هنگام طراحی بردهای مدار چاپی با بهینه سازی هزینه، تعدادی از مسائل کلیدی مطرح می شود. اگرچه هدف اولیه ممکن است طراحی PCB تا حد امکان کوچک باشد، ممکن است ارزان ترین راه حل برای کل سیستم نباشد. کاهش اندازه PCB با افزایش تعداد لایه های PCB امکان پذیر است که به نوبه خود مشکلات EMC را معرفی می کند که می تواند منجر به هزینه های کلان پروژه شود.
تداخل الکترومغناطیسی، EMI یا سازگاری الکترومغناطیسی، EMC یک عامل کلیدی در طراحی PCB است. اطمینان از سازگاری الکترومغناطیسی دستگاه به‌عنوان یک کل می‌تواند فرآیندی بسیار پرهزینه باشد، اگر طراح در طراحی و ساخت بردهای مدار چاپی گوشه‌هایی را بریده باشد، بنابراین برخی از رویکردهای کاهش هزینه باید در همان ابتدا کنار گذاشته شوند. اگر قطعات با EMI تعامل داشته باشند یا EMI منتشر کنند، برای برآورده کردن الزامات EMC در مرحله آزمایش، به هزینه های بالایی نیاز دارد.
در حالی که یک برد چهار لایه به عنوان تعادل بهینه حفاظت EMI و مسیریابی برد در نظر گرفته می شود، اغلب می توان یک برد دو لایه با همان مشخصات با استفاده از ابزارهای مسیریابی PCB رایگان طراحی کرد. PCB DesignSpark. این کاهش قابل توجهی در هزینه ساخت برد مدار چاپی بدون تأثیر بر روند آزمایشات در آینده فراهم می کند.
مسیرهای بازگشت سیگنال سخت ترین مشکل در مسیریابی PCB است. ردیابی زمین برگشتی در زیر هر ردی مرتبط با پین سیگنال میکروکنترلر بسیار دشوار است، اما این دقیقاً همان چیزی است که یک برد چهار لایه با یک لایه زمین فراهم می کند. مهم نیست ردها کجا می روند، همیشه یک مسیر سیگنال بازگشت به زمین در زیر آنها وجود دارد.
نزدیکترین لایه به لایه زمین از نظر مشخصات در یک تخته دو لایه، شبکه زمین است که انتشار تداخل الکترومغناطیسی از مسیرهای سیگنال را کاهش می دهد. کاهش مساحت حلقه با مسیریابی مسیر برگشت در زیر رد سیگنال کارآمدترین راه برای حل این مشکل است و ایجاد شبکه زمین مهمترین مرحله (پس از برنامه ریزی چیدمان) در مسیریابی PCB است.
تولید شبکه یک سطح ایجاد می کند
تولید شبکه یک تکنیک کلیدی برای دستیابی به EMC در بردهای دو لایه است. بسیار شبیه شبکه برق، شبکه ای از اتصالات مستطیلی بین هادی های زمینی است. در واقع، این یک صفحه زمینی ایجاد می کند که همان کاهش EMI را به عنوان یک برد 4 لایه ارائه می دهد و به طور موثر صفحه زمین مورد استفاده در یک تخته 4 لایه را برای بهبود EMC تقلید می کند، یک مسیر بازگشت به زمین در زیر هر رد سیگنال ایجاد می کند و باعث کاهش می شود. امپدانس بین میکروکنترلر و تنظیم کننده ولتاژ
تولید شبکه با گسترش ردپای زمین و ایجاد شکل های مسطح رسانای زمین به منظور ایجاد شبکه ای از اتصالات زمین در سراسر سطح PCB انجام می شود. به عنوان مثال، اگر یک PCB عمدتاً دارای ردپای لایه بالایی باشد که به صورت عمودی اجرا می شود و ردیابی لایه پایینی عمدتاً افقی است، این قبلاً شرایط را برای مسیریابی مسیرهای بازگشت به زمین تحت ردیابی سیگنال بدتر می کند که معمولاً در دو مرحله انجام می شود:
- ابتدا تمام هادی های زمین به منظور اشغال بزرگترین فضای روی برد مدار چاپی منبسط می شوند.
- سپس تمام فضای آزاد باقی مانده با یک سطح زمین پر می شود.
هدف از این رویکرد ایجاد یک شبکه بزرگ تا حد امکان بر روی یک برد مدار چاپی دو لایه است. تغییرات کوچک در چیدمان PCB ممکن است به اتصالات اضافی اجازه دهد تا مساحت شبکه زمین را افزایش دهد.
منطقه بندی PCB
منطقه بندی PCB تکنیک دیگری است که می تواند برای کاهش نویز PCB و EMI و در نتیجه کاهش نیاز به لایه های PCB اضافی استفاده شود. این تکنیک همان معنای اصلی برنامه ریزی قرار دادن کامپوننت را دارد، که فرآیند مکان یابی اجزا بر روی یک تخته خالی قبل از مسیریابی ردیابی است. پهنه بندی PCB یک فرآیند کمی پیچیده تر برای قرار دادن عملکردهای مشابه در یک منطقه PCB است، به جای مخلوط کردن اجزای عملکردی متفاوت با یکدیگر. منطق پرسرعت، از جمله میکروکنترلرها، تا حد امکان نزدیک به مدارهای قدرت، قطعات کندتر بیشتر و قطعات آنالوگ دورتر قرار می گیرند. این رویکرد به طور قابل توجهی بر EMC برد مدار چاپی تأثیر می گذارد.
با این آرایش، منطق پرسرعت تاثیر کمتری بر هادی سیگنال های دیگر دارد. بسیار مهم است که حلقه کریستالی دور از مدارهای آنالوگ، سیگنال های سرعت پایین و کانکتورها قرار گیرد. این قانون در مورد بردهای مدار چاپی و همچنین در مورد قرار دادن قطعات در داخل دستگاه اعمال می شود. از چیدمان هایی که بسته های کابل در اطراف یک تشدید کننده یا میکروکنترلر قرار می گیرند باید اجتناب شود، زیرا این کابل ها نویز را دریافت کرده و آن را به همه جا منتقل می کنند. بنابراین در حین منطقه بندی، محل قرارگیری کانکتورها روی برد مدار چاپی نیز مشخص می شود.
ابزار توسعه PCB
ابزارهای توسعه زیادی برای پشتیبانی از طراحی با در نظر گرفتن بهینه سازی EMC وجود دارد. یکی از این وسایل PCB DesignSpark آخرین نسخه ای است که از بررسی قوانین طراحی (DRC) در هنگام مسیریابی پشتیبانی می کند، نه زمانی که بررسی پس از تکمیل مسیریابی انجام می شود. این به ویژه هنگام بهینه سازی PCB برای هزینه مفید است، زیرا هر گونه تضاد یا خطا بلافاصله علامت داده می شود و قابل حل است. البته این بررسی ها به کامل بودن اطلاعات ارائه شده توسط طراح بستگی دارد، اما این رویکرد به شما اجازه می دهد تا روند مسیریابی را سرعت بخشیده و در نتیجه زمان را برای مسائل مهم دیگر آزاد کنید.
نسخه 5 بررسی قوانین طراحی آنلاین PCB DesignSpark هر مؤلفه ای را که در نتیجه عملیات ویرایش تعاملی اضافه شده و جابجا شده است، بررسی می کند. به عنوان مثال، تمام سیم های متصل به یک جزء جابجا شده و تمام سیم های اضافه شده در طول مسیریابی دستی بررسی می شوند.
نسخه 5 همچنین پشتیبانی اتوبوس را اضافه کرده است تا ردیابی ها به راحتی با هم گروه بندی و مسیریابی شوند. به جای ترسیم تمام اتصالات در یک طرح و اتصال آنها به هر پایه، طراح می تواند با افزودن اتصالات پین جزء به گذرگاهی که سیگنال از آن عبور می کند، طرحی با درهم ریختگی کمتر با باس ها ایجاد کند.
شکل 1: افزودن باسبار به نسخه 5 PCB DesignSpark
لاستیک ها می توانند باز یا بسته باشند. یک گذرگاه بسته مجموعه ای از نام های سیم از پیش تعریف شده برای یک گذرگاه معین است، و تنها آن سیم ها می توانند به یک گذرگاه معین متصل شوند، در حالی که یک گذرگاه باز می تواند شامل هر سیمی باشد.
در حالی که این ویژگی ها هنگام مسیریابی باسبارها منطقی هستند، اما می توان از آنها برای مسیریابی سایر ردیابی ها روی PCB استفاده کرد. این توانایی برای استفاده از شینه ها در مدارها می تواند با گروه بندی چند هادی ساطع کننده EMI همراه با هادی های برگشت زمین اطرافشان و در نتیجه کاهش EMI روی برد در حال طراحی، به ساده تر و واضح تر شدن طراحی کمک کند. یک قانون سرانگشتی خوب این است که هرگز ردهای منتشر کننده EMI را در قسمت بیرونی برد اجرا نکنید، که ممکن است برای بردهای کوچک دولایه مشکل باشد. دور نگه داشتن مدارهای بدون EMI از مکان هایی مانند کانکتورها، مدارهای تشدید کننده، رله ها، درایورهای رله، جایی که می توان EMI را در آن مدارها القا کرد، به بهبود سازگاری الکترومغناطیسی نیز کمک می کند.
نتیجه
طراحی یک PCB با سادگی مورد نیاز برای کاهش هزینه شاید بیشتر از بهره برداری از غنای یک برد چند لایه چالش برانگیز باشد.
برخی از مشکلات EMC را می توان با استفاده از خازن های کوپلینگ و دانه های فریت برای سرکوب هرگونه سیگنالی که ممکن است منتشر شود حل کرد، اما این امر به طراحی پیچیدگی می بخشد و هزینه تولید را افزایش می دهد. در حالی که مشکلات EMI و EMC را می توان با قوانین طراحی صحیح با استفاده از ملاحظات منطقه بندی و تداخل به حداقل رساند، تولید برق و شبکه زمین می تواند همان سطح محافظ را در یک برد دو لایه فراهم کند که در طراحی چهار یا شش لایه امکان پذیر است. این نه تنها هزینه ساخت برد را کاهش می دهد، بلکه قابلیت اطمینان و عملکرد از جمله سازگاری الکترومغناطیسی را بهبود می بخشد، بنابراین هزینه چرخه عمر تجهیزات را کاهش می دهد.
حاشیه سود در لوازم الکترونیکی مصرفی کم است و تولیدکنندگان سعی می کنند هزینه های محصول را پایین نگه دارند تا رقابتی باقی بمانند. به همین دلیل، طراحان را ملزم به استفاده از بردهای مدار چاپی (PCB) و قطعات ارزان قیمت و در عین حال حفظ عملکرد مطلوب دستگاه ها می کنند. سازندگان بر این باورند که اطمینان از سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) در طراحی PCB و استفاده از اجزای EMC بالا، لوکسی است که آنها نمی توانند از عهده آن برآیند.
بسیاری بر این باورند که مشکلات EMC را می توان در پایان چرخه توسعه با اجزای اضافی سرکوب EMI حل کرد. همیشه واضح نیست که هزینه چنین اصلاحاتی در مراحل نهایی توسعه چندین برابر هزینه های تضمین سازگاری الکترومغناطیسی در مراحل اولیه طراحی هنگام ایجاد PCB باشد. بنابراین تمایل به کاهش هزینه مواد و قطعات در واقع منجر به افزایش قابل توجه قیمت تمام شده محصول خواهد شد.
برای طراحی PCB با سطح نویز کم و حداقل حساسیت به تداخل، اولاً باید مدار زمین را به درستی سازماندهی کرد و ثانیاً برد مدار چاپی را به درستی مرتب کرد. برای هر PW مطلوب است که حداقل امپدانس زمین برای اطمینان از جریان کارآمد در هنگام تداخل داشته باشد. از سوی دیگر، این یک چیدمان شایسته است که پیش نیاز ایجاد یک برد مدار چاپی خوب است. مسیریابی مناسب نه تنها امپدانس هادی ها را کاهش می دهد، بلکه از جفت شدن امپدانس رایج نیز جلوگیری می کند.
PCB فرکانس بالا: مدارهای دیجیتال و نویز
مدارهای مجتمع دیجیتال (IC) حاوی گیت های منطقی منبع نویز گذرا به دلیل تاخیر در خاموش شدن ترانزیستور هستند. هر بار که گیت منطقی تغییر حالت می دهد، یک پالس کوتاه جریان از طریق ترانزیستورهای مکمل مرحله خروجی جریان می یابد. اندوکتانس ردپای زمین اجازه نمی دهد جریان به طور ناگهانی تغییر کند، که منجر به افزایش ولتاژ می شود.
برای کاهش اثر چنین تداخلی، تمام مدارهای دیجیتال باید دارای حداقل امپدانس زمین باشند. علاوه بر این، یک قطعه جداکننده باید در کنار هر تراشه منطقی نصب شود، که تضمین می کند که حلقه جریان پالسی به منبع تغذیه Vcc منتشر نمی شود.
امپدانس زمین را می توان به روش های مختلفی کاهش داد: با کاهش اندوکتانس ردیابی رسانا، با کاهش مساحت حلقه های جریان، و با کاهش طول آثار حامل جریان. این را می توان تا حدی با جدا کردن اجزای واقع در نزدیکی هر تراشه منطقی انجام داد.
کاهش اندوکتانس هادی های زمین
اندوکتانس یک هادی با طول آن نسبت مستقیم دارد. بنابراین لازم است طول مسیرهایی که جریان های پالسی در آن جریان دارند کاهش یابد. کاهش اضافی در اندوکتانس نیز با افزایش عرض مسیرهای قدرت امکان پذیر است. متأسفانه، اندوکتانس با عرض مسیر نسبت معکوس دارد و این رویکرد چندان کارآمد نیست. در نتیجه، این طول مسیر است که مهمترین عامل از نظر اطمینان از حداقل اندوکتانس است.
اگر از اندوکتانس متقابل غفلت کنیم، اندوکتانس معادل دو مسیر موازی یکسان نصف خواهد شد. در مورد چهار مسیر موازی، اندوکتانس معادل چهار برابر کمتر خواهد بود. با این حال، محدودیتی برای استفاده از این روش وجود دارد. واقعیت این است که اگر آهنگ ها به یکدیگر نزدیک باشند، اندوکتانس متقابل به خود القایی نزدیک می شود و اندوکتانس معادل کاهش نمی یابد. با این حال، اگر ردیابی ها دو برابر عرضشان فاصله داشته باشند، می توان 25 درصد کاهش در اندوکتانس به دست آورد.
بنابراین، در یک مدار فرکانس بالا، باید تا حد امکان مسیرهای موازی جایگزین برای جریان جریان های زمین فراهم کنید. اگر تعداد رساناها به طور نامحدود افزایش یابد، در نهایت به لایه ای از زمین جامد خواهیم رسید. استفاده از یک لایه زمین جداگانه در تخته های چند لایه به شما امکان می دهد تعداد زیادی از مشکلات را به طور همزمان حل کنید.
اگر در مورد تخته دو لایه صحبت می کنیم، با اجرای زمین به شکل شبکه می توان به نتیجه قابل قبولی دست یافت (شکل 1). در این حالت، بهترین گزینه زمانی خواهد بود که مسیر زمین از زیر هر ریز مدار در تمام طول آن عبور کند. استفاده از فاصله شبکه عمودی برابر با طول آی سی مجاز است. ردپای عمودی و افقی می تواند در طرف مقابل تخته باشد، اما باید در گره های شبکه با استفاده از vias متصل شود.
برنج. 1. زمین به صورت شبکه ای ساخته شده است
معلوم شد که اگر در یک برد مدار چاپی دو طرفه معمولی با 15 ریز مدار، زمین به شکل شبکه ساخته شود، صدای زمین ده برابر کاهش می یابد. بنابراین تمام بردهای مدار چاپی دولایه با آی سی دیجیتال باید از چنین راه حلی استفاده کنند.
کاهش مساحت حلقه های جریان
روش دیگر برای کاهش اندوکتانس، کاهش مساحت حلقه های جریان است. یک برد مدار چاپی با یک حلقه باز بزرگ (شکل 2 الف) یک مولد نویز موثر است. علاوه بر این، خود مدار نیز به میدان های مغناطیسی خارجی حساس خواهد بود.
مدار قدرت متشکل از دو ردپای موازی یکسان - رد منبع تغذیه Vcc و ردپای زمین GND - را در نظر بگیرید که در آن جریان ها در جهت مخالف جریان می یابند. اندوکتانس کل آنها (Lt) با استفاده از فرمول 1 محاسبه می شود:
Lt = 2 (L - M) (1)
که در آن L اندوکتانس هر مسیر و M اندوکتانس متقابل است.
اگر ردهای Vcc و زمین را نزدیک به هم قرار دهید، اندوکتانس متقابل حداکثر خواهد بود و اندوکتانس مؤثر تقریباً نصف می شود. در حالت ایده آل، در PCB، رد Vcc باید موازی با ردیابی زمین باشد. این امر مساحت حلقه جریان را کاهش می دهد و به حل مشکلات مربوط به تولید نویز و حساسیت به تداخل کمک می کند.
روی انجیر شکل 2a یک طرح ناموفق از برد مدار چاپی را نشان می دهد و در شکل. 2b یک نسخه بهبود یافته را نشان می دهد. در آن، با کاهش مساحت مدار، کاهش طول مسیر و افزایش اندوکتانس متقابل امکان پذیر شد که امکان دستیابی به کاهش انتشار و حساسیت به تداخل را فراهم کرد.
جداسازی خازن ها
روی انجیر 3 و قدرت Vcc و ردپای زمین نزدیک به هم هستند. با این حال، مسیر جریان پالسی که در منبع تغذیه شروع و به پایان می رسد، یک حلقه بزرگ (منطقه سبز رنگ در شکل) را تشکیل می دهد که می تواند تداخل الکترومغناطیسی ایجاد کند. اگر یک خازن سرامیکی جداکننده Cc، متصل بین مدارهای Vcc و زمین، در کنار هر IC قرار گیرد، به عنوان یک عنصر بافر برای تامین برق IC در طول زمان سوئیچینگ عمل می کند و در نتیجه حلقه جریان جریان را کاهش می دهد.
برنج. 3. خازن جداسازی
در حالت ایده آل، خازن جداسازی باید حدود 1 نانوفاتر باشد. خازن های سرامیکی باید استفاده شوند زیرا می توانند شارژ را با سرعت بسیار بالایی تخلیه کنند. جریان تخلیه بالا و خود القایی کم آنها را برای کاربردهای جداسازی برق ایده آل می کند.
کوپلینگ امپدانس در بردهای مدار چاپی
روی انجیر شکل 4 نمونه ای از کوپلینگ امپدانس را در هنگام استفاده از ریل های برق و زمین مشترک نشان می دهد. در این مدار، تقویت کننده آنالوگ قدرت و ریل زمین را با گیت منطقی به اشتراک می گذارد. امپدانس های مسیر به صورت عناصر توده ای (Zg و Zs) نشان داده می شوند. در فرکانس های بالاتر، امپدانس تراک ها چندین برابر افزایش می یابد. این نه تنها به دلیل افزایش جزء القایی است، بلکه به دلیل افزایش مقاومت ناشی از اثر پوست است.
برنج. 4. کوپلینگ امپدانس مشترک
همانطور که قبلا دیدیم، هر زمان که گیت منطقی سوئیچ می شود، یک افزایش ولتاژ رخ می دهد. بخشی از امپدانس زمین (Zg3) هم برای تقویت کننده و هم در گیت منطقی مشترک است، بنابراین تقویت کننده این پالس ولتاژ را به صورت نویز در مدار قدرت می بیند. این نویز می تواند مستقیماً از طریق ورودی برق یا از طریق امپدانس مشترک Zg3 به مدار تقویت کننده منتقل شود. در نتیجه نویز مستقیماً در ورودی تقویت کننده ظاهر می شود. برای کاهش کوپلینگ امپدانس کلی، یا مقدار امپدانس کلی را کاهش دهید یا به طور کامل از شر آن خلاص شوید.
امپدانس مشترک را حذف کنید
امپدانس مشترک را می توان با اتصال ستاره مدارهای برق مدارهای مختلف همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است حذف کرد. برای انجام این کار، لازم است مدارها را بسته به سطح نویز و حساسیت آنها به تداخل گروه بندی کنیم. در هر گروه می توان از اتوبوس های معمولی استفاده کرد، اما خطوط برق گروه های جداگانه در یک نقطه به هم متصل می شوند. چنین ارتباطی ترکیبی نامیده می شود. رویکرد دوم استفاده از منابع تغذیه جداگانه برای هر گروه از مدارها است که جداسازی بین مدارها را بیشتر بهبود می بخشد.
برنج. 5. اتصال در یک نقطه
همانطور که در بالا ذکر شد، زنجیره ها متفاوت هستند: بخش دیجیتال. قسمت آنالوگ؛ بخش قدرت؛ بخش رابط تمام این قسمت های مدار در صورت امکان از نظر فضایی ضروری هستند. در غیر این صورت، "معجزه" ممکن است رخ دهد. بنابراین، برای مثال، اگر دستگاه شما یک صفحه لمسی داشته باشد (خازن توسط یک بستر مسی روی برد کشیده شده است)، و یک مبدل منبع تغذیه سوئیچینگ را در کنار آن قرار دهید، پیکاپ ها منجر به مثبت کاذب می شوند. مثال دیگر: قرار دادن یک قطعه برق مانند رله در نزدیکی قطعه دیجیتال یا آنالوگ می تواند در بدترین حالت با ایجاد پتانسیل بالای 5 ولت روی پین به قسمت های داخلی میکروکنترلر آسیب برساند و مثبت کاذب بدهد (در بخش دیجیتال) یا قرائت های نادرست (در قسمت آنالوگ)، با این حال، اگر وضوح ADC از 10 بیت تجاوز نکند، نمی توان زمینه ها را جدا کرد، زیرا تأثیر معمولاً حداقل است.
با "متفاوت" کردن زمین ها، تاثیر اینها بر یکدیگر را کاهش می دهید. چه چیزی باید توسط کشت زمین هدایت شود؟
با به حداکثر رساندن مساحت زمین بر روی PCB، اندوکتانس آن به حداقل می رسد که به نوبه خود منجر به کاهش تابش می شود. بعلاوه، افزایش مساحت، مصونیت نویز برد مدار چاپی را افزایش می دهد. دو راه برای افزایش مساحت وجود دارد: تخته را کاملاً پر کنید یا آن را به صورت شبکه ای بسازید.
پر کردن کامل به شما امکان می دهد کمترین امپدانس را به دست آورید - این یک سیستم زمین "ایده آل" است (شبکه کمی بدتر است).
با این حال، در تخته های یک منطقه بزرگ، یک پر کردن جامد با یک چند ضلعی خاکی می تواند. چند ضلعی باید در هر دو طرف تخته تا حد امکان یکنواخت قرار گیرد. با استفاده از گرید باید گام آن را کنترل کرد: .
چند ضلعی روی بردهای چند لایه باید در چندین مکان به هم متصل شوند، در زیر "قفس فارادی" در طراحی برد مدار چاپی آمده است. این تکنیک در فرکانس های گیگاهرتز استفاده می شود.
اگر زمین به عنوان یک مسیر ساده هدایت شود، توصیه می شود که خط برق در طرف مقابل تخته هدایت شود. در مورد تخته چند لایه، زمین و خطوط برق نیز بر روی لایه های مختلف قرار دارند.
مقاومت رساناها به فرکانس نیز بستگی دارد (شکل 2 را ببینید). ). هرچه فرکانس بیشتر باشد، مقاومت ردیابی/زمین بیشتر است. بنابراین، برای مثال، اگر در 100 هرتز مقاومت زمین 574 µOhm باشد، و مسیر سیگنال (عرض 1 میلی‌متر، طول 10 میلی‌متر، ضخامت 35 میکرومتر) 5.74 میلی‌آمتر باشد، در فرکانس 1 هرتز آنها مقادیر را خواهند گرفت. 11.6 میلی اهم و 43.7 اهم. همانطور که می بینید، تفاوت بسیار زیاد است. علاوه بر این، خود برد شروع به تابش می کند، به خصوص در مکان هایی که سیم ها به برد متصل می شوند.
ما "زمین" را از یک دیدگاه کلی بررسی کردیم، اما با رفتن به جزئیات، باید در مورد زمین به اصطلاح "سیگنال" بحث کنیم، که در آن:
الف) اتصال تک نقطه ای (تک نقطه ای) - توپولوژی نامطلوب از نظر نویز. به دلیل اتصال سری، امپدانس زمین افزایش می یابد که منجر به مشکلاتی در فرکانس های بالا می شود. محدوده مجاز برای این توپولوژی 1 هرتز تا 10 مگاهرتز است، تا زمانی که طولانی ترین ردپای زمین از 1/20 طول موج تجاوز نکند.
ب) اتصال چند نقطه ای امپدانس بسیار کمتری دارد - در مدارهای دیجیتال و در فرکانس های بالا توصیه می شود. اتصالات باید تا حد امکان کوتاه باشند تا مقاومت به حداقل برسد. در مدارهایی با فرکانس پایین، این توپولوژی بهترین انتخاب نیست. اگر برد دارای قسمت LF و HF باشد، HF باید نزدیک‌تر به زمین و LF نزدیک‌تر به خط برق قرار گیرد.
ج) اتصال هیبریدی - توصیه می شود در صورت وجود قطعات مختلف بر روی یک برد مدار چاپی استفاده شود: قطعه دیجیتال، آنالوگ یا برق. آنها در فرکانس های مختلف کار می کنند و برای دقت و پایداری بیشتر دستگاه نباید مخلوط شوند.
مثال تقسیم اراضی:
در مورد ما (تقریباً) فقط یک بخش وجود دارد - دیجیتال. روی برد کانکتورهایی وجود خواهد داشت، اما جریان های عبوری از آنها ناچیز است (برنامه نویس، خروجی UART برای ماژول Wi-Fi) و نباید بر عملکرد دستگاه تأثیر بگذارد. علیرغم این واقعیت که فرکانس ساعت میکروکنترلر 24 مگاهرتز است، تمام تجهیزات جانبی که با آنها متصل است در فرکانس های قابل توجهی کمتر از 10 مگاهرتز کار می کنند (به استثنای ماژول Wi-Fi که دارای فرکانس 2.4 گیگاهرتز است). به عبارت دیگر، یک اتصال تک نقطه ای می تواند در دستگاه ما استفاده شود، اما یک سیستم چند نقطه ای نیز کار خواهد کرد. همچنین توصیه می شود که چند ضلعی در زیر تمام مدارهای فرکانس بالا غیر تابشی قرار گیرد (مانند میکروکنترلر ما، اما بعداً در مورد آن صحبت خواهیم کرد).
با استفاده از پر کردن کامل برای چند ضلعی زمین، ارزش برداشتن مس زیر ماژول Wi-Fi را دارد - این از محافظت از تابش آن جلوگیری می کند.
تمام بخش های مس ایزوله شده (مس مرده انگلیسی) باید برداشته شوند، زیرا در RF شروع به تابش می کنند و با خطوط سیگنال تداخل می کنند. پتانسیل در چنین مناطقی با زمین متفاوت است و نامطلوب است.
علاوه بر زمین / چند ضلعی، مسیرهای دیگری نیز روی تابلو وجود دارد - مسیرهای سیگنال. یک سیگنال ساعت می تواند از آنها عبور کند (به عنوان مثال، خط SCK تراشه MAX7219) یا داده ها می تواند منتقل شود (UART RX و TX را از ماژول Wi-Fi ردیابی می کند). سیم کشی آنها شغل کمتری مسئولیت پذیر نیست - باید چند قانون را بدانید. اول، برای به حداقل رساندن تداخل از یک هادی به هادی دیگر، فاصله بین آنها باید حفظ شود.
برای سیگنال های ساعت، و همچنین خطوط صوتی و تصویری، و خطوط تنظیم مجدد، توصیه می شود حداقل دو عرض مسیر در طرفین باقی بماند. در موارد بخصوص بحرانی، آنها سعی می کنند از عبور از مسیرهای طرف مقابل تخته اجتناب کنند.
مطمئناً شما قبلاً تخته های مدار چاپی دستگاه های مختلف را دیده اید - و متوجه شده اید که آنها عمدتاً فاقد زوایای راست هستند.
در فرکانس های بالا، آنها مانند آنتن کار می کنند، بنابراین هنگام چرخش به زوایای 45 درجه متوسل می شوند.
پیش از این، بردهای مدار چاپی با دست ترسیم می شدند، به این معنی که زوایای آن دلخواه بود (نه به شدت 45 درجه). از نظر EMC، این چیدمان بهتر است، اما به شما اجازه نمی دهد که برد را به شکل قابل فهم تری بیاورید. در حال حاضر، تمام سیستم های CAD مدرن عمدتاً پشتیبانی می کنند.
از جمله، هنگام چرخش 90 درجه، به این معنی که در مدارهای قدرتمند با جریان بالا، این می تواند منجر به گرم شدن بیش از حد و فرسودگی منطقه شود. در مدارهای فرکانس پایین استفاده از اتصالات T ممنوع نیست اما در فرکانس های بالا مشکلاتی را به دنبال خواهد داشت.
از سوی دیگر، باید از گوشه های تیز اجتناب شود - این از نقطه نظر فن آوری بد است. در چنین مکان هایی، "رکود" معرف های شیمیایی تشکیل می شود و در حین اچ کردن، بخشی از هادی به سادگی از بین می رود.
از جمله، عرض هادی باید ثابت باشد، زیرا هنگامی که تغییر می کند، مسیر شروع به مانند یک آنتن می کند. توصیه نمی شود که ویاس ها را روی پد یا در مجاورت المنت قرار دهید (بدون جدا کردن آنها با ماسک لحیم کاری)، زیرا این امر می تواند منجر به سرریز لحیم کاری و در نتیجه باعث نقص مونتاژ شود. بهتر است دریچه ها را با ماسک لحیم ببندید.
عناصری که به چند ضلعی متصل می شوند باید توسط یک مانع حرارتی از هم جدا شوند که از گرم شدن ناهموار محل در حین لحیم کاری جلوگیری می کند.
میکروکنترلر
اکنون که اصول چیدمان PCB را پوشش داده‌ایم، زمان آن رسیده است که به جزئیات، به ویژه بهترین روش‌ها برای برق میکروکنترلر و سیم‌کشی زمین بپردازیم.
خازن های مسدود کننده باید تا حد امکان نزدیک به پین های میکروکنترلر قرار گیرند تا در امتداد "مسیر" جریان قرار گیرند. در غیر این صورت، آنها به سادگی معنی ندارند.
برای چاپ یک طرفه، قالب به شکل زیر است:
در مورد برد دو طرفه، قرار دادن خازن ها در زیر میکروکنترلر راحت است، اما با نصب دسته ای بزرگ و خودکار، مشکلات فنی ایجاد می کند. معمولا سعی می شود قطعات در یک سمت قرار گیرند.
تشدید کننده کوارتز، منبع ساعت نیز باید تا حد امکان نزدیک به پین ها قرار گیرد. تخته یک طرفه:
تمام جامپرهای بین پایه های ریز مدارهای SMD باید خارج از نقطه لحیم کاری باشند:
و در آخر چند نکته مفید.
