Conception électronique - Conception de mise à la terre PCB

La conception de PCB est indispensable et le plus important dans la conception de produits électroniques. La qualité de la conception du PCB aura un impact direct sur la mise en œuvre des fonctionnalités du produit. Il n'est pas difficile de concevoir un circuit PCB pour remplir sa fonction. Ce qui est difficile, c'est qu'il n'est pas soumis à divers effets (tels que les changements de température et d'humidité, les changements de pression atmosphérique, les chocs mécaniques, la corrosion, etc.) et peut continuer à fonctionner normalement et de manière stable, nous prendrons donc diverses méthodes de conception ou mesures de processus de fabrication pour éliminer ou réduire ces effets afin d'assurer le bon fonctionnement du PCB, Par example, l'utilisation de composants de température plus larges pour s'adapter à un environnement d'utilisation à haute ou basse température; Essayez de rendre la zone de motif de circuit égale des deux côtés de la plaque d'impression, pour empêcher les changements de température de provoquer la déformation de la plaque d'impression; Organisez rationnellement la position des composants volumineux et lourds sur la plaque d'impression et Concevez la structure fixe de montage correspondante pour empêcher les composants de tomber en raison des vibrations.

Tout d'abord, le plus important est le gaz de terre. Il est bien connu que la conception de la terre est la base de la conception du système. Une bonne mise à la terre est une condition préalable au fonctionnement sûr et stable du système. La mise à la terre généralisée comprend deux couches de signification, à savoir la mise à la terre et la mise à la Terre virtuelle. Connexion à la terre signifie une connexion à la terre; Par connexion à une masse virtuelle, on entend une connexion à un point de référence de potentiel. Lorsque le point de référence est isolé électriquement de la terre, il est appelé une connexion flottante. La mise à la terre a deux objectifs: l'un est d'assurer un fonctionnement stable et fiable du système de contrôle et d'empêcher les interférences causées par la boucle de mise à la terre, c'est ce que l'on appelle communément la mise à la terre de travail; L'autre consiste à prévenir les risques d'électrocution pour les opérateurs en raison de dommages à l'isolation de l'appareil ou de chutes et à garantir la sécurité de l'appareil, appelée mise à la terre de protection.

Si la mise à la terre de sécurité n'est pas considérée, du point de vue du point de référence du circuit uniquement, la mise à la terre peut être divisée en une mise à la terre flottante, une mise à la terre à point unique, une mise à la terre multipoint et une mise à la terre hybride. Le but d'une mise à la terre flottante est d'isoler un circuit ou un appareil d'une mise à la terre commune ou d'un fil électrique commun susceptible de provoquer la circulation d'un courant électrique. L'inconvénient de ce mode de mise à la terre est que l'appareil n'est pas directement mis à la terre, ce qui crée facilement une accumulation d'électricité statique et finalement un claquage électrostatique avec un fort courant de décharge. La méthode habituelle consiste à connecter une grande résistance électrique entre l'appareil et le sol pour éliminer l'accumulation d'électricité statique. Un point de mise à la terre unique signifie que dans un circuit, un seul point physique est défini comme un point de référence de mise à la terre. La mise à la terre multipoint se réfère au fait que, dans un système, chaque point de mise à la terre est connecté au plan de masse le plus proche, ce qui rend la longueur du fil de mise à la terre la plus courte possible. C'est la seule méthode de mise à la terre pratique pour les circuits de signaux à haute fréquence. D'une manière générale, il est préférable d'utiliser un point de masse unique lorsque la fréquence est inférieure à 1 MHz; Lorsque la fréquence est supérieure à 10 MHz, une mise à la terre multipoint est préférable; La longueur de la ligne de mise à la terre ne doit pas dépasser 1 / 20 de la longueur d'onde, sinon elle doit être mise à la terre multipoints. Dans des conditions normales, dans les systèmes de contrôle industriels courants, la fréquence du signal est généralement inférieure à 1 MHz, de sorte qu'un point de mise à la terre unique est généralement utilisé. La mise à la terre hybride est une combinaison de mise à la terre à point unique et de mise à la terre multipoint, la plage de fréquence de fonctionnement applicable est généralement de 500 khzï½ 30 MHz.

Dans un système de contrôle informatique, il est grossièrement divisé en les types de mise à la terre suivants: mise à la terre analogique, mise à la terre numérique, mise à la terre du signal, mise à la terre du système, mise à la terre à courant alternatif et mise à la terre de protection. La masse analogique est le potentiel nul des circuits analogiques dans les capteurs, les émetteurs, les amplificateurs, les convertisseurs a - D et D - a. Les signaux analogiques ont des exigences de précision, leurs signaux sont relativement faibles et sont connectés au site de production. Parfois, pour distinguer la relation entre la terre faiblement signalisée d'un capteur à distance et la terre analogique de l'hôte, la terre du capteur est également appelée terre signalisée. En tant que potentiel nul pour les différents circuits numériques dans un ordinateur, la masse numérique doit être séparée de la masse analogique pour éviter les interférences des impulsions numériques sur le signal analogique. La masse du système est le point final de retour à la masse décrit ci - dessus et est directement reliée à la masse comme potentiel zéro de référence. La masse alternative est la masse de la ligne d'alimentation ou ligne zéro de l'alimentation alternative de l'ordinateur, dont le potentiel nul est très instable. Il existe généralement une différence de potentiel de quelques volts, voire plusieurs dizaines de volts, entre deux points quelconques sur le sol alternatif. De plus, la zone de communication est également sujette à diverses perturbations. Par conséquent, la terre alternative ne doit jamais être reliée à la terre ci - dessus, les performances d'isolation du transformateur de puissance alternatif doivent être bonnes et le phénomène de fuite doit être évité. La mise à la terre de protection est également appelée mise à la terre de sécurité, mise à la terre du châssis ou mise à la terre blindée. L'objectif est de rendre le châssis de l'appareil et la terre équipotentielles, empêchant la charge du châssis d'affecter la sécurité des personnes et des équipements.

Après avoir compris la classification et la fonction des lignes de sol, il est nécessaire de classer les lignes de sol dans le PCB et de prendre les mesures appropriées pour concevoir les lignes de sol. Par exemple, les lignes de masse des dispositifs TTL et CMOS devraient être radiales et non annulaires; La largeur du fil de terre sur la carte de circuit imprimé doit être déterminée en fonction de la taille du courant passant, pas moins de 3 mm, si possible, plus le fil de terre est large good; La ligne de masse du condensateur de dérivation ne doit pas être longue et doit être aussi courte que possible; La ligne de mise à la terre à potentiel zéro pour les courants importants doit être aussi large que possible et doit être séparée de la mise à la terre pour les petits signaux. Il existe également des principes et des méthodes de conception qui peuvent être conçus en se référant aux exigences du chapitre 10 pour la conception de la mise à la terre des PCB.

Pour un choix rationnel des conducteurs de mise à la terre et de leurs méthodes de connexion, nous avons effectué quelques classifications de la mise à la terre selon le tableau 1.

Tableau 1 classification de la mise à la terre

Un autre problème à noter est le traitement du plan de référence dans la conception du PCB, qui aura un impact direct sur la qualité du PCB. En général, nous pouvons effectuer certains traitements de la manière suivante:

1) le plan d'alimentation est proche du plan de masse (pour les circuits haute fréquence uniquement): lorsque la fréquence de fonctionnement du circuit est élevée (par exemple supérieure à 100 MHz), le plan d'alimentation doit être proche du plan de masse pour maximiser le couplage capacitif entre le plan d'alimentation et le plan de masse et réduire le bruit de l'alimentation.

2) plusieurs plans de masse sont reliés par des Vias: lorsqu'il y a plus d'une couche de terre dans le PCB, des Vias plus dispersés doivent être utilisés pour relier les plans de masse sur la carte, en particulier si le signal est concentré et que la couche change. Fournit des boucles plus courtes et réduit le rayonnement sur les signaux de changement de couche. Comme le montre la figure 1, les plans de masse sont reliés entre eux par des perçages sur la circonférence plane, ce qui permet de réduire efficacement le rayonnement externe du PCB.

Figure 1 par connexion

3) Appliquer le principe 20h lorsque les conditions le permettent: les perturbations électromagnétiques rayonnent vers l'extérieur à partir des bords de la plaque en raison des changements de champ électrique entre la couche d'alimentation et la couche de terre, ce qui est connu sous le nom d'effet de bord. La solution consiste à rétrécir la couche de puissance pour que le champ électrique ne soit conduit qu'à l'intérieur de la couche de terre. En H (épaisseur du milieu entre la source et le sol), 70% du champ électrique peut être confiné aux bords de la couche de sol si le retrait est de 20 h; Si le retrait est de 100 H, le champ électrique peut être limité à 98%. Lors de la mise en oeuvre du principe 20h, il convient de satisfaire préférentiellement la boucle de signal minimale et l'impédance de signal continue. C'est - à - dire que, lorsque le plan de puissance est rétracté, le principe 20h peut être ignoré dans cette plage si les couches de signal adjacentes ont des traces sur les bords du plan de puissance pour s'assurer que les signaux ne se croisent pas et que les limites du plan de puissance doivent s'étendre au - delà de la position de la ligne de signal.

4) Ajouter une couche de terre en tant que couche d'isolation du signal: lorsque les couches de signal sont nombreuses et nécessitent une couche d'isolation, il est préférable d'ajouter un plan de masse en tant que couche d'isolation plutôt qu'une couche d'alimentation en tant que couche d'isolation.

5) zone d'extension du plan de commande: lors de la conception du plan de masse de l'alimentation, la zone d'extension du plan de commande doit être contrôlée pour éviter le chevauchement des plans de référence des différents types de circuits. En outre, il existe un couplage capacitif entre les plans de charge parallèles. Comme le montre la figure 2, il y aura un couplage mutuel entre le plan analogique d'alimentation Analog P et le plan numérique de masse G.

Contrôle d'une zone d'extension de l'aéronef figure 2 contrôle d'une zone d'extension de l'aéronef