Paraqitja e PCB-ve dhe përputhshmëria elektromagnetike për mikrokontrolluesit e serisë MB90. Mjetet e zhvillimit të PCB-ve

Siç u përmend më lart, zinxhirët janë të ndryshëm: pjesë dixhitale; pjesë analoge; seksioni i fuqisë; pjesë e ndërfaqes. Të gjitha këto pjesë të qarkut janë të nevojshme, nëse është e mundur, në hapësirë. Përndryshe, mund të ndodhin "mrekulli". Kështu, për shembull, nëse pajisja juaj ka Touchpad(Kapaciteti tërhiqet nga një substrat bakri në tabelë), dhe pranë tij vendosni një konvertues të furnizimit me energji elektrike, atëherë marrja do të çojë në pozitive të rreme. Një shembull tjetër: vendosja e një pjese të rrymës, si një rele, pranë një pjese dixhitale ose analoge, në rastin më të keq, mund të dëmtojë pjesën e brendshme të mikrokontrolluesit duke krijuar një potencial mbi 5 volt në pin, dhe të japë pozitivë të rremë (në pjesë dixhitale) ose lexime të rreme (në pjesën analoge), megjithatë, nëse rezolucioni i ADC nuk kalon 10 bit, atëherë bazat nuk mund të ndahen, pasi ndikimi është zakonisht minimal).

Duke i bërë tokat “ndryshe”, ju pakësoni ndikimin e këtyre tek njëri-tjetri. Çfarë duhet të udhëhiqet nga kultivimi i tokës?

Duke maksimizuar sipërfaqen e tokës në PCB, induktiviteti i tij minimizohet, gjë që nga ana tjetër çon në një ulje të rrezatimit. Plus, rritja e zonës rrit imunitetin ndaj zhurmës së tabelës së qarkut të printuar. Ka dy mënyra për të rritur zonën: mbushni plotësisht tabelën ose bëni atë në formën e një rrjeti.

Mbushja e plotë ju lejon të merrni rezistencën më të ulët - ky është një sistem tokësor "ideal" (rrjeti është pak më i keq).

Sidoqoftë, në dërrasat e një zone të madhe, një kanaçe e ngurtë me një poligon prej balte. Shumëkëndëshi duhet të vendoset në të dy anët e tabelës në mënyrë sa më të barabartë. Duke përdorur rrjetin, është e nevojshme të kontrolloni hapin e tij: .

Shumëkëndëshat në bordet me shumë shtresa duhet të lidhen në disa vende, më poshtë është "kafazi Faraday" në hartimin e bordit të qarkut të printuar. Kjo teknikë përdoret në frekuenca gigahertz.

Nëse toka drejtohet si një pistë e thjeshtë, atëherë linja e energjisë rekomandohet të kalohet në anën e kundërt të tabelës. Kur bordi me shumë shtresa toka dhe linjat e energjisë janë vendosur gjithashtu në shtresa të ndryshme.

Rezistenca e përcjellësve varet gjithashtu nga frekuenca (shiko Fig. ). Sa më e lartë të jetë frekuenca, aq më e lartë është rezistenca e gjurmës/tokës. Kështu, për shembull, nëse në 100 Hz rezistenca e tokës është 574 µOhm, dhe gjurma e sinjalit (gjerësia 1 mm, gjatësia 10 mm, trashësia 35 µm) është 5,74 mOhm, atëherë në një frekuencë prej 1 Hz ato do të marrin vlerat 11,6 mOhm dhe 43 ,7 ohm. Siç mund ta shihni, ndryshimi është i madh. Përveç kësaj, vetë bordi fillon të rrezatojë, veçanërisht në vendet ku telat janë të lidhur me bordin.

Ne e shqyrtuam "tokën" nga një këndvështrim i përgjithshëm, megjithatë, duke hyrë në specifikat, duhet të diskutojmë të ashtuquajturën tokë "sinjale", ku:

A) lidhje me një pikë (një pikë) - topologji e padëshirueshme për sa i përket zhurmës. Për arsye të lidhje serike impedanca e tokës rritet, gjë që çon në probleme frekuencave të larta. Gama e lejuar për këtë topologji është 1 Hz deri në 10 MHz, për sa kohë që gjurma më e gjatë e tokës nuk kalon 1/20 e gjatësisë valore.

B) Lidhja me shumë pika ka një impedancë shumë më të ulët - rekomandohet në qarqet dixhitale dhe në frekuenca të larta. Lidhjet duhet të jenë sa më të shkurtra për të minimizuar rezistencën. Në zinxhirë me frekuenca të ulëta kjo topologji nuk është zgjedhja më e mirë. Nëse bordi ka një pjesë LF dhe HF, atëherë HF duhet të vendoset më afër tokës, dhe LF më afër linjës së energjisë.

C) lidhje hibride - rekomandohet të përdoret nëse ka komponentë të ndryshëm në të njëjtën tabelë të qarkut të printuar: pjesë dixhitale, analoge ose fuqi. Ata punojnë për frekuenca të ndryshme dhe nuk duhet të përzihet për saktësi dhe stabilitet më të madh të pajisjes.

Shembull i ndarjes së tokës:

Në rastin tonë (përafërsisht) ekziston vetëm një pjesë - dixhitale. Lidhësit do të vendosen në tabelë, megjithatë, rrymat që kalojnë nëpër to janë të parëndësishme (programuesi, prodhimi UART për Moduli WiFi) dhe nuk duhet të ndikojë në funksionimin e pajisjes. Edhe pse frekuenca e orës mikrokontrolluesi - 24 MHz, të gjitha pajisjet periferike me të cilat është i lidhur do të funksionojnë në frekuenca dukshëm më të vogla se 10 MHz (me përjashtim të modulit Wi-Fi, frekuenca e të cilit është 2.4 GHz). Me fjalë të tjera, pajisja jonë mund të përdorë një lidhje me një pikë, por edhe një lidhje me shumë pika. sistemi do të përshtatet. Shumëkëndëshi rekomandohet gjithashtu të vendoset nën të gjithë jo-rrezatues qarqet me frekuencë të lartë(si mikrokontrolluesi ynë, por ne do të flasim për të më vonë).

Duke përdorur një mbushje të plotë për poligonin e tokës, ia vlen të hiqni bakrin nën modulin Wi-Fi - kjo do të shmangë mbrojtjen e rrezatimit të tij.

Të gjitha seksionet e izoluara të bakrit (bakri i vdekur në anglisht) duhet të hiqen, sepse në RF ato fillojnë të rrezatojnë dhe ndërhyjnë në linjat e sinjalit. Potenciali në zona të tilla është i ndryshëm nga toka dhe është i padëshirueshëm.

Përveç tokës / poligonit, ka gjurmë të tjera në tabelë - gjurmë sinjali. Një sinjal i orës mund të kalojë përmes tyre (për shembull, linja SCK e çipit MAX7219) ose të dhënat mund të transmetohen (UART gjurmon RX dhe TX nga moduli Wi-Fi). Instalimet e tyre nuk janë një profesion më pak i përgjegjshëm - duhet të dini disa rregulla. Së pari, për të minimizuar ndërhyrjen nga një përcjellës në tjetrin, distanca midis tyre duhet të mbahet.

Për sinjalet e orës, si dhe linjat audio dhe video dhe linjat e rivendosjes, rekomandohet të lini të paktën dy gjerësi pjesësh në anët. Në raste veçanërisht kritike, ata përpiqen të shmangin kalimin me gjurmët në anën e kundërt të tabelës.

Me siguri ju keni parë tashmë bordet e qarkut të printuar pajisje të ndryshme- dhe vuri re se atyre u mungojnë kryesisht këndet e drejta.

Në frekuenca të larta, ato do të funksionojnë si antena, kështu që kur kthehen ata drejtohen në kënde 45 gradë.

Më parë, bordet e qarqeve të shtypura vizatoheshin me dorë, që do të thotë se këndet ishin arbitrare (jo rreptësisht 45 gradë). Nga pikëpamja e EMC, kjo paraqitje është më e mirë, por nuk ju lejon të sillni tabelën në një formë më të kuptueshme. Aktiv ky moment të gjitha sistemet moderne CAD kryesisht mbështesin .

Ndër të tjera, kur rrotullohet 90 gradë, që do të thotë se në qarqet e fuqishme me rryma të larta, kjo mund të çojë në mbinxehje dhe djegie të zonës. Në qarqet me frekuencë të ulët, përdorimi i lidhjeve T nuk është i ndaluar, por në frekuenca të larta do të çojë në probleme.

Nga ana tjetër, qoshet e mprehta duhet të shmangen - kjo është e keqe nga pikëpamja teknologjike. Në vende të tilla, formohet një "stanjacion" i reagentëve kimikë, dhe gjatë gdhendjes, një pjesë e përcjellësit thjesht do të gdhendet.

Ndër të tjera, gjerësia e përcjellësit duhet të jetë konstante, sepse kur ndryshon, trase fillon të sillet si një antenë. Vrimat e kalimit nuk rekomandohen të vendosen në jastëk ose në afërsi të elementit (pa i ndarë ato me një maskë saldimi), pasi kjo mund të çojë në tejmbushje të saldimit dhe, si rezultat, të shkaktojë defekte në montim. Është më mirë të mbyllni vizat me një maskë saldimi.

Elementet që janë të lidhur me poligonin duhet të ndahen nga një pengesë termike, e cila parandalon ngrohjen e pabarabartë të vendit gjatë saldimit.

mikrokontrollues

Ne kemi mbuluar çështjet themelore të paraqitjes së PCB-ve, është koha për të kaluar në gjëra specifike, në veçanti, për të marrë parasysh praktikat më të mira në instalime elektrike të linjave të energjisë dhe tokëzimit të mikrokontrolluesit.

Kondensatorët bllokues duhet të vendosen sa më afër kunjave të mikrokontrolluesit në mënyrë që të vendosen përgjatë "shtegut" të rrymës. Përndryshe, ata thjesht nuk kanë kuptim.

Për printimin e njëanshëm, shablloni duket si ky:

Në rastin e një bordi të dyanshëm, është e përshtatshme të vendosni kondensatorët nën mikrokontrollues, megjithatë, me një grumbull të madh dhe instalim automatik, kjo do të shkaktojë vështirësi teknike. Zakonisht, përbërësit përpiqen të vendosen në të njëjtën anë.

Rezonatori i kuarcit, burimi i orës, gjithashtu duhet të vendoset sa më afër kunjave. Tabela me një anë:

Të gjithë kërcyesit midis këmbëve të mikroqarqeve SMD duhet të jenë jashtë pikës së bashkimit:

Dhe së fundi, disa këshilla të dobishme.

NË këtë seksion ne konsiderojmë se si të shmangim shtrembërimin e sinjalit dixhital që lidhet me transmetimin e tij përmes një përcjellësi në një tabelë të qarkut të printuar. Edhe pse kjo është kryesisht një detyrë për inxhinierin e qarkut, projektuesi i PCB-së është gjithashtu shpesh fajtor për problemet e sinjalizimit në tabelë, si dhe për ndërhyrjet dhe ndërlidhjet që ndodhin në tabelë.

Pse sinjali është i shtrembëruar gjatë transmetimit?
Para së gjithash, shtrembërimet janë karakteristike për sinjalet me frekuencë të lartë, me një frekuencë prej 1 GHz ose më shumë. Kjo është për shkak të efekteve të rezonancave dhe reflektimeve në segmentet individuale të përcjellësve, vias, degëzime në tabelë, si dhe në hyrjet e marrësve. Megjithatë, problemi është se sinjalet deri në 500 MHz, tipike për standardin qarqet dixhitale, siç do të shohim më poshtë, shpesh mund të shtrembërohen ndjeshëm, që do të thotë se ato mund të klasifikohen edhe si me frekuencë të lartë.

Cila është ideja e transmetimit pa shtrembërim?
Parimi i transmetimit të sinjalit pa shtrembërim është se përcjellësi është bërë si linjë transmetimi (ose "vijë e gjatë") me një rezistencë të caktuar karakteristike (valore), d.m.th. impedanca Z 0 , e njëjtë gjatë gjithë kohës nga burimi deri te marrësi i sinjalit, i cili siguron uniformitetin e linjës. Kërkesa e dytë është konsistenca e linjës me burimin dhe marrësin e sinjalit. Ndryshe nga një përcjellës konvencional, një linjë e tillë transmetimi nuk çon në rezonancë, shtrembërim dhe reflektime gjatë transmetimit të sinjalit, pavarësisht sa kohë mund të jetë. Linjat e transmetimit mund të zbatohen lehtësisht në një tabelë të qarkut të printuar duke përdorur materiale me parametra të njohur dhe duke siguruar dimensionet e kërkuara të elementeve të modelit të printuar. Bëhet një dallim midis përputhjes së linjës serike dhe paralele, dhe është e nevojshme të përdoren rezistorë të caktuar përfundimi në daljen e burimit dhe / ose hyrjen e marrësit të sinjalit. Linjat e transmetimit të formuara në tabelë, natyrisht, mund të zgjerohen jashtë bordit duke përdorur lidhës dhe kabllo me rezistencë të kontrolluar Z 0 .

Për cilat sinjale bëhet i rëndësishëm shtrembërimi?
Duke krahasuar gjatësinë e përcjellësit në tabelë me gjatësinë e valës së përbërësit të frekuencës më të lartë të sinjalit të transmetuar (kur përhapet, për shembull, në materialin FR4), mund të përcaktohet e ashtuquajtura gjatësia elektrike e përcjellësit. Gjatësia elektrike mund të shprehet në fraksione të gjatësisë së valës minimale, ose në fraksione të saj reciproke, kohëzgjatjes së përparme. Nëse përcjellësi ka një gjatësi elektrike shumë të madhe, atëherë për të parandaluar shtrembërimin e tepërt të sinjalit, ky përcjellës duhet të bëhet si një linjë transmetimi. Vini re se gjatë transmetimit të sinjaleve me frekuencë të lartë, linjat e transmetimit duhet të përdoren jo vetëm për të zvogëluar shtrembërimin, por edhe për të ulur nivelin rrezatimi elektromagnetik(AMY).

Rregulla e gjysmë ngritjes
Një rregull i përafërt është se një përcjellës është "elektrikisht i gjatë" (ajo që quhet në inxhinierinë elektrike "rresht i gjate") nëse koha e rritjes së sinjalit nga burimi në marrësin më të largët tejkalon gjysmën e kohës së ngritjes së sinjalit. Është në këtë rast që reflektimet në linjë mund të shtrembërojnë ndjeshëm pjesën e përparme të sinjalit. Supozoni se pajisja ka çipa me një kohë rritje prej 2 ns (për shembull, sipas dokumentacionit për serinë FastTTL). Konstanta dielektrike e materialit PCB (FR4) në frekuenca të larta është afër 4.0, e cila jep një shpejtësi të përparme prej rreth 50% të shpejtësisë së dritës, ose 1.5.10 8 m/s. Kjo korrespondon me një kohë të përhapjes së përparme prej 6,7 ps/mm. Me këtë shpejtësi, pjesa e përparme do të udhëtojë rreth 300 mm në 2 ns. Nga kjo mund të konkludojmë se për sinjale të tilla, "linjat e transmetimit" duhet të përdoren vetëm nëse gjatësia e përcjellësit tejkalon gjysmën e kësaj distance - domethënë 150 mm.

Fatkeqësisht, kjo është përgjigja e gabuar. Rregulli i gjysmë rritjes është tepër i thjeshtuar dhe mund të çojë në probleme nëse mangësitë e tij nuk merren parasysh.

Problemet e qasjes së thjeshtuar
Të dhënat e kohës së rritjes të dhëna në dokumentacionin për mikroqarkun pasqyrojnë vlerën maksimale, dhe shpesh kohe reale ndërrimi është dukshëm më pak (të themi, mund të jetë 3-4 herë më pak se "maksimumi" dhe vështirë se mund të garantohet se nuk do të ndryshojë nga grupi në grup mikroqarqesh). Për më tepër, komponenti i ngarkimit kapacitiv i pashmangshëm (nga hyrjet e mikroqarqeve të lidhura me linjën) zvogëlon shpejtësinë e përhapjes së sinjalit në krahasim me shpejtësinë e llogaritur që mund të arrihet në një tabelë boshe të qarkut të printuar. Prandaj, për të arritur integritetin adekuat të sinjalit të transmetuar, linjat e transmetimit duhet të përdoren për përcjellës shumë më të shkurtër sesa sugjeron rregulli i përshkruar më parë. Mund të tregohet se për sinjalet me një kohë të ngritjes (sipas dokumentacionit) prej 2 ns, këshillohet përdorimi i linjave të transmetimit tashmë për përçuesit gjatësia e të cilëve kalon vetëm 30 mm (dhe nganjëherë më pak)! Kjo është veçanërisht e vërtetë për sinjalet që kryejnë funksionin e sinkronizimit ose të hyrjes. Është për sinjale të tilla që problemet që lidhen me " false pozitive”, “rillogaritje”, “rregullimi i të dhënave të pasakta” ​​dhe të tjera.

Si të projektohen linjat e transmetimit?
Ka shumë botime të dedikuara për llojet e linjave të transmetimit, si t'i dizajnoni ato në një tabelë të qarkut të printuar, si të kontrolloni parametrat e tyre. Në veçanti, IEC 1188-1-2: 1988 ofron udhëzime të hollësishme për këtë. Ekzistojnë gjithashtu shumë produkte softuerësh që ju lejojnë të zgjidhni modelin e linjës së transmetimit dhe strukturën e tabelës së qarkut të printuar. Shumica sistemet moderne dizajni bordet e qarkut të shtypur janë të pajisura me programe të integruara që lejojnë projektuesin të projektojë linjat e transmetimit me parametra të specifikuar. Si shembull, mund të emërtojmë programe të tilla si AppCAD, CITS25, TXLine. Shumica mundësi të plota ofrojnë produkte softuerike nga Polar Instruments.

Shembuj të linjave të transmetimit
Si shembull, merrni parasysh llojet më të thjeshta të linjave të transmetimit.

Si të dizajnoni një linjë transmetimi në mënyrën më të mirë?
Sinjalet e shpejtësisë më të lartë (ose më kritike) duhet të jenë në shtresat ngjitur me planin e tokës (GND), mundësisht ajo që çiftëzohet me planin e energjisë shkëputëse. Sinjalet më pak kritike mund të dërgohen në planet e energjisë nëse këto plane janë të shkëputura në mënyrë adekuate dhe jo shumë të zhurmshme. Çdo plan i tillë energjie duhet të shoqërohet me mikroqarkullin nga i cili ose nga i cili merret ky sinjal. Zhurma më e mirë dhe imuniteti EMC sigurohet nga linja shiritash të drejtuara midis dy planeve GND, secila e çiftuar me planin e vet të shkëputjes së energjisë.
Linja e transmetimit nuk duhet të ketë vrima, thyerje ose çarje në asnjë nga planimetri bazë kundrejt të cilave është tërhequr, pasi kjo çon në ndryshime të rëndësishme në Z 0 . Për më tepër, vija e shiritit duhet të jetë sa më larg të jetë e mundur nga çdo boshllëk në plan ose nga skaji i planit të referencës, dhe distancë e dhënë nuk duhet të jetë më pak se dhjetë herë gjerësia e përcjellësit. Linjat ngjitur të transmetimit duhet të ndahen nga të paktën tre gjerësi përcjellësi për të eliminuar ndërthurjen. Sinjalet shumë kritike ose "agresive" (të tilla si komunikimi me një antenë radio) mund të përfitojnë nga EMC duke përdorur një linjë të balancuar me dy rreshta vizash të ndara afër, sikur ta bllokojnë atë nga përçuesit e tjerë dhe duke krijuar një strukturë koaksiale në bordin e qarkut të printuar. . Sidoqoftë, për struktura të tilla, Z 0 llogaritet duke përdorur formula të tjera.

Si mund të bëhet më i lirë projekti?
Llojet e linjave të transmetimit të përshkruara më sipër kërkojnë pothuajse gjithmonë përdorimin e një bordi me shumë shtresa, kështu që ato mund të mos jenë të zbatueshme për të krijuar produkte të nivelit të ulët të prodhuar në masë. kategoria e çmimeve(Edhe pse në vëllime më të larta, PCB-të me 4 shtresa janë vetëm 20-30% më të shtrenjta se PCB-të e dyanshme). Megjithatë, për dizajne me kosto të ulët, përdoren gjithashtu lloje linjash si të balancuara (uniforme) ose koplanare, të cilat mund të ndërtohen në një tabelë me një shtresë. Duhet të kihet parasysh se llojet me një shtresë të linjave të transmetimit zënë disa herë më shumë sipërfaqe në tabelë sesa linjat mikrostrip dhe shiritash. Përveç kësaj, duke kursyer në koston e tabelës së qarkut të printuar, do të detyroheni të paguani më shumë për mbrojtjen shtesë të pajisjes dhe filtrimin e zhurmës. Hani rregull i përgjithshëm duke deklaruar se zgjidhja e problemeve EMC në nivelin e paketës kushton 10-100 herë më shumë se zgjidhja e të njëjtit problem në nivel PCB.
Prandaj, kur shkurtoni buxhetin tuaj të zhvillimit duke shkurtuar numrin e shtresave të PCB-ve, përgatituni të shpenzoni Kohe shtese dhe para për disa përsëritje të porositjes së pllakave të mostrave për të siguruar nivelin e kërkuar të integritetit të sinjalit dhe EMC.

Si të dobësoni efektin negativ të ndryshimit të shtresave?
Nga rregullat e modelit instalime elektrike, ka të paktën një kondensator shkëputës pranë secilit mikroqark, në mënyrë që të mund të ndryshojmë shtresën pranë mikroqarkut. Sidoqoftë, duhet të merret parasysh gjatësia totale e segmenteve që nuk ndodhen në shtresën "shirit". Një rregull i përafërt është që gjatësia totale elektrike e këtyre segmenteve nuk duhet të kalojë një të tetën e kohës së ngritjes. Nëse në ndonjërin nga këto segmente shumë ndryshim i madh Z 0 (për shembull, kur përdorni priza ZIF ose lloje të tjera prizash IC), është më mirë të përpiqeni ta minimizoni këtë gjatësi në një të dhjetën e kohës së përparme. Përdorni rregullin e mësipërm për të përcaktuar gjatësinë totale maksimale të lejuar të segmenteve të panormalizuara dhe përpiquni ta mbani atë sa më të vogël që të jetë e mundur brenda këtyre kufijve.
Bazuar në këtë, për sinjalet me kohë të përparme (sipas dokumentacionit) prej 2 ns, duhet të ndryshojmë shtresën jo më larg se 10 mm nga qendra e mikroqarkut ose nga qendra e rezistencës fundore. Ky rregull është zhvilluar duke marrë parasysh një diferencë 4-fish për faktin se koha reale e ndërrimit mund të jetë dukshëm më e vogël se maksimumi sipas dokumentacionit. Përafërsisht në të njëjtën distancë (jo më shumë) nga vendi i ndryshimit të shtresës, duhet të ketë të paktën një kondensator shkëputës që lidh planet përkatëse të tokës dhe energjisë. Distanca të tilla të vogla janë të vështira për t'u arritur kur përdoren mikroqarqe. madhësia e madhe, prandaj, në paraqitjen e qarqeve moderne me shpejtësi të lartë, kompromise nuk mund të shmangen. Megjithatë, ky rregull justifikon preferencën për çipa të vegjël në qarqet me shpejtësi të lartë dhe shpjegon faktin e zhvillimit të shpejtë të teknologjive BGA dhe Flip-chip, të cilat minimizojnë rrugën e sinjalit nga përcjellësi në tabelë në çipin e çipit.

Modelimi dhe testimi i prototipave
Për shkak të pranisë së shumë opsioneve për mikroqarqe dhe më shumë më shumë aplikacionet, disa inxhinierë mund t'i shohin këto rregulla jo të sakta sa duhet, dhe disa mund t'i shohin ato të ekzagjeruara, por ky është roli " Rregulla bazike” është vetëm një përafrim i përafërt që ju lejon të dizajnoni në mënyrë intuitive pajisjet që punojnë siç duhet.
Në ditët e sotme, mjetet e modelimit kompjuterik po bëhen gjithnjë e më të aksesueshme dhe të avancuara. Ato ju lejojnë të llogaritni parametrat e integritetit të sinjalit, EMC, në varësi të strukturës aktuale të shtresave dhe instalimeve elektrike të sinjalit. Sigurisht, përdorimi i tyre do të japë rezultate më të sakta sesa përafrimet tona të përafërta, ndaj ju rekomandojmë që të përdorni sa më shumë që të jetë e mundur modelimi kompjuterik. Sidoqoftë, mos harroni se koha aktuale e ndërrimit të mikroqarqeve mund të jetë dukshëm më e shkurtër se sa tregohet në dokumentacion, dhe kjo mund të çojë në rezultate të pasakta, prandaj sigurohuni që modeli i fazave të daljes dhe hyrjes të korrespondojë me realitetin.
Hapi tjetër është të kontrolloni kalimin e sinjalit kritik në kampionin e parë "prototip" të PCB-së, duke përdorur një oshiloskop me frekuencë të lartë. Duhet pasur kujdes që forma e valës të mos shtrembërohet ndërsa udhëton përgjatë PCB-së përgjatë gjithë gjatësisë së përcjellësit dhe vetëm ndjekja e rregullave të mësipërme nuk ka gjasa të japë rezultate të shkëlqyera herën e parë, megjithëse ato mund të jenë mjaft të mira. Përdorimi i një analizuesi të fushës elektromagnetike RF, ose analizuesi i spektrit të emetimit, mund të jetë një mënyrë tjetër për të studiuar integritetin e sinjalit dhe çështjet EMC në nivelin "prototip" të PCB. Metodat e një analize të tillë nuk janë objekt i këtij artikulli.
Edhe nëse jeni duke përdorur simulim të qarkut kompleks, mos neglizhoni integritetin e sinjalit dhe testimin EMC në prototipet më të hershme të PCB-ve.

Sigurimi i rezistencës së valës në fazën e prodhimit të PCB-ve
Një material tipik FR4 i destinuar për prodhimin e pllakave të qarkut të printuar ka një vlerë konstante dielektrike (E r) prej rreth 3.8...4.2 në 1 GHz. Vlerat reale të Er mund të ndryshojnë brenda ±25%. Ka materiale FR4 të specifikuara dhe të garantuara nga shitësi që nuk janë shumë më të shtrenjta se materialet konvencionale, por prodhuesit e PCB-ve nuk u kërkohet të përdorin nota "të vlerësuara" FR4, përveç nëse specifikohet në mënyrë specifike në rendin e PCB-ve.
Prodhuesit e PCB-ve punojnë me dielektrikë me trashësi standarde ("preprega" dhe "laminate"), dhe trashësia e tyre në secilën shtresë duhet të përcaktohet përpara se pllaka të vihet në prodhim, duke marrë parasysh tolerancat e trashësisë (rreth ± 10%). Për të siguruar një Z 0 të caktuar, për një trashësi të caktuar të dielektrikut, mund të zgjidhni gjerësinë e duhur të përcjellësit. Për disa prodhues, është e nevojshme të tregohet gjerësia aktuale e kërkuar e përcjellësit, për të tjerët - me një diferencë për prerje, e cila mund të arrijë 25-50 mikronë në lidhje me gjerësinë nominale. Mundësia më e mirë është t'i tregoni prodhuesit se çfarë gjerësie të përcjellësit në cilat shtresa është projektuar për të siguruar Z 0 të specifikuar. Në këtë rast, prodhuesi mund të rregullojë gjerësinë e përcjellësit dhe strukturën e shtresës për të siguruar vendosni parametrat sipas teknologjisë së prodhimit të tyre. Për më tepër, prodhuesi mat rezistencën aktuale të valës në çdo boshllëk të fabrikës dhe refuzon bordet në të cilat Z 0 nuk bie brenda tolerancës ±10% ose më saktë.
Për sinjale mbi 1 GHz, mund të jetë e nevojshme të përdoren materiale me frekuencë më të lartë, me stabilitet më të mirë dhe të tjera parametrat dielektrikë(si Duroid nga Rogers, etj.).

Letërsia
1. Teknikat e projektimit për EMC & Integritetin e Sinjalit, Eur Ing Keith Armstrong.
2. IEC 61188-1-2: 1998 Pllakat e shtypura dhe Asambletë e Bordeve të Shtypura - Projektimi dhe përdorimi. Pjesa 1-2: Kërkesat gjenerike - Impedanca e kontrolluar, www.iec.ch.
3. Projektimi i bordeve të qarkut të printuar me shumë shtresa kompleksiteti i lartë. Seminar teknologjia PCB, 2006.
4. http://library.espec.ws/books/chooseant/CHAPTER6/6-1.htm
5. Dizajni i harduerit. Walt Kester.

1. Dispozitat e Përgjithshme

Për të parandaluar problemet me elektrostatikën dhe zhurmën, duhet të respektohen disa rregulla gjatë vendosjes së tabelës së qarkut të printuar. Pika më kritike është dalja C, sepse është i lidhur me furnizimin me energji të integruar 3.3V të bërthamës MCU. Prandaj, kondensatori i filtrit duhet të vendoset sa më afër terminalit.

Ju gjithashtu duhet të konsideroni me kujdes instalimet elektrike të qarqeve të energjisë dhe tokës. Ushqimet edukohen nga "ylli". Ne rekomandojmë vendosjen e një shtrese toke në anën e montimit direkt nën trupin MK. Linjat Vcc dhe Vss duhet të kenë vetëm një pikë lidhjeje me pjesën tjetër të qarkut për të shmangur ndërhyrjet në dhe nga MCU. Kondensatorët e filtrit (DeCaps) duhet të vendosen sa më afër terminaleve përkatëse. Nëse hiqen shumë larg, ato pushojnë së kryeri funksionin e tyre.

Kur përdorni rezonatorë kuarci, ato duhet të vendosen në një distancë minimale nga prizat Xn(A).

Nëse është e mundur, kondensatorët filtrues preferohet të vendosen në anën e montimit të MC.

2 Instalimet elektrike

Autobusët Vcc dhe Vss duhet të edukohen jo në një zinxhir serial, por në një "yll". Për Vss, rekomandohet të përdorni një poligon prej balte nën trupin MK të lidhur në një pikë me pjesën tjetër të qarkut.

Më poshtë janë dy shembuj të instalimeve elektrike të këqija dhe të mira.

3 Dalja e filtrimit C

4 Filtrimi i qarkut të energjisë

Kondensatorët e filtrit (DeCaps) për qarqet e energjisë duhet të vendosen në rrugën e rrymave të energjisë, përndryshe përdorimi i tyre nuk ka kuptim. Figura e mëposhtme shpjegon këtë deklaratë:

5 Vendndodhja e rezonatorit të kuarcit dhe instalimet elektrike të qarqeve të sinjalit

Kuarci duhet të vendoset sa më afër MK. Kështu, kondensatorët e oshilatorit do të vendosen "prapa" kuarcit.

6 Dokumentacion shtesë

Më shumë shtesë informacion i detajuar të përfshira në Shënimin e Aplikimit 16bit-EMC-Udhëzues.

7 Lista e përfundimeve MK

Tabela tregon përfundimet e MC, kritike për ndërveprimet elektromagnetike dhe informacion të shkurtër rreth lidhjes së tyre.

* - mund të mos jetë i pranishëm në një MC të veçantë

Pak për "rakun" kur dizajnoni tabela.
Shumica gabim tipik instalimet elektrike të qarqeve të energjisë në shumë modele: kapacitetet bllokuese për furnizimet me energji "+" dhe "-" të op-amp hidhen në shtresën e tokës larg njëri-tjetrit, domethënë, rryma konturore e konsumit të op-amp. rrjedh nëpër shtresën e tokës. Këto kontejnerë duhet të vendosen në mënyrë që distanca midis pikave të lidhjes së tyre me shtresën e tokës të jetë minimale. Bllokimi me frekuencë të lartë - Kondensatorët SMD të madhësisë 1206 përshtaten lehtësisht nën kutinë DIP-8, dhe 1210 me njëfarë aftësie. Natyrisht, zona e qarkut të rrjedhës së rrymës që rezulton duhet të jetë gjithashtu minimale, kjo është e vetëkuptueshme.

Rezistorët në qarqet e fuqisë së çdo IC thjeshtojnë shumë instalimet elektrike, sepse. shërbejnë si kërcyes dhe lejojnë që furnizimet me energji "+" dhe "-" të afrohen me njëri-tjetrin, gjë që është shumë e dëshirueshme për të reduktuar rrezatimin e rrymave të sinjalit / daljes nga qarqet e energjisë.

Ekziston gjithashtu një metodë elegante (por shumë e mundimshme) e shtypjes së zhurmës së tokës pa ndarje të qartë të tokës, veçanërisht e dobishme kur përdoren pllaka të dyanshme - ruajtja maksimale e një shtrese të vetme toke nga njëra anë (d.m.th., në fakt, me një shtresë të vetme instalime elektrike të qarkut në anën tjetër, me një minimum "jumpers"), një analizë e plotë e kontureve të rrjedhës së rrymave të furnizimit përgjatë këtij plani tokësor dhe gjetja e pikave ekuipotenciale, d.m.th. pikat, diferenca potenciale midis të cilave, kur rrymat rrjedhin nëpër "tokë" në qarqet e fuqisë / ngarkesës, mbetet afër zeros. Këto pika përdoren si përfundime të terrenit "sinjal". Lloji i kontureve të rrjedhës së rrymës, nëse është e nevojshme, mund të ndryshohet duke futur prerje shtesë, ose anasjelltas, duke bërë kërcyes në prerjet e shtresës së tokës që kanë lindur në kushtet e instalimeve elektrike.

Studimi më i detajuar i topologjisë/rrjedhës së rrymës etj. u krye gjatë krijimit të metodave për projektimin e pajisjeve që janë rezistente ndaj një impulsi EMP që ndodh gjatë shpërthimit të armëve bërthamore ose gjeneratorëve pulsues EMP. Për fat të keq, botimet për këtë temë janë të shpërndara, dhe përveç kësaj, ato shpesh janë ende "nën pullë". Unë skanova një nga artikujt ilustrues, por nuk mund ta bashkëngjit këtu - është zgjedhur kufiri i numrit të bashkëngjitjeve.

Në hartimin e softuerit.
Duhet të theksohet menjëherë se qasja ndonjëherë e drejtpërdrejtë - "sa më shumë shtresa - aq më mirë" - për qarqet thjesht analoge (dhe pjesërisht për dixhitale) "nuk funksionon". Shumë faktorë kontribues.

PCB me një/dy shtresa në getinaks/ tekstil me fije qelqi pa vrima - aktualisht janë të përshtatshme vetëm për shumë pajisje të thjeshta në një seri të madhe (>> 10000). Disavantazhet kryesore janë besueshmëria e ulët në kushte të vështira operimi (për shkak të delamination pads/ përçuesit gjatë dridhjeve mekanike dhe cikleve termike, një grup lagështie / fluksesh nëpër muret e vrimave), si dhe kompleksiteti (dhe kostoja e lartë) cilësisëçdo instalime elektrike skema komplekse. Dendësia e montimit është e ulët (zakonisht jo më shumë se 3 ... 4 kunja për centimetër katror të sipërfaqes totale të tabelës). Avantazhi - thjeshtësia ekstreme dhe liria në prodhim (me vëllime të mëdha dhe norma të projektimit të rendit 0,38 mm - më pak se 0,3 $ / dm katror) për shkak të mungesës së metalizimit dhe mundësisë së zëvendësimit të vrimave të shpimit me shpimin e tyre.

Kërkesat për rritjen e densitetit të instalimit duke ruajtur besueshmërinë në prodhim Paketat BGA dhe teknologjia portative çoi në zhvillimin e teknologjisë së mikrovisë, kur, përveç viave konvencionale (nëpërmjet), në tabelë formohen vrima të verbëra në njërën ose të dyja anët (zakonisht nga një lazer) - kalimet në shtresën themelore, të metalizuar në një cikël me metalizim përmes vrimës. Madhësia e zonës së kontaktit për një tranzicion të tillë (0.2 ... 0.3 mm) është shumë më e vogël se sa për një vrimë të kalueshme, drejtimi në shtresat e tjera nuk është i shqetësuar. Për më tepër, në disa raste, mikrovia mund të vendoset në jastëkun e një elementi SMD pa rrezikun e lënies së një pjese të dukshme të saldimit në vrimë për shkak të madhësisë dhe thellësisë së tij të vogël (jo më shumë se 0,1...0,15 mm) . Kjo rrit shumë densitetin e instalimeve elektrike, sepse. Si rregull, vizat konvencionale nuk mund të vendosen në jastëkët e elementeve SMD. Mikrovia gjithashtu mund të formohet në shtresat e brendshme, por kjo është shumë më e vështirë dhe më e shtrenjtë për t'u prodhuar.

Disa fjalë për trashësinë e bakrit dhe veshjen e dërrasave. Pjesa kryesore e dërrasave është bërë në materiale me trashësi folie prej 35, 18 dhe 9 mikron, ndërsa gjatë metalizimit të vrimave në shtresat e jashtme ndërtohen 15-25 mikronë të tjera bakri (duhet të ketë ~ 20 mikron. në vrima). Pllakat me standarde projektimi prej 0,127 ose më pak zakonisht bëhen në një material me trashësi fletë metalike prej ~ 9 µm (sa më e hollë të jetë petë, aq më pak shtrembërim i formës së modelit për shkak të prerjes anësore të përçuesve). Nuk ia vlen të shqetësoheni për "seksionin e vogël të bakrit", sepse. përçuesve të shtypur për shkak të ftohje e mirë lejojnë dendësi shumë më të larta të rrymës (~ 100 A / sq. mm) se teli i montimit (3 ... 10 A / sq. mm). Trashësia përfundimtare në shtresat e jashtme, për shkak të depozitimit të bakrit gjatë metalizimit të vrimave, natyrisht rezulton të jetë më e madhe se ajo e fletës origjinale. Rezistenca e përcjellësve të sheshtë varet nga gjeometria e tyre në aspektin e ligj i thjeshtë: rezistenca katrore x numri i katrorëve. Rezistenca e një katrori nuk varet nga madhësia e tij absolute, por vetëm nga trashësia dhe përçueshmëria e materialit. Kjo do të thotë, rezistenca e një përcjellësi me gjerësi 0,25 mm dhe gjatësi 10 mm (d.m.th. 40 katrorë) është e njëjtë me një gjerësi prej 2,5 dhe një gjatësi prej 100. Për një fletë bakri 35 mikron, kjo është rreth 0,0005 ohm / katror. Në dërrasat industriale, kur vrimat metalizohen në fletë metalike, ndërtohet një shtresë shtesë bakri, në mënyrë që rezistenca e katrorit të bjerë me 20 për qind të tjera në krahasim me sa më sipër. Kallajimi, madje edhe "dhjami", ka pak efekt në rezistencë, qëllimi i tij është të rrisë kapacitetin e nxehtësisë së përçuesve në mënyrë që ata të mos digjen nga një rrymë e rritjes afatshkurtër. Duke aplikuar korrigjimin e fotomaskës (d.m.th. duke futur korrigjime për nëngdhendje) dhe gravurë anizotropike, prodhuesit arrijnë të sigurojnë prodhimin e pllakave me trashësi fillestare të fletës deri në 30-40% të normave të projektimit, d.m.th. kur përdorni fletën më të trashë 105 mikron (dhe duke marrë parasysh depozitimin e bakrit - diku rreth 125-130 mikronë), standardet e projektimit mund të jenë nga 0,3 ... 0,35 mm.

Një kufizim më domethënës për qarqet e fuqisëështë se rryma e lejuar e kaluar nëpër via varet kryesisht nga diametri i saj, pasi trashësia e metalizimit në të është e vogël (15 ... 25 mikron) dhe, si rregull, nuk varet nga trashësia e fletës. Për një vrimë me një diametër prej 0,5 mm dhe një trashësi dërrase prej 1,5 mm, rryma e lejuar është rreth 0,4 A, për 1 mm - rreth 0,75 A. vendosja në një renditje "checkerboard" ose "huall mjalti" - në kulmet e një rrjeti i gjashtëkëndëshave. Dyfishimi i vias gjithashtu jep një fitim në besueshmëri, prandaj shpesh përdoret në qarqet kritike (përfshirë qarqet e sinjalit) kur zhvillohen pajisje për aplikacione veçanërisht kritike (për shembull, sistemet e mbështetjes së jetës).

Veshjet e përcjellësve të pllakave janë izoluese dhe/ose mbrojtëse. Një "maskë saldimi" është një shtresë mbrojtëse izoluese në të cilën dritaret janë formuar në jastëkë. Përçuesit mund të lihen bakër, ose të mbulohen me një shtresë metali që i mbron nga korrozioni (kallaj / saldim, nikel, ar, etj.). Çdo lloj mbulimi ka avantazhe dhe disavantazhe. Veshjet janë me shtresë të hollë, fraksione prej një mikron të trashë (si rregull, kimike) dhe me shtresë të trashë (kallajimi galvanik, i nxehtë). Maska e saldimit aplikohet më së miri në bakër të zhveshur ose një shtresë të hollë, kur aplikohet në gjurmët e konservuara, mbahet më keq dhe kur bashkohet, shfaqet një efekt kapilar - rrjedhje e saldimit / grisje e maskës. Veshja me ar është e të dy llojeve, kimike (i hollë) dhe galvanike (kërkuese). lidhje elektrike përçuesit, p.sh. në një lidhës). Në prodhimin në shkallë të gjerë, është gjithashtu e popullarizuar të mbulohen pllakat prej bakri të pastër (të pa kallajuar) me një llak të ngjashëm me fluksin (veshje organike). Zgjedhja e llojit të veshjes varet nga teknologjia e instalimit dhe lloji i pjesëve. Për instalim manual (dhe instalim automatik me pjesë të madhësisë 0805 dhe më të mëdha), në shumicën dërrmuese të rasteve, opsioni më i mirë është kallajimi i nxehtë i jastëkëve (HASL) me një maskë bakri. Për pjesët më të vogla dhe montimin automatik, nëse nuk ka kërkesë për rrjedhje tepër të ulët të pllakës, një nga opsionet më të mira- ari kimik (immersion) (Flash Gold) ose kallaj zhytjeje. Himzoloto është shumë i lirë në botën normale, aq sa kallajimi i nxehtë, dhe në të njëjtën kohë siguron ndenjëse të përkryera të njëtrajtshme për elementët, pa gunga me saldim. Sidoqoftë, kur prodhoni bordet e qarkut në Federatën Ruse, shpesh është më mirë të porosisni një shtresë jo me ar zhytjeje, por me kallaj - zgjidhjet e tij nuk kursejnë aq shumë. Kur bashkohen pllakat me veshje të hollë, duke përfshirë Flash Gold, ato duhet të bashkohen shpejt dhe/ose të mbushen me fluks neutral për të shmangur oksidimin e bakrit përmes poreve të veshjes, dhe kur bashkohen automatikisht, është gjithashtu e dëshirueshme të përdoret një medium gazi neutral ( nitrogjen, freon).

Më poshtë është literatura më e kuptueshme (për mendimin tim) për këtë çështje, si dhe një shembull i një bordi kompjuterik me dy shtresa për një matës mikroprofili (profilometër) të zhvilluar nga unë rreth 10 vjet më parë, në të cilin zbatohen masat e sigurimit të cilësisë së topologjisë. pa fanatizëm, vetëm pjesërisht. Sidoqoftë, kjo doli të jetë e mjaftueshme në mënyrë që, pa asnjë mbrojtje, në një PC që punon me ndërhyrjen e tij (dhe njësinë e tij të energjisë - kontrolli motor kolektori) siguron një rezolucion prej disa atomesh, duke tejkaluar kërkesat e specifikimit teknik shumë herë (op-amps të përdorur janë vetëm TL084 / LM324). Pajisja u prodhua deri vonë dhe ishte profilometri i vetëm i klasës së parë të saktësisë në Federatën Ruse.

Përdoruesi i forumit: sia_2