Blogue PCB - Détails règles de base pour la disposition et le câblage de PCB

PCB, également connu sous le nom de carte de circuit imprimé, peut réaliser la connexion de circuit et la mise en œuvre fonctionnelle entre les composants électroniques et est également une partie importante de la conception du circuit d'alimentation. Aujourd'hui, cet article couvrira les règles de base de la mise en page et du câblage des PCB.

1. Règles de base pour la disposition des composants 1. Selon la disposition du module de circuit, le circuit concerné remplissant la même fonction est appelé module, les éléments du module de circuit doivent adopter le principe de la concentration proche, le circuit numérique et le circuit analogique doivent être séparés; 2. Les composants à moins de 1,27 mm autour des trous de positionnement, des trous standard, etc. ne doivent pas être installés, les composants à moins de 3,5 mm (m2,5), 4 mm (m3) autour des trous de montage tels que les vis sont strictement interdits; 3. Évitez de placer des trous sous des composants tels que des résistances, des inductances (Inserts), des condensateurs électrolytiques, etc. montés horizontalement pour éviter les courts - circuits entre les trous et le boîtier du composant après la soudure à la vague; 4. L'extérieur de l'élément est à 5 mm du bord de la plaque; 5. L'extérieur du rembourrage d'un composant installé est à plus de 2 mm de l'extérieur du composant adjacent; 6. L'assemblage de boîtier métallique et les pièces métalliques (boîte de blindage, etc.) ne peuvent pas toucher d'autres composants, ne peuvent pas être proches de la ligne d'impression et des plots, l'espacement doit être supérieur à 2 mm. Les trous de positionnement, les trous de fixation, les trous elliptiques et autres trous carrés de la plaque sont dimensionnés à plus de 3 mm du bord de la plaque; 7. Les éléments chauffants ne peuvent pas être à proximité des fils et des éléments thermiques; Les éléments chauds élevés doivent être répartis uniformément; 8. Les prises de courant doivent être disposées autour de la carte d'impression autant que possible et les bornes de bus connectées aux prises de courant doivent être disposées du même côté. Une attention particulière doit être accordée à ne pas disposer de prises de courant et d'autres connecteurs de soudage entre les connecteurs pour faciliter le soudage de ces prises et connecteurs, ainsi que la conception et le cerclage des câbles d'alimentation. L'espacement des dispositions des prises de courant et des joints soudés doit être pris en compte pour faciliter l'insertion et le démontage des prises de courant; 9. Disposition des autres éléments: tous les éléments IC sont alignés d'un côté, les éléments polaires sont clairement marqués, les marques polaires sur la même plaque d'impression ne doivent pas dépasser deux directions. Lorsque deux directions apparaissent, ces deux directions sont perpendiculaires l'une à l'autre; 10. Le câblage sur la carte doit être suffisamment dense. Lorsque la différence de densité est trop grande, la Feuille de cuivre réticulée doit être remplie et la maille doit être supérieure à 8 Mil (ou 0,2 mm); 11. Il ne devrait pas y avoir de trous traversants dans le panneau de brasage, afin de ne pas perdre la pâte à souder, ce qui provoque le soudage des composants. Les lignes de signal importantes ne sont pas autorisées à passer entre les broches de la prise; 12. Le patch est aligné unilatéralement, la direction des caractères est cohérente, la direction de l'emballage est cohérente; 13. Pour les dispositifs à polarité, l’orientation des marques de polarité sur une même plaque doit être aussi cohérente que possible. Les règles de câblage des composants interdisent le câblage dans une zone où la zone de câblage est à 1 mm du bord du PCB, ainsi que dans une zone de 1 mm autour du trou de montage; 2. Le cordon d'alimentation doit être aussi large que possible et ne doit pas être inférieur à 18 ml; La largeur de la ligne de signal ne doit pas être inférieure à 12 mil; La ligne d'entrée et de sortie CPU ne doit pas être inférieure à 10mil (ou 8mil); L'espacement des lignes ne doit pas être inférieur à 10 mil; 3, le trou traversant normal ne doit pas être inférieur à 30mil; 4, double rangée en ligne: joint 60mil, ouverture 40mil; 55 mils (0805 montage en surface); 62mil rembourrage, 42mil ouverture lorsqu'il est inséré directement; Condensateur sans électrode: 51 * 55mil (0805 montage en surface); 50mil pad avec 28mil d'ouverture lors de l'insertion directe; 5. Notez que le cordon d'alimentation et le fil de terre doivent être radiaux autant que possible, le fil de signal ne peut pas avoir de boucle de retour.

2.1 Les systèmes suivants doivent accorder une attention particulière à la résistance aux interférences électromagnétiques: (1) La fréquence d'horloge du microcontrôleur est particulièrement élevée et le cycle du bus est particulièrement rapide. (2) Le système contient des circuits d'entraînement à haute puissance et à courant élevé, tels que des relais de génération d'étincelles, des interrupteurs à courant élevé, etc. (3) un système avec un circuit de signal analogique faible et un circuit de conversion A / D de haute précision. 2.2 pour améliorer la capacité du système à résister aux interférences électromagnétiques, Prendre les mesures suivantes: (1) choisir un microcontrôleur à basse fréquence: le choix d'un microcontrôleur avec une fréquence d'horloge externe inférieure peut réduire efficacement le bruit et améliorer la capacité anti - interférence du système. Les ondes carrées et sinusoïdales ont la même fréquence, et les composantes hautes fréquences dans les ondes carrées sont beaucoup plus nombreuses que les ondes sinusoïdales. Bien que l'amplitude de la composante haute fréquence de l'onde carrée soit inférieure à celle de l'onde fondamentale, plus la fréquence est élevée, plus il est facile d'émettre et de devenir une source de bruit. Le bruit haute fréquence impactant généré par le microcontrôleur est environ 3 fois plus élevé que la fréquence d'horloge.

(2) Les microcontrôleurs réduisant la distorsion dans la transmission du signal sont principalement fabriqués avec la technologie CMOS à grande vitesse. Le courant d'entrée statique à l'entrée du signal est de l'ordre de 1 ma, la capacité d'entrée est de l'ordre de 10 PF, l'impédance d'entrée est assez élevée et la sortie du circuit CMOS haute vitesse a une capacité de charge importante, c'est - à - dire une valeur de sortie importante. Les problèmes de réflexion sont très graves lorsqu'une ligne longue est dirigée vers une entrée dont l'impédance d'entrée est relativement élevée, ce qui entraîne une distorsion du signal et augmente le bruit du système. Lorsque TPD > tr, cela devient un problème de ligne de transmission et des problèmes tels que la réflexion du signal et l'adaptation d'impédance doivent être pris en compte. Le temps de retard du signal sur la carte de circuit imprimé est lié à l'impédance caractéristique du fil, c'est - à - dire à la constante diélectrique du matériau de la carte de circuit imprimé. On peut penser grossièrement que la vitesse de transmission du signal sur les fils de la plaque d'impression est d'environ 1 / 3 à 1 / 2 de la vitesse de la lumière. Dans un système constitué d'un microcontrôleur, le tr (temps de retard standard) d'un élément téléphonique logique usuel est compris entre 3 et 18 NS. Sur une carte de circuit imprimé, le signal passe par une résistance de 7 W et un fil de 25 cm de long avec un temps de retard en ligne compris entre 4 et 20 NS environ. C'est - à - dire que plus la ligne de signal sur le circuit imprimé est courte, mieux c'est, et la longueur ne doit pas dépasser 25 cm. Le nombre de pores doit être aussi petit que possible, pas plus de 2. Lorsque le temps de montée du signal est plus rapide que le temps de retard du signal, il est traité selon une électronique rapide. À ce stade, l'adaptation d'impédance de la ligne de transmission doit être considérée. Pour la transmission de signaux entre blocs intégrés sur une carte de circuit imprimé, il est nécessaire d'éviter le cas où td > Trd. Plus la carte de circuit imprimé est grande, moins le système sera trop rapide. La règle de base pour la conception de cartes de circuits imprimés est résumée comme suit: le temps de retard pour la transmission de signaux sur une carte de circuits imprimés ne doit pas être supérieur au temps de retard nominal de l'équipement utilisé.

(3) Réduction de l'interférence entre les lignes de signal: un signal de pas avec un temps de montée tr au point a est transmis à l'extrémité B par le fil AB. Le temps de retard du signal sur la ligne ab est TD. Au point d, la réflexion du signal après l'arrivée au point B et le retard de la ligne ab sont dus à la transmission directe du signal sur le point a, Un signal d'impulsion de page de largeur tr sera induit après le temps TD. Au point C, un signal impulsionnel positif de largeur double du temps de retard du signal sur la ligne ab, soit 2td, sera induit du fait de la transmission et de la réflexion du signal sur AB. C'est une interférence croisée entre les signaux. L'intensité du signal perturbateur est liée à di / at du signal au point C et à la distance entre les lignes. Lorsque les deux lignes de signal ne sont pas très longues, on voit en fait sur Ab une superposition de deux impulsions. Les microcontrôleurs fabriqués avec le processus CMOS ont une impédance d'entrée élevée, un bruit élevé et une tolérance au bruit élevée. Le circuit numérique superpose 100 ~ 200mv de bruit sans affecter son fonctionnement. Si la ligne ab de la figure est un signal analogique, cette perturbation deviendra intolérable. Par example, si la carte de circuit imprimé est une carte à quatre couches, dont l'une est une grande surface mise à la terre, ou une carte à deux faces, les interférences croisées entre ces signaux seront réduites lorsque le contraire de la ligne de signal est une grande surface. La raison en est qu'une grande surface de mise à la terre réduit l'impédance caractéristique de la ligne de signal et réduit considérablement la réflexion du signal à la borne D. L'impédance caractéristique est inversement proportionnelle au carré de la constante diélectrique du milieu entre la ligne de signal et la masse et directement proportionnelle au logarithme naturel de l'épaisseur du milieu. Si la ligne ab est un signal analogique, afin d'éviter l'interférence de la ligne de signal de circuit numérique CD sur la ligne ab, il doit y avoir une grande zone de mise à la terre sous la ligne ab, la distance de la ligne AB à la ligne CD doit être supérieure à la distance de la ligne AB à la terre de 2 à 3 fois. Un blindage partiel peut être utilisé, le fil de terre étant disposé à gauche et à droite du fil, du côté où il est engagé.

(4) réduire le bruit de l'alimentation en même temps que l'alimentation du système, l'alimentation ajoute également son bruit à l'alimentation fournie. Les lignes de Réinitialisation, de coupure et autres lignes de commande du microcontrôleur dans le circuit sont susceptibles d'être perturbées par des bruits extérieurs. De fortes perturbations sur le réseau entrent dans le circuit par l'intermédiaire d'une source d'alimentation électrique, et même dans les systèmes alimentés par batterie, la batterie elle - même génère un bruit à haute fréquence. Les signaux analogiques dans les circuits analogiques sont plus résistants aux interférences provenant de l'alimentation.

(5) faites attention aux caractéristiques à haute fréquence des circuits imprimés et des composants. Dans le cas des hautes fréquences, ni les conducteurs, ni les Vias, ni les résistances, ni les condensateurs sur la carte de circuit imprimé, ni les inductances et capacités distribuées du connecteur ne peuvent être négligés. L'inductance de distribution du condensateur ne peut être négligée, de même que la capacité de distribution de l'inductance. La résistance reflétera le signal haute fréquence et la capacité de distribution du fil jouera un rôle. Lorsque la longueur est supérieure à 1 / 20 de la longueur d'onde correspondante de la fréquence du bruit, un effet d'antenne apparaîtra et le bruit sera émis à travers le fil. La porosité excessive de la carte de circuit imprimé produira une capacité d'environ 0,6 PF. Le matériau d'encapsulation du circuit intégré lui - même introduira une capacité de 2 ~ 6 PF. Les connecteurs sur la carte ont une inductance distribuée de 520 NH. Un support de circuit intégré à deux rangées de 24 broches introduit une inductance distribuée de 4 ~ 18nh. Ces petits paramètres de distribution sont négligeables à plus basse fréquence pour cette ligne du système à Microcontrôleur; Une attention particulière doit être accordée aux systèmes à grande vitesse.

(6) la disposition des composants doit être raisonnablement divisée. L'emplacement des composants disposés sur la carte de circuit imprimé doit tenir pleinement compte des perturbations électromagnétiques. L'un des principes est que les conducteurs entre les composants doivent être aussi courts que possible. Dans la disposition, la Section de signal analogique, la Section de circuit numérique à grande vitesse et la Section de source de bruit (par exemple, relais, interrupteurs à courant élevé, etc.) doivent être raisonnablement séparées de sorte que les signaux entre eux soient couplés les uns aux autres. Manipulez le fil de terre sur la carte de circuit imprimé, le fil d'alimentation et le fil de terre sont importants. Pour surmonter les interférences électromagnétiques, le principal moyen est la mise à la terre. Pour les panneaux à double face, la disposition des lignes de sol est très soignée. Avec un seul point de mise à la terre, l'alimentation et la mise à la terre sont connectées à la carte de circuit imprimé à partir des deux extrémités de l'alimentation, un contact pour l'alimentation et un contact pour la mise à la terre. Sur une carte de circuit imprimé, il doit y avoir plusieurs lignes de masse de retour qui se rassemblent sur les contacts de l'alimentation de retour, c'est ce qu'on appelle une mise à la terre à point unique. Ce que l'on appelle la séparation de la mise à la terre analogique, de la mise à la terre numérique et de la mise à la terre des appareils de forte puissance signifie que le câblage est séparé et que tout cela est réuni à ce point de mise à la terre. Lorsqu'il est connecté à un signal autre qu'une carte de circuit imprimé, un câble blindé est généralement utilisé. Pour les signaux haute fréquence et numériques, le câble blindé est mis à la Terre aux deux extrémités. Le câble blindé du signal analogique basse fréquence doit être mis à la terre à une extrémité. Les circuits qui sont très sensibles au bruit et aux interférences ou qui sont particulièrement bruyants sur les cartes PCB doivent être blindés à l'aide d'un couvercle métallique.