Technologie PCBA - À propos du câblage de la terre et de la tension dans la conception de PCB

Points clés:

· comprendre la mise à la terre et le câblage de tension dans la disposition et la conception de cartes de circuits imprimés

· meilleures pratiques pour la mise en œuvre des plans de puissance et de masse dans la conception de PCB

Il est facile de brancher le cordon d'alimentation dans une prise murale ou d'allumer l'interrupteur. Vous pensez peut - être qu'il est également facile de connecter les composants de votre carte de circuit imprimé à une source d'alimentation ou à la terre. Honnêtement, la conception de PCB était comme ça. Sur les cartes où l'intégrité du signal et de l'alimentation n'est pas très importante, il est possible de placer des trous dans le plan d'alimentation ou de masse et de les ignorer.

Cependant, selon les exigences de conception de l'électronique d'aujourd'hui, il y a beaucoup de choses dans la gestion des réseaux de distribution au lieu de simplement ajouter quelques trous dans la conception. Vous devez tenir compte de l'impact du PDN sur le reste de la carte, tout en vous assurant que l'appareil fonctionne avec la bonne alimentation et le réseau de terre. Cela nécessite quelques astuces sur la mise à la terre et le câblage de tension de la carte, et nous avons quelques idées utiles ici.

Câblage de masse et de tension sur la carte de circuit imprimé

Bien que les panneaux multicouches denses d'aujourd'hui soient largement utilisés dans l'électronique avancée, des panneaux bicouches bon marché sont encore nécessaires. Pour les appareils qui ne nécessitent pas beaucoup de circuits (comme les jouets ou d'autres produits de consommation simples), les cartes à double couche restent préférées pour réduire le temps et les coûts de fabrication. Cependant, dans le même temps, les performances de ces appareils électroniques continuent d'augmenter, ce qui nécessite des efforts supplémentaires dans la conception du réseau d'alimentation de la carte.

Seulement deux couches sont nécessaires pour l'utilisation, et il n'y a pas de couches internes disponibles pour le plan d'alimentation et le plan de masse, de sorte que l'alimentation doit être câblée. Il est recommandé que dans la plupart des applications, les concepteurs utilisent la plus petite largeur de trace possible et peuvent toujours être fabriqués à un prix bas. Typiquement, cela finit par produire 6 millions de signaux et 20 millions de puissance. Gardez à l'esprit que la largeur de la piste de puissance est proportionnelle au courant. Si le courant augmente, la largeur de la piste augmentera et vice versa.

Lors du câblage, le câblage du signal et de l'alimentation doit être placé au niveau supérieur et le chemin de retour doit rester au niveau inférieur. Le moyen le plus simple est de dédier la couche inférieure à un plan de sol solide. Vous devrez peut - être éventuellement utiliser une couche inférieure pour le routage du signal, mais si vous voulez vous assurer de garder un chemin clair pour le retour du signal.

Câblage tension et Signal câblage nécessite une planification minutieuse

L'utilisation de la mise à la Terre par le bas peut également vous aider à résoudre le bruit et d'autres problèmes d'intégrité du signal, mais elle peut également prendre beaucoup de place. Par conséquent, il est important de planifier soigneusement le câblage d'alimentation de la couche supérieure pour assurer une distribution uniforme de l'alimentation.

Si les broches SMT sont connectées à une source d'alimentation ou à la terre avec une grande surface de métal, cela peut entraîner un déséquilibre thermique entre les broches SMT et les broches avec moins de métal. Dans les petites pièces discrètes avec deux jambes, ce déséquilibre peut entraîner une condition appelée « impact de pierre tombale». C'est parce que le taux de soudure de retour sur une broche est plus rapide que sur l'autre et la pièce est tirée vers le haut et loin de l'autre broche.

Lors de la connexion de broches SMT discrètes à la masse ou au câblage de tension, il est préférable d'utiliser une largeur de trace suffisamment large pour répondre à la demande de courant afin de fournir une dissipation thermique. Cela aidera à maintenir l'équilibre thermique des deux broches de l'appareil.

Un autre problème avec les petites pièces discrètes est de placer les broches sur une grande surface de métal. Bien que cela offre les meilleures performances électriques, il agit également comme un énorme radiateur qui crée un grand déséquilibre thermique avec l'autre broche. La meilleure pratique pour répondre aux besoins de conception électrique et de fabrication de PCB est de connecter les broches SMT à plusieurs pistes ou « connexions». Cela fournit la dissipation de chaleur nécessaire pour souder les broches SMT.

Broches traversantes:

La connexion des broches traversantes aux pistes d'alimentation et de mise à la terre est généralement la même que pour toute autre piste, nécessitant une connexion directe aux plots de la broche à partir de la piste. Si les traces sont plus larges que les plots ou s'il y a des zones de remplissage en métal (telles que l'alimentation ou le plan de masse), vous devrez utiliser des plots chauds, comme indiqué dans l'image ci - dessous.

Ces radiateurs peuvent fournir une quantité suffisante de métal pour conduire le courant, mais réduiront la chaleur que le plan métallique tire des broches. Avec des outils de conception de PCB tels que cadence Allegro, vous pouvez contrôler la largeur des attaches de câble et l'espacement des tapis chauffants, en leur fournissant suffisamment de métal pour répondre à leurs besoins.

Radiateur pour broches traversantes dans le plan de masse

Avantages et inconvénients de l'alimentation et du plan de masse

Si vous souhaitez concevoir une carte multicouche, vous devrez peut - être configurer la pile de cartes pour une alimentation dédiée et un plan de masse. Le grand avantage de l'utilisation d'un avion est qu'il offre un moyen facile de connecter les composants à l'alimentation électrique et au sol, sans grandes traces et le câblage comme sur un double panneau. L'utilisation d'un plan de sol dans votre conception peut également vous apporter de nombreux autres avantages, notamment:

Chemin de retour: le signal se propagera de sa source à sa destination et devra ensuite retourner à sa source. Sans chemin de retour clair, ils produisent beaucoup de bruit en vol stationnaire, ce qui peut affecter d'autres circuits. Le plan de sol fournira ce chemin de retour simple.

· blindage: la couche de mise à la terre aidera à protéger les circuits sensibles des interférences électromagnétiques externes (EMI) et à empêcher les EMI générés à l'intérieur d'affecter d'autres appareils. De plus, l'utilisation d'un plan de masse entre les couches de signaux actifs dans la conception contribuera à réduire les possibilités de couplage ou de diaphonie à larges côtés entre les couches.

· réduction du bruit: lorsque le circuit numérique change d'état, il génère des impulsions de bruit via le circuit de mise à la terre, ce qui peut entraîner une commutation incorrecte d'autres circuits. Une grande surface du plan de masse aidera à réduire l'impact car son impédance est inférieure à celle de la ligne de masse qui traverse la trace.

· dissipation de chaleur: le plan de masse fournit également un bon dissipateur de chaleur pour les composants fonctionnant à chaud. En reliant ces composants à trous au plan de masse par l'intermédiaire de la carte, la chaleur peut être répartie uniformément sur la carte.

· d'autre part, lors de l'utilisation d'aéronefs motorisés et au sol, il y a quelques inconvénients à noter. Ce plan augmentera le nombre de couches de la plaque, ce qui augmentera le coût de fabrication. Les différentes zones d'un circuit, telles que numérique et analogique, nécessitent une gestion minutieuse de sa masse afin que le bruit d'un circuit n'affecte pas négativement l'autre. Et, une extrême prudence doit être prise lors de l'utilisation d'un avion Split pour contenir plusieurs sources d'alimentation ou des réseaux de terre. Ceci est particulièrement important pour le chemin de retour du signal, car le plan de séparation peut involontairement détruire ou bloquer un chemin qui aurait dû être dégagé.

Cependant, tous ces problèmes font partie du processus de conception de PCB et peuvent être résolus intelligemment avec des outils de conception de PCB avancés.