PCB Tecnico - Come progettare il PCB della scheda di controllo a chip singolo?

Il processo più basilare di progettazione di un circuito stampato può essere diviso in tre fasi: progettazione schematica del circuito, generazione di netlist e progettazione del circuito stampato. Non importa che sia il layout del dispositivo sulla scheda o il cablaggio, ecc., ci sono requisiti specifici.

Ad esempio, il cablaggio di ingresso e uscita dovrebbe essere evitato il più possibile per evitare interferenze. Il percorso parallelo delle due linee di segnale deve essere separato dal filo di terra e il cablaggio di due strati adiacenti dovrebbe essere il più possibile perpendicolare l'uno all'altro. È probabile che l'accoppiamento parassitico avvenga in parallelo. I fili di alimentazione e di massa devono essere separati in due strati per quanto possibile per essere perpendicolari l'uno all'altro. In termini di larghezza della linea, un ampio cavo di terra può essere utilizzato come loop per il circuito digitale PCB, cioè una rete di terra (il circuito analogico non può essere utilizzato in questo modo) e viene utilizzata una grande area di rame.

Il seguente articolo spiega i principi e alcuni dettagli a cui è necessario prestare attenzione nella progettazione PCB della scheda di controllo del microcontrollore.

1. Layout dei componenti

Per quanto riguarda la disposizione dei componenti, i componenti collegati tra loro dovrebbero essere posizionati il più vicino possibile. Ad esempio, il generatore di clock, l'oscillatore di cristallo e l'ingresso dell'orologio della CPU sono tutti soggetti al rumore, quindi dovrebbero essere posizionati più vicini. Per quei dispositivi che sono inclini al rumore, circuiti a bassa corrente, circuiti di commutazione di circuiti ad alta corrente, ecc., tenerli lontani dal circuito di controllo logico e dal circuito di archiviazione (ROM, RAM) del microcomputer a chip singolo il più possibile. Se possibile, questi circuiti possono essere trasformati in circuiti. Scheda, questo favorisce l'anti-interferenza e migliora l'affidabilità del lavoro del circuito.

2. Condensatore di disaccoppiamento

Prova a installare condensatori di disaccoppiamento accanto a componenti chiave, come ROM, RAM e altri chip. Infatti, tracce del circuito stampato, connessioni a pin e cablaggio, ecc. possono contenere grandi effetti di induttanza. La grande induttanza può causare forti picchi di rumore di commutazione sulla traccia Vcc. L'unico modo per evitare picchi di rumore di commutazione sulle tracce Vcc è posizionare un condensatore di disaccoppiamento elettronico 0.1uF tra VCC e alimentazione a terra. Se sul circuito vengono utilizzati componenti di montaggio superficiale, i condensatori chip possono essere utilizzati direttamente contro i componenti e fissati sul pin Vcc. È meglio usare condensatori ceramici, perché questo tipo di condensatore ha bassa perdita elettrostatica (ESL) e impedenza ad alta frequenza, e la temperatura e il tempo della stabilità dielettrica di questo tipo di condensatore sono anche molto buoni. Cercate di non usare condensatori al tantalio, perché la loro impedenza è più alta alle alte frequenze.

Prestare attenzione ai seguenti punti quando si posizionano condensatori di disaccoppiamento:

Collegare un condensatore elettrolitico 100uF attraverso l'estremità di ingresso di potenza del circuito stampato. Se il volume lo consente, una capacità maggiore è migliore.

■In linea di principio, un condensatore ceramico 0.01uF deve essere posizionato accanto a ogni chip del circuito integrato. Se lo spazio del circuito stampato è troppo piccolo per adattarsi, è possibile posizionare un condensatore di tantalio 1-10 per ogni 10 chip.

■Per componenti con debole capacità anti-interferenza e grandi cambiamenti di corrente durante lo spegnimento e componenti di archiviazione come RAM e ROM, un condensatore di disaccoppiamento dovrebbe essere collegato tra la linea di alimentazione (Vcc) e la linea di terra.

Il cavo del condensatore non dovrebbe essere troppo lungo, specialmente il condensatore bypass ad alta frequenza non può avere piombo.

3. Progettazione del filo di terra

Nel sistema di controllo a singolo chip, ci sono molti tipi di cavi di terra, come terra del sistema, terra dello scudo, terra logica, terra analogica, ecc Se il cavo di terra è correttamente disposto determinerà l'abilità anti-interferenza del circuito stampato. Quando si progettano cavi di terra e punti di messa a terra, devono essere considerati i seguenti problemi:

Il terreno logico e il terreno analogico dovrebbero essere cablati separatamente e non possono essere utilizzati insieme. Collegare i rispettivi cavi di terra ai corrispondenti cavi di terra di alimentazione. Durante la progettazione, il cavo di terra analogico dovrebbe essere il più spesso possibile e l'area di messa a terra del terminale dovrebbe essere ingrandita il più possibile. In generale, è meglio isolare i segnali analogici in ingresso e in uscita dal circuito del microcontrollore attraverso optocoppiatori.

■Quando si progetta il circuito stampato del circuito logico, il cavo di massa dovrebbe formare una forma a circuito chiuso per migliorare la capacità anti-interferenza del circuito.

Il filo di terra dovrebbe essere il piu' spesso possibile. Se il filo di terra è molto sottile, la resistenza del filo di terra sarà grande, causando il potenziale di terra a cambiare con il cambiamento di corrente, causando il livello del segnale instabile e la capacità anti-interferenza del circuito è ridotta. Se lo spazio di cablaggio lo consente, assicurarsi che la larghezza del filo di terra principale sia di almeno 2-3mm e che il filo di terra sul perno del componente sia di circa 1,5mm.

Fai attenzione alla scelta del punto di messa a terra. Quando la frequenza del segnale sul circuito stampato è inferiore a 1MHz, perché l'induzione elettromagnetica tra cablaggio e componenti ha poco effetto e la corrente circolante formata dal circuito di messa a terra ha una maggiore influenza sulle interferenze, è necessario utilizzare un punto di messa a terra in modo che non formi un ciclo. Quando la frequenza del segnale sul circuito stampato è superiore a 10 MHz, a causa dell'evidente effetto di induttanza della progettazione del layout PCB, l'impedenza della linea di terra diventa molto grande e la corrente circolante formata dal circuito di terra non è più un problema importante. Pertanto, la messa a terra multipunto dovrebbe essere utilizzata per ridurre il più possibile l'impedenza del suolo.

4. altri

·Oltre al layout della linea elettrica, la larghezza della traccia dovrebbe essere il più spessa possibile in base alle dimensioni della corrente. Nella progettazione del layout PCB, la direzione di routing della linea elettrica e della linea di terra dovrebbe essere coerente con quella della linea dati. Lavorare nella progettazione del layout PCB. Alla fine, utilizzare cavi di terra per coprire il fondo del circuito dove non ci sono tracce. Tutti questi metodi aiutano a migliorare la capacità anti-interferenza del circuito.

La larghezza della linea dati deve essere il più ampia possibile per ridurre l'impedenza. La larghezza della linea dati è almeno non inferiore a 0.3mm (12mil), ed è più ideale se è 0.46 ~ 0.5mm (18mil ~ 20mil).

■Poiché una via sul circuito stampato porterà all'effetto di capacità 10pF, questo introdurrà troppa interferenza per i circuiti ad alta frequenza, quindi quando si progetta il layout PCB, il numero di vie dovrebbe essere ridotto il più possibile. Inoltre, troppe vie ridurranno anche la resistenza meccanica del circuito stampato.