Blogue PCB - Compétences de mise en page de carte PCB, ingénieur intelligent comprendre

La carte PCB, également connue sous le nom de carte de circuit imprimé, peut permettre la connexion de circuits et la mise en œuvre fonctionnelle entre les composants électroniques et constitue également une partie importante de la conception de circuits d'alimentation. Aujourd'hui, cet article va couvrir les règles de base pour la disposition et le câblage des cartes PCB.

1. Règles de base pour la disposition des composants

1) selon la disposition du module de circuit, les circuits connexes qui remplissent la même fonction sont appelés modules, les composants du module de circuit doivent adopter le principe de la concentration la plus récente, les circuits numériques et analogiques doivent être séparés en même temps;

2) n'installez pas les composants et l'équipement à moins de 1,27 mm autour des trous non montés tels que les trous de positionnement et les trous standard, ni à moins de 3,5 mm (pour m2,5) et 4 mm (pour m3) autour des trous de montage tels que les vis;

3) Évitez de placer des Vias sous des composants tels que des résistances, des inductances (Inserts) et des condensateurs électrolytiques montés horizontalement pour éviter les courts - circuits entre les Vias et le boîtier du composant après la soudure à la vague;

4) l'extérieur de l'ensemble est à 5 mm du bord de la plaque;

5) l'extérieur du coussin de l'élément de montage est à plus de 2 mm de l'extérieur de l'élément de montage adjacent;

6) l'assemblage de boîtier métallique et les pièces métalliques (boîte de blindage, etc.) ne peuvent pas toucher d'autres composants, ni être proches de la ligne d'impression et des plots, l'espacement doit être supérieur à 2 mm. Les dimensions des trous de positionnement, des trous de fixation, des trous elliptiques et des autres trous carrés de la plaque sont supérieures à 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 de circuit imprimé 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 connecteurs de soudage doit être considéré comme facilitant l'insertion et l'extraction des prises de courant;

9) disposition des autres éléments: tous les éléments IC sont alignés d'un côté, la polarité est clairement indiquée sur les éléments polaires et les marques de polarité 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 plaque doit être suffisamment dense, lorsque la différence de densité est trop grande, il doit être rempli de feuille de cuivre maillée, la taille du maillage doit être supérieure à 8 Mil (ou 0,2 mm);

11) Il ne devrait pas y avoir de trous traversants sur les plots de patch pour éviter la perte de pâte à souder, entraînant le soudage des composants. Les lignes de signal importantes ne doivent pas passer entre les broches de la prise;

12) Les patchs sont alignés d'un côté, la même direction des caractères et la même direction de l'emballage;

13) pour les appareils avec polarité, la direction des marques de polarité sur la même carte doit être aussi cohérente que possible.

2. Règles de câblage des composants

1) Le câblage est interdit dans une zone de câblage inférieure ou égale à 1 mm du bord de la carte PCB et à moins 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 18mil; La largeur de la ligne de signal ne doit pas être inférieure à 12 mil; La ligne d'entrée - sortie CPU ne doit pas être inférieure à 10 mil (ou 8 Mil); L'espacement des lignes ne doit pas être inférieur à 10 ml;

3) Le trou traversant normal n'est pas inférieur à 30mil;

4) double rangée en ligne: joint 60mil, ouverture 40mil; Résistance 1 / 4w: 51 * 55mil (0805 montage de surface); Plots en ligne 62mil, ouverture 42mil; Condensateur sans électrode: 51 * 55mil (0805 montage en surface); En ligne, le joint est de 50mil et le diamètre du trou est de 28mil;

5) s'il vous plaît noter que le cordon d'alimentation et le fil de terre doivent être aussi radial que possible et le fil de signal ne doit pas être bouclé.

3. Comment améliorer la capacité anti - interférence et la compatibilité électromagnétique

Comment améliorer la résistance aux interférences et la compatibilité électromagnétique lors du développement de produits électroniques avec processeur?

3.1 Les systèmes suivants doivent accorder une attention particulière à la résistance aux perturbations électromagnétiques:

1) un système où la fréquence d'horloge du microcontrôleur est particulièrement élevée et la période du bus particulièrement rapide.

2) Le système contient une puissance élevée, un circuit d'entraînement à courant élevé, tel qu'un relais de génération d'étincelles, un interrupteur à courant élevé, etc.

3) Système avec circuit de signal analogique faible et circuit de conversion A / D élevé.

3.2 prendre les mesures suivantes pour améliorer la résistance du système aux perturbations électromagnétiques:

1) choisir un microcontrôleur basse fréquence: choisir un microcontrôleur avec une faible fréquence d'horloge externe peut réduire efficacement le bruit et améliorer la capacité anti - interférence du système. Les ondes carrées et sinusoïdales ont la même fréquence et il y a beaucoup plus de composantes hautes fréquences dans les ondes carrées 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) réduire la distorsion dans la transmission du signal

Les microcontrôleurs sont principalement fabriqués avec la technologie CMOS haute 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 introduite dans une entrée à impédance d'entrée 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 considérer grossièrement que la vitesse de transmission d'un signal sur les fils de la carte de circuit imprimé 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 composant logico - téléphonique usuel est compris entre 3 et 18 NS. Sur la carte de circuit imprimé, le signal passe par une résistance de 7W et un fil de 25cm de long, le temps de retard du fil est d'environ 4 ~ 20ns. C'est - à - dire que plus la ligne de signal sur le circuit imprimé est courte, sa longueur ne doit pas dépasser 25 cm. Le nombre de trous traversants 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, le traitement est effectué selon une technologie 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, le cas où td > trd doit être évité. Plus la carte de circuit imprimé est grande, plus le système est rapide.

3) Réduction des interférences croisées 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 la ligne AB. Le temps de retard du signal sur la ligne ab est TD. Au point d, un signal d'impulsion de Paging de largeur tr sera induit Après le temps TD en raison de la transmission directe du signal au point a, de la réflexion du signal après l'arrivée au point B et du retard de la ligne AB. Au point C, du fait de la transmission et de la réflexion du signal sur ab, on induit un signal impulsionnel positif dont la largeur est le double du temps de retard du signal sur ab, soit 2td. C'est une interférence croisée entre les signaux. L'intensité du signal perturbateur est liée à di / at du signal au point C, tandis que di / at est liée 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 le bruit de 100 ~ 200mv sans affecter son fonctionnement. Si la ligne ab sur la figure est un signal analogique, cette perturbation devient intolérable. Par example, lorsque 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 double face, les interférences croisées entre les signaux sont 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, ce qui réduit considérablement la réflexion du signal sur l'extrémité 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, pour éviter l'interférence de la ligne de signal de circuit numérique CD sur ab, il devrait y avoir une grande zone de mise à la terre sous la ligne ab, la distance de la ligne AB à la ligne CD devrait être supérieure à 2 ~ 3 fois la distance de la ligne AB à la terre. Un blindage partiel peut être utilisé, les fils de terre étant disposés de part et d'autre du fil, à droite et à gauche, d'un côté du connecteur de fil.

4) réduire le bruit de puissance

Tout en fournissant de l'énergie au 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 interférences sur le réseau électrique entrent dans le circuit par l'intermédiaire d'une source d'alimentation, même dans les systèmes alimentés par batterie, la batterie elle - même a un bruit à haute fréquence. Les signaux analogiques dans les circuits analogiques sont plus résistants aux interférences de l'alimentation.

5) faites attention aux caractéristiques à haute fréquence des circuits imprimés et des composants

Dans le cas des hautes fréquences, l'inductance et la capacité de distribution des conducteurs, des Vias, des résistances, des condensateurs et des connecteurs sur la carte de circuit imprimé ne sont pas négligeables. L'inductance de distribution du condensateur n'est pas négligeable et la capacité de distribution de l'inductance n'est pas négligeable. La résistance crée une réflexion du 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, il y aura un effet d'antenne et le bruit sera émis à travers la sonde. Les Vias de la carte de circuit imprimé génèrent une capacité d'environ 0,6 PF. Le matériau d'encapsulation du circuit intégré lui - même introduit une capacité de 2 ~ 6pf. Un type de connecteur sur une carte de circuit imprimé avec une inductance de distribution de 520 NH. Prise IC 24 broches à double rangée avec inductance de distribution 4 ~ 18nh. Aux fréquences inférieures, ces petits paramètres de distribution sont négligeables pour cette famille de systèmes à microcontrôleurs; Une attention particulière doit être accordée aux systèmes à grande vitesse.

6) la disposition des composants doit être raisonnablement partitionnée

La position de placement des éléments sur la carte de circuit imprimé doit tenir pleinement compte du problème de la résistance aux interférences 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 pour permettre le couplage du signal entre eux.

G traitement des lignes de mise à la terre

Sur une carte de circuit imprimé, les lignes d'alimentation et de terre sont importantes. Pour surmonter les interférences électromagnétiques, le principal moyen est la mise à la terre. Pour les panneaux à double face, la disposition de la ligne de sol est très spéciale. En utilisant une méthode de mise à la terre à point unique, l'alimentation et le fil de terre sont connectés 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, qui est ce que l'on appelle un point de masse 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 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 à haute fréquence, doivent être blindés à l'aide d'un couvercle métallique.

7) utiliser pleinement le condensateur de découplage

Un bon condensateur de découplage haute fréquence peut éliminer les composantes haute fréquence jusqu'à 1 GHz. Les condensateurs à plaques en céramique ou les condensateurs en céramique multicouches ont de meilleures caractéristiques à haute fréquence. Lors de la conception d'une carte de circuit imprimé, un condensateur de découplage doit être ajouté entre l'alimentation et la masse de chaque circuit intégré. Le condensateur de découplage a deux fonctions: d'une part, il s'agit d'un condensateur de stockage d'énergie du circuit intégré qui fournit et absorbe l'énergie de charge et de décharge du circuit intégré aux instants d'ouverture et de fermeture des portes; D'autre part, il contourne le bruit à haute fréquence de l'appareil. La capacité de découplage typique dans un circuit numérique est de 0,1 UF. L'inductance distribuée du condensateur de découplage est de 5 NH et sa fréquence de résonance en parallèle est de l'ordre de 7 MHz, ce qui signifie qu'il a un bon effet de découplage sur les bruits inférieurs à 10 MHz. Le bruit ne fonctionne presque pas. 1uf, 10uf condensateur, fréquence de résonance parallèle au - dessus de 20mhz, l'effet d'élimination du bruit à haute fréquence est meilleur. Un condensateur haute fréquence de 1uf ou 10uf est généralement bénéfique lorsque l'alimentation entre dans la carte, ce qui est nécessaire même pour les systèmes alimentés par batterie. Un condensateur de charge et de décharge, ou un condensateur de stockage et de décharge, doit être ajouté tous les 10 circuits intégrés. La taille du condensateur peut être de 10uf. Les condensateurs électrolytiques ne sont pas utilisés. Le condensateur électrolytique est enroulé par deux couches minces de pu. Cette structure enroulée se comporte comme une inductance aux hautes fréquences. Utilisez un condensateur biliaire ou un condensateur en polycarbonate. Le choix de la valeur de la capacité de découplage n'est pas rigoureux et peut être calculé à C = 1 / F; C'est - à - dire que 10 MHz nécessite 0,1 UF, ce qui peut être compris entre 0,1 ~ 0,01 UF pour un système composé de microcontrôleurs.

3. Expérience dans la réduction du bruit et des interférences électromagnétiques.

1) Si la puce à basse vitesse peut être utilisée, la puce à haute vitesse n'est pas nécessaire. Les parties clés utilisent des puces à haute vitesse.

2) Les résistances peuvent être connectées en série pour réduire le taux de conversion des bords supérieur et inférieur du circuit de commande.

3) essayez de fournir une certaine forme d'amortissement pour les relais, etc.

4) utilisez une horloge de fréquence conforme aux exigences du système.

5) le générateur d'horloge doit être aussi proche que possible de l'appareil qui utilise l'horloge et le boîtier de l'oscillateur à quartz doit être mis à la terre.

6) sortez de la zone d'horloge avec la bobine de terre et faites le fil d'horloge aussi court que possible.

7) le circuit de commande d'E / s doit être aussi près que possible du bord de la carte de circuit imprimé et le laisser sortir de la carte de circuit imprimé dès que possible. Les signaux entrant dans la carte de circuit imprimé doivent être filtrés, tout comme les signaux provenant de zones à fort bruit. Dans le même temps, la méthode de résistance aux bornes en série doit être utilisée pour réduire la réflexion du signal.

8) Les extrémités inutiles du MCD doivent être connectées au niveau haut ou à la masse, ou définies comme des sorties. Une extrémité du circuit intégré qui doit être connectée à la masse d'alimentation doit être connectée et ne doit pas flotter.

9) ne pas flotter l'entrée d'un circuit de porte qui n'est pas utilisé, mettre l'entrée positive de l'amplificateur opérationnel qui n'est pas utilisé à la masse et connecter l'entrée négative à la sortie.

10) Les cartes de circuits imprimés devraient essayer d'utiliser des lignes de 45 plis au lieu de 90 pour réduire l'émission externe et le couplage des signaux à haute fréquence.

11) la carte de circuit imprimé est divisée en fonction des caractéristiques de commutation de fréquence et de courant, la distance entre la composante de bruit et la composante de non - bruit devrait être plus grande.

12) Alimentation unique point de connexion et un point de mise à la terre unique pour les panneaux simples et doubles, le cordon d'alimentation et le fil de terre doivent être aussi épais que possible. Si les conditions économiques le permettent, des plaques multicouches peuvent être utilisées pour réduire l'inductance Capacitive de l'alimentation et de la terre.

13) gardez les signaux de sélection d'horloge, de bus et de puce éloignés des lignes d'E / s et des connecteurs.

14) la ligne d'entrée de tension analogique et les bornes de tension de référence doivent être aussi éloignées que possible de la ligne de signal du circuit numérique, en particulier de l'horloge.

15) pour les appareils A / D, la partie numérique et la partie analogique doivent être unifiées et non croisées.

16) Les lignes d'horloge perpendiculaires aux lignes d'E / s ont moins d'interférences que les lignes d'E / s parallèles et les broches des composants d'horloge sont éloignées des câbles d'E / S.

17) la broche de l'élément doit être aussi courte que possible et la broche du condensateur de découplage doit être aussi courte que possible.

18) Les lignes clés doivent être aussi grossières que possible, avec une mise à la terre protégée des deux côtés. Les lignes à grande vitesse doivent être courtes et droites.

19) ne pas faire fonctionner les lignes sensibles au bruit en parallèle avec les lignes de commutation à haute vitesse à courant élevé.

20) ne courez pas de traces sous les cristaux de quartz et les équipements sensibles au bruit.

21) circuit de signal faible, ne pas former une boucle de courant autour du circuit de basse fréquence.

22) ne faites pas de boucle pour n'importe quel signal, si inévitable, essayez de minimiser la zone de boucle.

23) Un condensateur de découplage par IC. Un petit condensateur de dérivation haute fréquence doit être ajouté à côté de chaque condensateur électrolytique.

24) Utiliser un condensateur au tantale de grande capacité ou un condensateur Multi - froid au lieu d'un condensateur électrolytique comme condensateur de stockage d'énergie de charge et de décharge du circuit. Lorsque vous utilisez un condensateur tubulaire, le boîtier doit être mis à la terre sur la carte PCB.