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Quando progettiamo un PCB, spesso ci affidiamo all'esperienza e alle competenze che normalmente troveremo online. Ogni progetto PCB può essere ottimizzato per un'applicazione specifica e, in generale, le sue regole di progettazione si applicano solo all'applicazione di destinazione. Ad esempio, le regole del PCB convertitore analogico-digitale non si applicano ai PCB RF e viceversa. Tuttavia, alcune linee guida possono essere considerate universali per qualsiasi progettazione PCB. Qui, in questo tutorial, copriremo alcune domande e trucchi di base che possono migliorare significativamente il design PCB.
Distribuzione di energia e segnale
La distribuzione è un elemento chiave in qualsiasi progettazione elettrica. Tutti i componenti si basano sulla potenza per funzionare. A seconda del design, alcuni componenti potrebbero avere connessioni di alimentazione, mentre alcuni componenti della stessa scheda potrebbero avere connessioni di alimentazione scarse. Ad esempio, se tutti i componenti fossero alimentati da un unico filo, per ogni componente sarebbero osservate impedenze diverse, con conseguente riferimento a messa a terra multipli. Ad esempio, se hai due circuiti ADC, uno all'inizio e uno alla fine, e entrambi gli ADC leggono una tensione esterna, ogni circuito analogico leggerà un potenziale diverso rispetto a se stesso.
Possiamo riassumere la distribuzione dell'energia in tre modi possibili: sorgente a singolo punto, sorgente a stella e sorgente a più punti.
(a) Alimentazione a punto singolo: l'alimentazione elettrica e il cavo di massa di ogni componente sono separati l'uno dall'altro. I cavi di alimentazione di tutti i componenti si incontrano solo in un unico punto di riferimento. Un singolo punto è considerato adatto per l'alimentazione. Tuttavia, ciò non è fattibile per progetti complessi o grandi/medi.
(b) Star source: Star source can be regarded as an improvement on a single point source. It is different because of its key feature: the wiring length between components is the same. Star connections are commonly used for complex high-speed signal boards with various clocks. In a high-speed signal PCB, the signal usually comes from the edge and then goes to the center. All signals can be transmitted from the center to any region of the board, and there is a delay between regions.(c) Fonti multipunto: sono comunque considerate povere. Tuttavia, è facile da usare in qualsiasi circuito. Le sorgenti di punti multipli possono produrre differenze di riferimento tra i componenti e nell'accoppiamento di impedenza comune. Questo stile di design consente anche ai circuiti IC, clock e RF ad alta commutazione di introdurre rumore nei circuiti vicini che condividono connessioni.
Naturalmente, nella nostra vita quotidiana, non sempre avremo un unico tipo di distribuzione. Un compromesso può essere raggiunto mescolando sorgenti a singolo punto con sorgenti a più punti. È possibile mettere dispositivi sensibili analogici e sistemi RF ad alta velocità in un punto, e tutte le altre periferiche meno sensibili in un punto.
Piano di potenza
Vi siete mai chiesti se si dovrebbe utilizzare un aereo a motore? La risposta è sì. La scheda di alimentazione è uno dei modi per trasferire potenza e ridurre il rumore in qualsiasi circuito. Il piano di potenza accorcia il percorso del terreno, riduce l'induttanza e migliora le prestazioni di compatibilità elettromagnetica (EMC). Grazie ai due piani di potenza, viene creato un condensatore di disaccoppiamento a piastre parallele per prevenire la propagazione del rumore.
La scheda di alimentazione ha anche un evidente vantaggio: grazie alla sua area più ampia, permette una maggiore corrente di fluire attraverso, aumentando così l'intervallo di temperatura di funzionamento del PCB. Ma si prega di notare: lo strato di alimentazione può migliorare la temperatura di funzionamento, ma deve anche essere considerato il cablaggio. Le regole di tracciamento sono fornite da IPC-2221 e IPC-9592
Per PCB con sorgenti RF (o qualsiasi applicazione di segnale ad alta velocità), è necessario disporre di una messa a terra completa per migliorare le prestazioni della scheda. I segnali devono essere su piani diversi ed è quasi impossibile soddisfare entrambi i requisiti con due strati. Se si desidera progettare un'antenna o qualsiasi scheda RF con bassa complessità, è possibile utilizzare due strati.
Nei progetti a segnale misto, i produttori di solito consigliano di separare il terreno analogico da quello digitale. I circuiti analogici sensibili sono suscettibili agli interruttori e ai segnali ad alta velocità. Se la messa a terra analogica e digitale sono diversi, il piano di messa a terra sarà separato. Tuttavia, presenta i seguenti svantaggi. Dovremmo prestare attenzione all'area di crosstalk e loop che divide il terreno principalmente causata dalla discontinuità del piano di terra. La figura seguente mostra un esempio di due piani di messa a terra separati. Sul lato sinistro, la corrente di ritorno non può passare direttamente lungo la linea del segnale, quindi appare la regione del loop invece della regione del loop sulla destra.
