Leiterplattentechnisch - Wie gestaltet man die Single-Chip-Steuerplatine PCB?

Der grundlegendste Prozess zum Entwerfen einer Leiterplatte kann in drei Schritte unterteilt werden: Schaltplan-Design, Netzlistenerstellung und Leiterplattendesign. Ganz gleich, ob es sich um das Gerätelayout auf der Platine oder die Verkabelung usw. handelt, es gibt spezifische Anforderungen.

Beispielsweise sollte die Ein- und Ausgangsverdrahtung so weit wie möglich vermieden werden, um Störungen zu vermeiden. Die parallele Verlegung der beiden Signalleitungen muss durch den Massedraht getrennt werden, und die Verdrahtung zweier benachbarter Schichten sollte möglichst senkrecht zueinander sein. Eine parasitische Kopplung tritt wahrscheinlich parallel auf. Strom- und Erdungsdrähte sollten so weit wie möglich in zwei Schichten getrennt werden, um senkrecht zueinander zu stehen. In Bezug auf die Linienbreite kann ein breiter Erdungskabel als Schleife für die digitale Schaltungsplatine verwendet werden, das heißt ein Erdungsnetzwerk (analoge Schaltung kann auf diese Weise nicht verwendet werden), und eine große Fläche von Kupfer wird verwendet.

Der folgende Artikel erläutert die Prinzipien und einige Details, die beim PCB-Design der Mikrocontroller-Steuerplatine beachtet werden müssen.

1. Bauteillayout

In Bezug auf das Layout der Komponenten sollten die miteinander verbundenen Komponenten so nah wie möglich platziert werden. Zum Beispiel sind der Taktgenerator, der Kristalloszillator und der Takteingang der CPU alle anfällig für Rauschen, also sollten sie näher platziert werden. Für Geräte, die anfällig für Rauschen, Niederstrom-Schaltungen, Hochstromschaltungen usw. sind, halten Sie sie so weit wie möglich von der Logik-Steuerschaltung und Speicherschaltung (ROM, RAM) des Ein-Chip-Mikrocomputers fern. Wenn möglich, können diese Schaltungen zu Schaltungen gemacht werden. Platine, dies fördert Interferenzschutz und verbessert die Zuverlässigkeit der Schaltungsarbeit.

2. Entkopplungskondensator

Versuchen Sie, Entkopplungskondensatoren neben Schlüsselkomponenten wie ROM, RAM und anderen Chips zu installieren. Tatsächlich können Leiterplatten-Leiterplatten-Leiterbahnen, Pin-Verbindungen und Verkabelungen usw. große Induktivitätseffekte enthalten. Große Induktivität kann zu starken Schaltrauschspitzen auf der Vcc-Spur führen. Die einzige Möglichkeit, Schaltrauschspitzen auf Vcc-Leiterbahnen zu verhindern, besteht darin, einen 0,1uF elektronischen Entkopplungskondensator zwischen VCC und Strommasse zu platzieren. Werden Oberflächenbauteile auf der Leiterplatte verwendet, können Chipkondensatoren direkt an den Bauteilen eingesetzt und auf dem Vcc-Pin befestigt werden. Es ist am besten, Keramikkondensatoren zu verwenden, da diese Art von Kondensator einen niedrigen elektrostatischen Verlust (ESL) und eine hohe Frequenzimpedanz hat, und die Temperatur und Zeit der dielektrischen Stabilität dieser Art von Kondensator sind auch sehr gut. Versuchen Sie, keine Tantalkondensatoren zu verwenden, da ihre Impedanz bei hohen Frequenzen höher ist.

Achten Sie beim Aufstellen von Entkopplungskondensatoren auf folgende Punkte:

Verbinden Sie einen 100uF Elektrolytkondensator über das Eingangsende der Leiterplatte. Wenn die Lautstärke es zulässt, ist eine größere Kapazität besser.

Grundsätzlich muss ein 0,01uF Keramikkondensator neben jedem integrierten Schaltungschip platziert werden. Wenn der Spalt der Leiterplatte zu klein ist, um Platz zu finden, können Sie für jeden 10-Chip einen 1-10 Tantalkondensator platzieren.

Für Komponenten mit schwacher Störfestigkeit und großen Stromänderungen während des Abschaltens und Speicherkomponenten wie RAM und ROM sollte ein Entkopplungskondensator zwischen der Stromleitung (Vcc) und der Erdungsleitung angeschlossen werden.

Die Leitung des Kondensators sollte nicht zu lang sein, besonders der Hochfrequenz-Bypass-Kondensator kann kein Blei haben.

3. Entwurf des Erddrahtes

Im Ein-Chip-Steuersystem gibt es viele Arten von Erdungsdrähten, wie Systemerdung, Schirmerdung, Logikgerde, analoge Masse usw. Ob der Erdungsdraht richtig ausgelegt ist, bestimmt die Störfestigkeit der Leiterplatte. Bei der Auslegung von Erdungsdrähten und Erdungspunkten sollten folgende Aspekte berücksichtigt werden:

Die logische Masse und die analoge Masse sollten getrennt verdrahtet werden und können nicht zusammen verwendet werden. Verbinden Sie die entsprechenden Erdungskabel mit den entsprechenden Erdungskabeln. Bei der Konstruktion sollte der analoge Erdungskabel so dick wie möglich sein, und der Erdungsbereich des Anschlusses sollte so weit wie möglich vergrößert werden. Generell ist es am besten, die Ein- und Ausgangssignale von der Mikrocontroller-Schaltung durch Optokoppler zu isolieren.

Beim Entwerfen der Leiterplatte der Logikschaltung sollte der Erdungskabel eine geschlossene Schleifenform bilden, um die Störfestigkeit der Schaltung zu verbessern.

Der Erdungskabel sollte so dick wie möglich sein. Wenn der Erdungskabel sehr dünn ist, ist der Widerstand des Erdungskabels groß, wodurch sich das Erdungspotential mit der Stromänderung ändert, wodurch der Signalpegel instabil ist und die Störschutzfähigkeit der Schaltung verringert wird. Wenn der Verdrahtungsraum es zulässt, stellen Sie sicher, dass die Breite des Haupt-Massedrahts mindestens 2-3mm beträgt und der Massedraht auf dem Bauteilstift ungefähr 1,5mm betragen sollte.

Achten Sie auf die Wahl des Erdungspunktes. Wenn die Signalfrequenz auf der Leiterplatte niedriger als 1MHz ist, weil die elektromagnetische Induktion zwischen Verdrahtung und Komponenten wenig Wirkung hat und der zirkulierende Strom, der durch den Erdungskreis gebildet wird, einen größeren Einfluss auf die Störung hat, ist es notwendig, einen Erdungspunkt zu verwenden, damit er keine Schleife bildet. Wenn die Signalfrequenz auf der Leiterplatte höher als 10MHz ist, aufgrund des offensichtlichen Induktivitätseffekts des PCB-Layoutentwurfs, wird die Erdungsleitungsimpedanz sehr groß, und der von der Masseschaltung gebildete Zirkulationsstrom ist kein großes Problem mehr. Daher sollte eine Mehrpunkt-Erdung verwendet werden, um die Erdungsimpedanz so weit wie möglich zu reduzieren.

4. andere

·Zusätzlich zum Layout der Stromleitung sollte die Breite der Leiterbahn entsprechend der Größe des Stroms so dick wie möglich sein. Im PCB-Layout-Design sollte die Routingrichtung der Stromleitung und der Erdungsleitung mit der der Datenleitung übereinstimmen. Arbeiten Sie im PCB Layout Design. Verwenden Sie am Ende Erdungskabel, um die Unterseite der Leiterplatte abzudecken, wo keine Spuren vorhanden sind. Diese Methoden tragen alle dazu bei, die Störfestigkeit der Schaltung zu verbessern.

Die Breite der Datenleitung sollte so breit wie möglich sein, um die Impedanz zu reduzieren. Die Breite der Datenlinie ist mindestens nicht kleiner als 0.3mm (12mil), und es ist idealer, wenn es 0.46~0.5mm (18mil~20mil) ist.

Da ein Durchgang auf der Leiterplatte 10pF-Kapazitätseffekt bewirkt, führt dies zu viel Interferenz für Hochfrequenzschaltungen, so dass beim Entwerfen des Leiterplattenlayouts die Anzahl der Durchgänge so weit wie möglich reduziert werden sollte. Darüber hinaus verringern zu viele Durchkontaktierungen auch die mechanische Festigkeit der Leiterplatte.