L'actualité PCB - Conception de PCB de haute qualité

Conception de PCB de haute qualité cet article est un résumé de certaines expériences avec la mise en page de PCB. Le contenu de cet article s'applique principalement aux systèmes analogiques de haute précision ou aux systèmes numériques à basse fréquence (< 50 MHz).

1. Disposition des composants

La disposition rationnelle des éléments est une condition préalable essentielle à la conception de diagrammes PCB de haute qualité. Les exigences relatives à la disposition des composants comprennent principalement l'installation, la contrainte, la chaleur, la signalisation et les exigences esthétiques.

1.1 installation

Se réfère à une série de fondations proposées pour le montage en douceur d'une carte dans un châssis, un boîtier, une fente, etc., sans interférences spatiales, des courts - circuits, etc., dans des situations d'application spécifiques, et de faire le connecteur spécifié à un endroit spécifié sur le châssis ou le boîtier. Exigences Je ne le répète pas ici.

1.2 force

La carte doit être capable de résister à diverses forces extérieures et vibrations pendant l'installation et le travail. Par conséquent, la carte devrait avoir une forme raisonnable et la position des différents trous (trous de vis, trous profilés) sur la carte devrait être raisonnablement alignée. En général, la distance entre le trou et le bord de la plaque doit être au moins supérieure au diamètre du trou. Dans le même temps, il est à noter que les parties faibles de la plaque causées par les trous profilés doivent également présenter une résistance suffisante à la flexion. Les connecteurs qui « s'étendent» directement du boîtier de l'appareil sur la carte doivent être raisonnablement fixés pour assurer une fiabilité à long terme.

1.3. Chauffage

Pour les dispositifs de forte puissance avec une forte production de chaleur, en plus de garantir des conditions de dissipation thermique, ils doivent être placés en place. En particulier dans les systèmes analogiques complexes, une attention particulière doit être accordée aux effets néfastes des champs de température générés par ces dispositifs sur les circuits Préamplificateurs fragiles. En général, les parties très puissantes doivent être réalisées séparément en un seul module, avec certaines mesures d'isolation thermique entre le circuit de traitement du signal et le circuit de traitement du signal.

1.4 signaux

L'interférence du signal est un facteur important à prendre en compte dans la conception d'un schéma de configuration PCB. Plusieurs aspects essentiels sont: le circuit de signal faible est séparé, voire isolé, du circuit de signal fort; La partie AC est séparée de la partie DC; La partie haute fréquence est séparée de la partie basse fréquence; Notez la direction de la ligne de signal; La disposition des lignes de sol; Prendre des mesures appropriées de blindage, de filtrage, etc. Ceux - ci ont été mis en évidence à plusieurs reprises dans un grand nombre de documents, donc je ne vais pas aller plus loin ici.

1.5 beauté

Pensez non seulement au placement ordonné et soigné des composants, mais aussi à la fluidité esthétique du câblage. Étant donné que le profane moyen met parfois davantage l'accent sur le premier afin d'évaluer unilatéralement les avantages et les inconvénients de la conception du circuit, pour l'image du produit, il convient de donner la priorité au premier lorsque les exigences de performance ne sont pas strictes. Cependant, dans les situations de haute performance, si vous devez utiliser une carte à double face et que la carte y est également encapsulée et souvent invisible, l'esthétique du câblage doit d'abord être soulignée. La section suivante traite en détail de « l'esthétique» du câblage.

2. Principe de câblage

Voici une présentation détaillée de certaines des mesures anti - interférence peu communes dans la littérature. Compte tenu du fait qu'un grand nombre de panneaux double - face sont encore utilisés dans des applications pratiques, en particulier dans la mise à l'essai de produits, ce qui suit concerne principalement les panneaux double - face.

2.1. Évitez les angles droits lorsque le câblage tourne « esthétiquement», essayez d'utiliser des transitions diagonales ou en arc de cercle. Le câblage doit être soigné et ordonné, avec une disposition centralisée qui évite les interférences mutuelles des signaux de nature différente et facilite l'inspection et la modification. Pour les systèmes numériques, il n'est pas nécessaire de s'inquiéter des interférences entre les lignes de signal (telles que les lignes de données, les lignes d'adresse) dans le même camp, mais les signaux de commande tels que la lecture, l'écriture et l'horloge doivent être utilisés indépendamment pour la protection par les lignes de masse. La station

Lors de la pose de grandes surfaces (qui seront discutées plus loin), essayez de maintenir une distance raisonnable et égale entre la ligne de mise à la Terre (qui devrait en fait être un « Plan» de mise à la terre) et la ligne de signal, et essayez de rester aussi près que possible pour éviter les courts - circuits et les fuites.

Pour les systèmes électriques faibles, les lignes de terre et d'alimentation doivent être aussi proches que possible. Pour les systèmes utilisant des composants montés en surface, les lignes de signal doivent être câblées à l'avant dans la mesure du possible.

2.2. Il y a beaucoup de discussion sur l'importance et les principes de disposition des lignes de terre dans la littérature, mais il manque encore une introduction détaillée et précise à la disposition des lignes de terre dans les PCB réels. Mon expérience est que pour améliorer la fiabilité du système (pas seulement pour faire des prototypes expérimentaux), la ligne de terre ne peut pas être surestimée de toute façon, en particulier dans le traitement des signaux faibles. À cette fin, nous ne devons épargner aucun effort pour mettre en œuvre le principe de la « pose de grandes surfaces».

Lors de la pose du sol, il doit généralement être en forme de grille, sauf si le sol dispersé est séparé par d'autres lignes. La performance thermique et la conductivité à haute fréquence de la mise à la terre en forme de grille sont bien meilleures que la ligne de mise à la terre entière. Dans le câblage à double panneau, il est parfois nécessaire de séparer les lignes de masse pour câbler les lignes de signal, ce qui est extrêmement préjudiciable pour maintenir une résistance à la terre suffisamment faible. Pour ce faire, une série de méthodes « intelligentes» doivent être adoptées pour assurer le « lissage» du courant de terre. Ces techniques comprennent:

Utilisez un grand nombre de composants montés en surface pour économiser de l'espace occupé par les trous de soudure qui devraient appartenir à la ligne de sol.profitez au maximum de l'espace à l'avant: dans le cas d'un grand nombre de composants montés en surface, essayez de faire en sorte que la ligne de signal atteigne le niveau supérieur Et remettez la couche inférieure à la ligne de sol "désintéressée". Cela implique d'innombrables petites astuces. Mon propre livre "une des astuces PCB:" SWAP pins ", a une astuce avec beaucoup de sorts similaires qui seront écrits à l'avenir.

Disposer rationnellement les lignes de signal pour "donner" à la ligne de sol des zones importantes de la plaque, en particulier "l'arrière - pays" (communication concernant l'ensemble de la ligne de sol de la plaque). Ceci est encore possible avec une conception minutieuse.

Coordination à l'avant et à l'arrière: parfois, sur un côté de la carte, le fil de terre n'a vraiment "pas de place". À ce stade, essayez de coordonner le câblage des deux côtés. Aux endroits correspondants, laisser suffisamment de sol pour poser les lignes de sol, puis traverser un nombre suffisant de trous de passage raisonnablement situés (compte tenu de la grande résistance des trous de passage) à travers la ligne de signal que le « Pont» traversera. Les deux rives du détroit de Taiwan, qui ont été forcés de se diviser, mais réticents, veulent unifier, Connecté dans un ensemble avec une conductivité électrique suffisante.

Le nombre de chiens qui sautent sur le mur: quand l'énorme ligne de sol est coupée par un petit fil de signal, parce que je ne peux pas sortir de cet endroit, laisser le signal se blesser, utilisez le cavalier. Parfois, je préfère ne pas tirer qu'un fil nu. Ce signal passe par des résistances ou d'autres dispositifs "à longues jambes". Je peux raisonnablement étendre les broches de cet appareil pour qu'il fonctionne comme un cavalier. Il ne passe pas seulement par le signal, mais évite également le nom indécent du Cavalier: - (bien sûr, dans la plupart des cas, je peux toujours laisser passer un tel signal à l'endroit approprié, en évitant de traverser la ligne de terre. La seule chose nécessaire est d'observer et d'imaginer.

Principe minimal: le chemin du courant de terre doit être raisonnable et les courants de signal forts et faibles ne doivent pas être côte à côte. Parfois, lors du choix d'un chemin raisonnable, une ligne de fond vaut une armée mal configurée.

D'ailleurs, il y a une citation célèbre qui suit: "Vous pouvez faire confiance à votre mère, mais jamais à votre terre". Dans le cas où le traitement du signal est extrêmement faible (inférieur au microvolt), même si le potentiel de la terre est maintenu cohérent par des moyens peu scrupuleux, la différence de potentiel de la terre en un point critique du circuit doit encore dépasser l'amplitude du signal traité, au moins de la même amplitude, la différence de potentiel instantanée pouvant être importante même si le potentiel statique est approprié. Pour ce cas, tout d'abord, en principe, le fonctionnement du circuit doit être aussi indépendant que possible du potentiel de la terre.

2.3. Disposition du cordon d'alimentation et filtrage de l'alimentation la littérature générale considère que le cordon d'alimentation doit être aussi épais que possible, mais je ne suis pas tout à fait d'accord. Ce n'est qu'à haute puissance (le courant d'alimentation moyen peut atteindre 1a en 1 seconde) qu'il est nécessaire d'assurer une largeur de ligne d'alimentation suffisante (d'après mon expérience, chaque courant 1a correspondant à 50 mil peut répondre aux besoins de la plupart des occasions). La largeur du cordon d'alimentation n'a pas d'importance si c'est juste pour empêcher les interférences de signal. Même, parfois, un cordon d'alimentation plus fin est plus avantageux! La qualité de l'alimentation ne réside généralement pas dans sa valeur absolue, mais dans les fluctuations et les perturbations superposées de l'alimentation. La clé pour résoudre les interférences électriques est le condensateur de filtrage! Si votre application a des exigences strictes en matière de qualité d'énergie électrique, n'économisez pas d'argent sur les condensateurs de filtrage! Les points suivants doivent être notés lors de l'utilisation de condensateurs de filtrage:

L'entrée de puissance de l'ensemble du circuit devrait avoir une mesure de filtrage "totale" et les différents types de condensateurs devraient s'adapter les uns aux autres, "pas moins", du moins pas mal. Pour les systèmes numériques, au moins 100uf électrolyse + 10uf feuille de tantale + 0.1uf Patch + 1nf patch. Électrolyse haute fréquence (100khz) 100uf + tantale 10uf + patch 0.47uf + patch 0.1uf. Système analogique AC: convient aux systèmes analogiques DC et basse fréquence: électrolyse 1000uf | 1000uf + tantale 10uf + patch 1uf + patch 0.1uf.

Chaque puce importante devrait avoir un ensemble de condensateurs de filtrage. Pour les systèmes numériques, un patch de 0,1 UF suffit généralement. Les puces de courant de fonctionnement importantes ou plus grandes doivent également être combinées avec 10uf Tantale ou 1uf patch, et les puces haute fréquence (CPU, cristal) doivent également être combinées avec 10nf | 470pf ou 1nf. Le condensateur doit être placé aussi près que possible de la broche d'alimentation de la puce et connecté aussi directement que possible. Plus le condensateur est petit, plus il doit être proche.

Pour le condensateur de filtrage de la puce, la partie à l'intérieur (du condensateur de filtrage à la broche d'alimentation de la puce) doit être aussi épaisse que possible et il est préférable d'utiliser plusieurs fils fins côte à côte. Dans le cas où un condensateur de filtrage fournit une source de tension à basse impédance (AC) et supprime les interférences de couplage AC, la ligne d'alimentation extérieure à la broche du condensateur (c'est - à - dire la partie allant de l'alimentation principale au condensateur de filtrage) est moins importante. La largeur de ligne n'a pas besoin d'être trop épaisse, du moins il n'est pas nécessaire d'occuper une grande surface de plaque pour cela. Certains systèmes analogiques exigent également que l'entrée d'alimentation utilise un réseau de filtres RC pour supprimer davantage les interférences, et il est avantageux que les lignes d'alimentation plus fines ne soient parfois que le double de la résistance d'un filtre RC.

Pour les systèmes avec une grande plage de températures de fonctionnement, il convient de noter que les performances des condensateurs électrolytiques en aluminium peuvent réduire, voire perdre, l'effet de filtration à basse température. À ce stade, un condensateur au tantale approprié doit être utilisé. Par exemple, Remplacez l'aluminium 470uf | 1000uf par du tantale 100uf ou l'aluminium 100uf par une feuille de tantale 22uf. Veillez à ne pas laisser les condensateurs électrolytiques en aluminium trop près d'un appareil de chauffage haute puissance.