "laminati"), a njihova debljina u svakom sloju mora se odrediti prije nego što ploča krene u proizvodnju, uzimajući u obzir tolerancije debljine (oko ± 10%). Da biste dobili dati Z 0, za određenu debljinu dielektrika, možete odabrati odgovarajuću širinu vodiča. Za neke proizvođače potrebno je navesti stvarnu potrebnu širinu vodiča, za druge - s marginom za podrezivanje, koja može doseći 25-50 mikrona u odnosu na nominalnu širinu. Najbolja opcija je da se proizvođaču naznači koja je širina vodiča u kojim slojevima dizajnirana da osigura specificirani Z 0. U tom slučaju, proizvođač može podesiti širinu provodnika i strukturu sloja kako bi osigurao navedene parametre u skladu sa svojom tehnologijom proizvodnje. Uz to, proizvođač mjeri stvarnu karakterističnu impedanciju na svakom tvorničkom blanku i odbija ploče na kojima Z 0 ne spada u toleranciju od ± 10% ili preciznije.
Za signale iznad 1 GHz, možda će biti potrebno koristiti materijale više frekvencije sa boljom stabilnošću i drugim dielektričnim parametrima (kao što je Rogersov Duroid, itd.).
Književnost
1. Tehnike dizajna za EMC i integritet signala, Eur Ing Keith Armstrong.
2. IEC 61188-1-2: 1998 Štampane ploče i štampane ploče - Dizajn i upotreba. Dio 1-2: Generički zahtjevi - Kontrolisana impedansa, www.iec.ch.
3. Projektovanje višeslojnih štampanih ploča visoke složenosti. Seminar PCB tehnologija, 2006.
4.http: //library.espec.ws/books/chooseant/CHAPTER6/6-1.htm
5. Dizajn hardvera. Walt Kester.
1. Opšte odredbe
Kako bi se spriječili problemi sa elektrostatikom i šumom, moraju se poštovati određena pravila prilikom ožičenja štampane ploče. Najkritičnija tačka je zaključak C, jer spojen je na ugrađeno 3,3-voltno napajanje MK jezgre. Stoga bi kondenzator filtera trebao biti smješten što bliže terminalu.
Također biste trebali obratiti veliku pažnju na ožičenje napajanja i uzemljenja. Hranu dobavlja "zvezda". Preporučujemo postavljanje sloja zemlje na strani za montažu direktno ispod kućišta MK. Vodovi Vcc i Vss moraju imati samo jednu tačku veze s ostatkom kola kako bi se izbjegle smetnje na MC-u i iz MC-a. Filterski kondenzatori (DeCaps) trebaju biti smješteni što je moguće bliže njihovim odgovarajućim terminalima. Ako su previše udaljeni, prestaju obavljati svoju funkciju.
Kada koristite kvarcne rezonatore, treba ih postaviti što bliže Xn (A) terminalima.
Ako je moguće, filterski kondenzatori bi trebali biti smješteni sa strane MK montaže.
2 Ožičenje napajanja
Vcc i Vss sabirnice moraju biti spojene ne u daisy lanac, već u "zvijezdu". Za Vss, preporučuje se da je uzemljena ploča ispod MK tijela povezana u jednoj tački sa ostatkom kola.
U nastavku su dva primjera za dobro i loše ožičenje napajanja.
3 Filtriranje C izlaza
4 Filtriranje napajanja
Filterski kondenzatori (DeCaps) za strujna kola moraju biti smješteni na putanji struja napajanja, inače je njihova upotreba besmislena. Sljedeća slika objašnjava ovu izjavu:
5 Lokacija kvarcnog rezonatora i signalno ožičenje
Kvarc bi trebao biti smješten što bliže MK. Tako će kondenzatori generatora biti smješteni "iza" kvarca.
6 Dodatna dokumentacija
Za više detalja, pogledajte Napomena o primjeni 16-bit-EMC-Smjernice.
7 Lista zaključaka MK
U tabeli su prikazani zaključci MC koji su kritični za elektromagnetne interakcije i kratke informacije o njihovoj povezanosti.
| Ime izlaza | Funkcija izvršena |
| Vcc | |
| Vss | Glavno napajanje za I/O portove MK jezgre, pored ulaza internog 3.3V regulatora, pored kristalnog oscilatora |
| WITH | Eksterni kondenzator za izravnavanje za ugrađeni 3.3V regulator koji se koristi za napajanje MK jezgre. Imajte na umu - ovaj pin je glavni izvor smetnji. |
| AVcc * | ADC napajanje |
| AVss * | ADC napajanje |
| AVRL * | |
| AVRH * | Referentni naponski ulaz za ADC |
| DVcc *, HVcc * | Napajanje za PWM izlaze velike struje, koji nisu povezani na Vcc, mora biti spojeno na dodatno napajanje. |
| DVss *, HVss * | Napajanje za PWM izlaze velike struje, koje nije povezano na Vss, mora biti povezano na pomoćno napajanje. |
| X0, X0A * | Ulaz generatora. Ako se ne koristi, povežite preko otpornika na "+" napajanje ili masu (pogledajte DS). |
| X1, X1A * | Izlaz generatora. Kristal i kondenzator moraju biti povezani na najkraći put do pina X1. Ako se ne koristi, ostavite nepovezanim. |
* - možda nije prisutan u određenom MK
Malo o "grabljama" u dizajnu ploča.
Najčešća greška u ožičenju strujnih kola u mnogim izvedbama: kapaciteti blokiranja na "+" i "-" op-amp napajanja bacaju se na sloj zemlje daleko jedan od drugog, odnosno struja kola potrošnja op-amp teče duž sloja zemlje. Ovi kontejneri moraju biti postavljeni tako da razmak između tačaka njihovog pričvršćivanja za sloj zemlje bude minimalan. Visokofrekventne blokade - SMD kondenzatori veličine 1206 mogu se lako uklopiti ispod kućišta DIP-8, a uz određenu vještinu - čak i 1210. Naravno, površina rezultirajuće strujne petlje također bi trebala biti minimalna, to se podrazumijeva.
Otpornici u krugovima napajanja svakog IC-a uvelike pojednostavljuju ožičenje, jer služe kao kratkospojnici, i omogućavaju da se "+" i "-" napajanja spoje blizu jedno drugom, što je vrlo poželjno za smanjenje emisije signalnih/izlaznih struja od strane strujnih kola.
Postoji i uredan (ali dugotrajan) metod potiskivanja buke u zemlji bez eksplicitnog odvajanja tla, posebno koristan kada se koriste dvostrane ploče - maksimiziranje očuvanja čvrste ravni uzemljenja na jednoj strani (tj. efektivno jednoslojni raspored kola sa druge strane, sa minimumom "skakača"), pažljiva analiza kontura struja napajanja duž ove uzemljene ravni i pronalaženje ekvipotencijalnih tačaka, tj. tačke, razlika potencijala između kojih, kada struje koje teku duž "zemlje" u krugovima napajanja / opterećenja, ostaje blizu nule. Ove tačke se koriste kao signalne igle za uzemljenje. Pogled na konture strujnog toka, ako je potrebno, može se promijeniti uvođenjem dodatnih sekcija ili obrnuto, izradom skakača u dijelovima sloja zemlje koji su nastali prema uvjetima ožičenja.
Najdetaljnija studija o pitanjima topologije / strujnog toka, itd. je provedeno prilikom kreiranja metoda za projektovanje uređaja otpornih na EMP impulse koji nastaju eksplozijom nuklearnog oružja ili generatora EMP impulsa. Nažalost, publikacije na ovu temu su raštrkane, a osim toga često su i dalje "pod naslovom". Skenirao sam jedan od ilustrativnih članaka, ali ga ne mogu priložiti ovdje - odabrano je ograničenje broja priloga.
O dizajnu PCB-a.
Odmah treba napomenuti da se ponekad nailazi na jednostavan pristup - "što više slojeva, to bolje" - ne radi za čisto analogna (i djelomično za digitalna) kola. Previše je zbunjujućih faktora.
Jednoslojni/dvoslojni PCB na getinax/fiberglasu bez metalizacije rupa su trenutno adekvatni samo za vrlo jednostavne uređaje u velikoj (>> 10000) seriji. Glavni nedostaci su niska pouzdanost u teškim uslovima rada (zbog raslojavanja kontaktnih pločica/provodnika tokom mehaničkih vibracija i termičkih ciklusa, sakupljanja vlage/fluksa kroz zidove rupa), kao i složenost (i visoke cijene) kvaliteta raspored svih složenih kola. Gustoća ugradnje je mala (obično ne više od 3 ... 4 igle po kvadratnom centimetru ukupne površine ploče). Prednost - ekstremna jednostavnost i niska cijena u proizvodnji (sa velikim količinama i standardima dizajna od 0,38 mm - manje od 0,3 $ / m2) zbog odsustva metalizacije i mogućnosti zamjene bušenja rupa probijanjem .
Zahtjevi za povećanjem gustine montaže uz održavanje pouzdanosti u proizvodnji BGA paketa i prijenosne opreme doveli su do razvoja microvia tehnologije, kada se pored konvencionalnih (prolaznih) spojeva, na jednoj ili obje strane ploče formiraju slijepe rupe. (obično laserom) na donjem sloju, metaliziran u jednom ciklusu sa metalizacijom prolaznih rupa. Veličina kontaktne površine za takav prijelaz (0,2 ... 0,3 mm) je mnogo manja nego za prolaznu rupu; usmjeravanje u preostalim slojevima nije poremećeno. Osim toga, u nekim slučajevima mikrovia se može postaviti na kontaktnu podlogu SMD elementa bez rizika da vidljivi dio lema napusti rupu zbog svoje male veličine i dubine (ne više od 0,1 ... 0,15 mm). Ovo uvelike povećava gustinu ožičenja, jer Obični spojevi na jastučićima SMD elemenata se po pravilu ne mogu postaviti. Microvia se može formirati iu unutrašnjim slojevima, ali je to znatno teže i skuplje za proizvodnju.
Nekoliko riječi o debljini premaza bakra i ploča. Glavni dio ploča izrađen je od materijala debljine folije 35, 18 i 9 mikrona, dok se prilikom metalizacije rupa na vanjskim slojevima dodaje još 15-25 mikrona bakra (trebalo bi biti ~20 mikrona u rupama). Ploče sa standardima dizajna od 0,127 i manje, u pravilu se izrađuju na materijalu debljine folije od ~ 9 mikrona (što je folija tanja, to je manje izobličenja u obliku uzorka zbog bočnog podrezivanja vodiča). Nema potrebe da brinete o „malosti bakrenog preseka“; Zbog dobrog hlađenja, štampani provodnici dozvoljavaju mnogo veće gustine struje (~ 100 A / sq. mm) od žice za montažu (3 ... 10 A / sq. mm). Konačna debljina u vanjskim slojevima zbog taloženja bakra tokom metalizacije rupa, naravno, ispada veća od one originalne folije. Otpor ravnih provodnika zavisi od njihove geometrije u smislu jednostavnog zakona: otpor kvadrata x broj kvadrata. Otpor kvadrata ne ovisi o njegovoj apsolutnoj veličini, već samo o debljini i vodljivosti materijala. Odnosno, otpor provodnika širine 0,25 mm i dužine 10 mm (tj. 40 kvadrata) je isti kao kod širine 2,5 i dužine 100. Za bakarnu foliju od 35 µm to je oko 0,0005 Ohm/kvadrat. Na industrijskim pločama, kada se rupe metaliziraju, na foliju se nadogradi dodatni sloj bakra, tako da otpor kvadrata opada za još 20 posto u odnosu na gore navedeno. Servisiranje, čak i "masno", ima malo utjecaja na otpor, njegova svrha je povećati toplinski kapacitet vodiča kako ne bi izgorjeli od kratkotrajne udarne struje. Primjenom korekcije fotomaske (tj. uvođenjem korekcija za grmlje) i anizotropnog jetkanja proizvođači uspijevaju osigurati proizvodnju ploča s početnom debljinom folije do 30-40% standarda dizajna, tj. kada se koristi najdeblja folija od 105 mikrona (i uzimajući u obzir taloženje bakra - negdje između 125-130 mikrona), standardi dizajna mogu biti od 0,3 ... 0,35 mm.
Značajnije ograničenje za strujne krugove je da dozvoljena struja koja prolazi kroz prolaz ovisi uglavnom o njegovom promjeru, budući da je debljina metalizacije u njemu mala (15 ... 25 mikrona) i, u pravilu, ne ovisi o debljini od folije... Za rupu prečnika 0,5 mm sa debljinom ploče od 1,5 mm, dozvoljena struja je oko 0,4 A, za 1 mm - oko 0,75 A. postavljanje u redosledu "šahovnica" ili "saće" - na vrhovima mreža šesterokuta. Umnožavanje vias-a također daje dobitak u pouzdanosti, stoga se često koristi u kritičnim krugovima (uključujući signalne) pri razvoju opreme za posebno kritične aplikacije (na primjer, sistemi za održavanje života).
Premazi provodnika ploča su izolacijski i/ili zaštitni. "Maska za lemljenje" je zaštitni izolacijski premaz u kojem se formiraju prozori na kontaktnim jastučićima. Provodnici mogu biti ostavljeni od bakra, ili prekriveni metalnim slojem koji ih štiti od korozije (kalaj/lem, nikl, zlato itd.). Svaka vrsta premaza ima prednosti i nedostatke. Premazi su tankoslojni, debljine frakcija mikrona (obično hemijski) i debeloslojni (galvanski, vruće kalajisanje). Najbolje je nanositi masku za lemljenje na goli bakarni ili tankoslojni premaz, kada se nanese na kalajisane tragove, ne drži se dobro i prilikom lemljenja se javlja kapilarni efekat - zalivanje lema / kidanje maske. Pozlaćenje može biti oba tipa, hemijsko (tanko) i galvansko (zahteva električno povezivanje vodiča, na primjer, na konektoru). U masovnoj proizvodnji popularna je i opcija premazivanja kontaktnih jastučića ploča od čistog bakra (nekalajisana) lakom sličnim fluksu (organski premaz). Izbor vrste premaza ovisi o tehnologiji ugradnje i vrsti dijelova. Za ručnu ugradnju (i automatsku za dijelove standardne veličine 0805 i veće), u ogromnoj većini slučajeva, najbolja opcija je kalajisanje na vrućoj ploči (HASL) s bakrenom maskom. Za manje dijelove i automatsku montažu, ako ne postoji zahtjev za posebno malim curenjem na ploči, jedna od najboljih opcija je hemijsko (uranjajuće) zlato (Flash Gold) ili potapajući lim. Hemijsko zlato košta u normalnom svijetu vrlo jeftino, koliko i vruće kalajisanje, a istovremeno obezbjeđuje savršeno ravna sjedišta za elemente, bez izbočina od lemljenja. Međutim, kada se proizvode ploče u Ruskoj Federaciji, često je bolje naručiti premaz ne potopljenim zlatom, već kalajem - njegova rješenja ne štede toliko. Prilikom lemljenja ploča s tankim premazima, uključujući Flash Gold, one se moraju brzo zalemiti i/ili napuniti neutralnim fluksom kako bi se izbjegla oksidacija bakra kroz pore premaza, a pri automatskom lemljenju također je preporučljivo koristiti okruženje neutralnog plina. (azot, freon).
Ispod je priložena najrazumljivija (po mom mišljenju) literatura o ovom pitanju, kao i primjer dvoslojne kompjuterske ploče za mjerač mikro profila (profilometar) koju sam razvio prije 10-ak godina, u kojoj mjere za osiguranje kvalitet topologije se primjenjuje bez fanatizma, samo djelomično. Međutim, i to se pokazalo dovoljnim da se obezbijedi rezolucija od nekoliko atoma bez ikakve zaštite, u radnom PC-u sa svojom bukom (i vlastitom jedinicom za napajanje - upravljanje kolektorskim motorom), višestruko premašujući zahtjeve TK ( Korišćena operativna pojačala su samo TL084 / LM324). Uređaj se proizvodio do nedavno i bio je jedini profilometar 1. klase tačnosti u Ruskoj Federaciji.
Korisnik foruma: sia_2
