Blog de PCB - Detalla las reglas básicas para el diseño y cableado de PCB

El pcb, también conocido como placa de circuito impreso, puede realizar la conexión de circuito y la implementación funcional entre los componentes electrónicos, y también es una parte importante del diseño del Circuito de alimentación. Hoy, este artículo presentará las reglas básicas para el diseño y cableado de pcb.

1. reglas básicas para el diseño de componentes 1. De acuerdo con el diseño del módulo de circuito, los circuitos relacionados que logran la misma función se llaman módulos, los componentes del módulo de circuito deben adoptar el principio de concentración cercana, y los circuitos digitales y analógicos deben separarse; 2. no instalar componentes y equipos dentro de un rango de 1,27 mm alrededor de agujeros no de montaje, como agujeros de posicionamiento y agujeros estándar, ni dentro de 3,5 mm alrededor de agujeros de montaje, como tornillos (para m2.5) y 4 mm (para m3); 3. Evite colocar agujeros a través debajo de componentes como resistencias, inductores (plug - ins) y condensadores electroliticos instalados horizontalmente para evitar cortocircuitos entre los agujeros a través después de la soldadura de pico y la carcasa del componente; 4. la distancia entre el exterior del componente y el borde de la placa es de 5 mm; 5. la distancia entre la parte exterior de la Junta del componente de instalación y la parte exterior del componente adyacente es superior a 2 mm; 6. los componentes de la carcasa metálica y los componentes metálicos (cajas blindadas, etc.) no deben entrar en contacto con otros componentes, ni deben estar cerca de la línea de impresión y la almohadilla, y la distancia debe ser superior a 2 mm. Los agujeros de posicionamiento, los agujeros de instalación de sujetadores, los agujeros elípticos y otros agujeros cuadrados en la placa están a más de 3 mm del borde de la placa; 7. los elementos de calefacción no deben acercarse a los cables eléctricos y los elementos térmicos; Los elementos de alta temperatura deben distribuirse uniformemente; 8. las tomas de corriente deben colocarse en torno a la placa de circuito impreso en la medida de lo posible, y los terminales de bus conectados a las tomas de corriente deben colocarse en el mismo lado. Se debe prestar especial atención a no colocar tomas de corriente y otros conectores soldados entre los conectores para facilitar la soldadura de estos enchufes y conectores, así como el diseño y atado de los cables de alimentación. La distancia de disposición entre la toma de corriente y el conector de soldadura debe considerarse para facilitar la inserción y extracción del enchufe de corriente; 9. disposición de los demás componentes: todos los componentes IC están alineados en un lado, los componentes polares están claramente marcados y las marcas polares en la misma placa de impresión no deben exceder de dos direcciones. Cuando aparecen dos direcciones, estas dos direcciones son perpendiculares entre sí; 10. el cableado en la placa debe ser adecuadamente denso. Cuando la diferencia de densidad es demasiado grande, se debe rellenar la lámina de cobre de la malla, que debe ser superior a 8 mils (o 0,2 mm); 11. no debe haber agujeros en la almohadilla de montaje para evitar la pérdida de pasta de soldadura, lo que resulta en la soldadura de los componentes. Los cables de señal importantes no deben pasar entre los pines del enchufe; 12. el parche está alineado unilateralmente, la dirección del carácter es la misma y la dirección del embalaje es la misma; 13. para los equipos con polaridades, la dirección de la marca de polaridad en la misma placa debe ser lo más consistente posible. Las reglas de cableado de componentes prohíben el cableado en áreas donde el área de cableado está a 1 mm del borde del PCB y a 1 mm alrededor del agujero de instalación; 2. el cable de alimentación debe ser lo más ancho posible y no debe ser inferior a 18 mils; El ancho de la línea de señal no debe ser inferior a 12 mils; La línea de entrada y salida de la CPU no debe ser inferior a 10 mils (o 8 mils); La distancia entre líneas no debe ser inferior a 10 ml; 3. el agujero normal no debe ser inferior a 30 mils; 4. doble fila en línea: almohadilla de soldadura 60 mils, diámetro del agujero 40 mils; 55 mil (instalación de superficie 0805); Junta de 62 mil, con un diámetro de 42 mil cuando se inserta directamente; Condensadores sin electrodos: 51 * 55 mil (montaje de superficie 0805); Junta de 50 mil, el diámetro del agujero es de 28 Mil cuando se inserta directamente; 5. tenga en cuenta que el cable de alimentación y el cable de tierra deben ser lo más radiales posible, y el cable de señal no debe tener anillos.

2.1 Los siguientes sistemas deben prestar especial atención a la resistencia a las interferencias electromagnéticas: (1) la frecuencia de reloj del Microcontrolador es particularmente alta y el ciclo del bus es particularmente rápido. (2) el sistema incluye circuitos de accionamiento de alta potencia y alta corriente, como relés de generación de chispas, interruptores de alta corriente, etc. (3) sistemas con circuitos de señal analógicos débiles y circuitos de conversión a / D de alta precisión. 2.2 para mejorar la capacidad de resistencia a la interferencia electromagnética del sistema, se toman las siguientes medidas: (1) selección de Microcontroladores de baja frecuencia: la selección de microcontroladores con baja frecuencia de reloj externo puede reducir eficazmente el ruido y mejorar la capacidad de interferencia del sistema. Las ondas cuadradas y las ondas sinusoidales tienen la misma frecuencia, y los componentes de alta frecuencia en las ondas cuadradas son mucho más que las ondas sinusoidales. Aunque la amplitud del componente de alta frecuencia de la Onda cuadrada es menor que la amplitud de la onda fundamental, cuanto mayor sea la frecuencia, más fácil será emitir y convertirse en una fuente de ruido. El Microcontrolador produce aproximadamente tres veces más ruido de alta frecuencia influyente que la frecuencia del reloj.

(2) el Microcontrolador de distorsión en la transmisión de señal reducida se fabrica principalmente con tecnología CMOS de alta velocidad. La corriente de entrada estática en el extremo de entrada de la señal es de aproximadamente 1 ma, el capacitor de entrada es de aproximadamente 10 pf, la resistencia de entrada es bastante alta, y el extremo de salida del circuito CMOS de alta velocidad tiene una capacidad de carga considerable, es decir, un valor de salida considerable. Cuando se introducen líneas largas en terminales de entrada con una resistencia de entrada relativamente alta, los problemas de reflexión son muy graves, lo que provocará distorsiones en la señal y aumentará el ruido del sistema. Cuando TPD > rt, se convierte en un problema de línea de transmisión, que debe considerar problemas como la reflexión de la señal y la coincidencia de resistencia. El tiempo de retraso de la señal en la placa de circuito impreso está relacionado con la resistencia característica del cable, es decir, con la constante dieléctrica del material de la placa de circuito impreso. Se puede considerar aproximadamente que la velocidad de transmisión de la señal en el cable de la placa de circuito impreso es de aproximadamente 1 / 3 a 1 / 2 de la velocidad de la luz. En un sistema compuesto por microcontroladores, el RT (tiempo de retraso estándar) de los componentes telefónicos lógicos comunes oscila entre 3 y 18 ns. En la placa de circuito impreso, la señal pasa por una resistencia de 7W y un cable de 25 cm de largo, y el tiempo de retraso en línea es de aproximadamente 4 a 20 ns. Es decir, cuanto más corto sea el cable de señal en el circuito impreso, mejor, y la longitud no debe exceder los 25 cm. El número de agujeros debe ser lo menos posible, no más de 2. Cuando el tiempo de subida de la señal es más rápido que el tiempo de retraso de la señal, se procesa de acuerdo con la tecnología electrónica rápida. En este momento, se debe considerar la coincidencia de resistencia de la línea de transmisión. Para la transmisión de señales entre bloques integrados en placas de circuito impreso, es necesario evitar la situación de TD > trd. Cuanto mayor sea la placa de circuito impreso, más rápido será el sistema. Las reglas generales del diseño de la placa de circuito impreso se resumen en la siguiente conclusión: el tiempo de retraso en la transmisión de la señal en la placa de circuito impreso no debe ser mayor que el tiempo de retraso nominal del equipo utilizado.

(3) reducir la interferencia entre líneas de señal: la señal escalonada con un tiempo de subida del punto a de ter se transmite al extremo B a través del cable ab. el tiempo de retraso de la señal en línea AB es td. en el punto d, debido a la transmisión positiva de la señal del punto a, la reflexión de la señal después de llegar al punto B y el retraso de la línea ab, la señal de pulso de búsqueda con un ancho de ter se detectará después del tiempo td. En el punto c, debido a la transmisión y reflexión de la señal en ab, se detectará una señal de pulso positivo, cuyo ancho es el doble del tiempo de retraso de la señal en línea ab, es decir, 2td. Esta es la interferencia cruzada entre las señales. La intensidad de la señal de interferencia está relacionada con el di / at de la señal en el punto C y con la distancia entre líneas. Cuando las dos líneas de señal no son muy largas, lo que realmente se ve en AB es la superposición de dos pulsos. El Microcontrolador fabricado con el proceso CMOS tiene una alta resistencia de entrada, alto ruido y alta tolerancia al ruido. El circuito digital se superpone al ruido de entre 100 y 200 MV sin afectar su funcionamiento. esta interferencia se vuelve insoportable si la línea AB de la imagen es una señal analógica. Por ejemplo, si la placa de circuito impreso es una placa de cuatro capas, una de las cuales es una gran área de tierra, o una placa de doble cara, cuando el reverso de la línea de señal es una gran área de tierra, la interferencia cruzada entre estas señales se reduce. La razón es que la puesta a tierra a gran escala reduce la resistencia característica de la línea de señal y reduce en gran medida la reflexión de la señal en el extremo D. La resistencia característica es inversamente proporcional al cuadrado de la constante dieléctrica del medio entre la línea de señal y el suelo, y directamente proporcional al Logaritmo natural del espesor del medio. Si la línea AB es una señal analógica, para evitar la interferencia de la línea de señal del circuito digital cd con ab, debe haber una gran área de tierra debajo de la línea ab, y la distancia entre la línea AB y la línea CD debe ser de 2 a 3 veces mayor que la distancia entre la línea AB y la tierra. Se puede utilizar un blindaje parcial, y el cable de tierra se coloca a la izquierda y a la derecha del cable en un lado del conector del cable.

(4) reducir el ruido de la fuente de alimentación mientras alimenta el sistema, la fuente de alimentación también agregará su ruido a la fuente de alimentación proporcionada. Las líneas de reinicio, las líneas de interrupción y otras líneas de control del Microcontrolador en el circuito son vulnerables a la interferencia del ruido externo. La fuerte interferencia en la red eléctrica entra en el circuito a través de la fuente de alimentación, incluso en el sistema alimentado por la batería, la propia batería tiene ruido de alta frecuencia. Las señales analógicas en los circuitos analógicos son más resistentes a la interferencia de la fuente de alimentación.

(5) preste atención a las características de alta frecuencia de las placas de circuito impreso y los componentes. En el caso de alta frecuencia, no se pueden ignorar los inductores y condensadores distribuidos de cables, agujeros, resistencias, condensadores y conectores en placas de circuito impreso. La bobina de inducción distribuida del capacitor no puede ser ignorada, y la bobina de inducción no puede ser ignorada. La resistencia reflejará la señal de alta frecuencia y funcionará el capacitor de distribución del cable. cuando la longitud sea superior a 1 / 20 de la longitud correspondiente a la frecuencia de ruido, se producirá un efecto antena y el ruido se emitirá a través del cable. El agujero a través de la placa de circuito impreso produce un capacitor de aproximadamente 0,6 PF. El material de embalaje del circuito integrado en sí introduce condensadores de 2 a 6 PF. El conector en la placa de circuito tiene una inducción de distribución de 520nh. Doble fila de soporte de circuito integrado recto de 24 agujas, introduciendo inductores distribuidos de 4 a 18nh. A frecuencias más bajas, estos pequeños parámetros de distribución son insignificantes para esta serie de sistemas de microcontroladores; Se debe prestar especial atención a los sistemas de alta velocidad.

(6) la disposición de los componentes debe dividirse razonablemente. La ubicación de los componentes dispuestos en la placa de circuito impreso debe tener plenamente en cuenta la interferencia electromagnética. Uno de los principios es que los cables entre los componentes deben ser lo más cortos posible. En términos de disposición, la parte de señal analógica, la parte de circuito digital de alta velocidad y la parte de fuente de ruido (como relés, interruptores de alta corriente, etc.) deben separarse razonablemente para que las señales entre ellos se acoplen entre sí. Es importante procesar el cable de tierra, el cable de alimentación y el cable de tierra en la placa de circuito impreso. Para superar la interferencia electromagnética, el principal medio es la puesta a tierra. Para los paneles de doble cara, el diseño del cable de tierra es muy especial. Al adoptar el método de puesta a tierra de un solo punto, la fuente de alimentación y el cable de tierra se conectan desde ambos extremos de la fuente de alimentación a la placa de circuito impreso, un contacto para la fuente de alimentación y un contacto para la puesta a tierra. En la placa de circuito impreso, debe haber varios cables de tierra de retorno que se concentrarán en los contactos de la fuente de alimentación de retorno, que se llama tierra de un solo punto. La llamada separación de la puesta a tierra analógica, la puesta a tierra digital y la puesta a tierra de equipos de alta potencia significa que el cableado está separado, todo lo cual se reúne en este punto de puesta a tierra. Cuando se conecta a una señal fuera de la placa de circuito impreso, generalmente se utiliza un cable blindado. Para señales de alta frecuencia y digitales, los cables blindados están conectados a tierra en ambos extremos. El cable blindado de la señal analógica de baja frecuencia debe estar conectado a tierra en un extremo. Los circuitos muy sensibles al ruido y las interferencias o los circuitos con ruido de placas de PCB de alta frecuencia especial deben protegerse con tapas metálicas.