Teknologi PCBA - Tentang pendaratan dan kawat tegangan dalam rancangan PCB

Titik kunci:

· Memahami laluan tanah dan tekanan melalui layout papan sirkuit cetak dan desain

· Praktik terbaik untuk melaksanakan pesawat kuasa dan tanah dalam rancangan PCB

Sangat mudah untuk menyalakan tali kuasa ke dalam soket dinding atau menyalakan suis cahaya. Anda mungkin berfikir bahawa ia juga mudah untuk menyambungkan komponen pada papan sirkuit cetak ke sumber kuasa atau tanah. Sejujurnya, ini pernah menjadi kes dengan rancangan PCB. Pada papan di mana isyarat dan integriti kuasa tidak sangat penting, anda boleh meletakkan vias dalam kuasa atau pesawat tanah dan mengabaikannya.

Namun, menurut keperluan desain produk elektronik hari ini, terdapat banyak perkara untuk mengendalikan rangkaian distribusi kuasa, bukan hanya menambah beberapa vias dalam desain. Anda perlu mempertimbangkan kesan PDN pada papan sirkuit yang lain, sementara masih memastikan bahawa peralatan boleh menggunakan kuasa dan grid tanah yang betul. Ini memerlukan beberapa keterampilan dalam kawat mendarat dan tegangan papan sirkuit anda, dan kami memberikan beberapa idea berguna di sini.

Kabel tanah dan tegangan pada papan sirkuit cetak

Walaupun papan berbilang lapisan yang padat hari ini sangat digunakan dalam peralatan elektronik maju, masih perlu papan dua lapisan murah. Untuk peranti yang tidak memerlukan banyak sirkuit (seperti mainan atau produk pengguna sederhana lain), papan dua lapisan masih lebih suka untuk mengurangi masa dan kos penghasilan. Namun, pada masa yang sama, prestasi peranti elektronik ini masih berkembang, yang memerlukan lebih banyak usaha dalam desain rangkaian bekalan kuasa papan sirkuit.

Hanya dua lapisan diperlukan untuk digunakan, dan tiada lapisan dalaman yang tersedia untuk pesawat kuasa dan tanah, jadi anda perlu lalui kuasa. Ia dicadangkan bahawa dalam kebanyakan aplikasi, desainer menggunakan lebar jejak yang paling kecil yang mungkin dan masih boleh dihasilkan pada harga yang rendah. Biasanya ini berakhir dengan 6 juta jejak isyarat dan 20 juta jejak kuasa. Ingat bahawa lebar jejak kuasa adalah proporsional kepada semasa-jika semasa meningkat, lebar jejak akan meningkat, dan sebaliknya.

Apabila penghalaan, penghalaan isyarat dan kuasa patut ditempatkan pada lapisan atas, dan laluan kembali patut disimpan pada lapisan bawah. Cara paling mudah adalah untuk dedikasikan lapisan bawah sebagai pesawat tanah yang kuat. Anda mungkin akhirnya perlu menggunakan beberapa lapisan bawah untuk penghalaan isyarat, tetapi jika anda ingin memastikan untuk menjaga laluan jelas untuk kembali isyarat.

Penghalaan tegangan dan isyarat memerlukan perancangan berhati-hati

Menggunakan tanah bawah juga boleh membantu and a menyelesaikan bunyi dan masalah integriti isyarat lain, tetapi ia juga akan mengambil banyak ruang. Oleh itu, penting untuk merancang dengan hati-hati kawat bekalan kuasa tingkat atas untuk memastikan bekalan kuasa diseluruh seluruh papan.

Jika pin SMT disambung dengan bekalan kuasa atau tanah dengan kawasan besar logam, ia boleh menyebabkan ketidakseimbangan panas antara pin SMT dan pin dengan kurang logam. Dalam bahagian yang lebih kecil dengan dua kaki, ketidakseimbangan ini boleh menyebabkan keadaan yang dipanggil "serangan batu makam". Ini adalah di mana kadar reflow askar pada satu pin lebih cepat daripada pin yang lain, dan bahagian ditarik dan jauh dari pin yang lain.

Apabila menyambung pin SMT diskret ke kawat tanah atau tekanan, lebih baik menggunakan lebar jejak yang cukup luas untuk memenuhi permintaan semasa untuk menyediakan penyebaran panas. Ini akan membantu menjaga dua pin peranti terma seimbang.

Masalah lain dengan bahagian-bahagian diskret kecil adalah untuk meletakkan pin pada kawasan besar logam. Walaupun ini menyediakan prestasi elektrik terbaik, ia juga bertindak sebagai sink panas besar, mencipta ketidakseimbangan panas besar dengan pin lain. Praktik terbaik untuk memenuhi rancangan elektrik dan keperluan penghasilan PCB adalah menyambungkan pin SMT dengan jejak berbilang atau "sambungan." Ini menyediakan penyebaran panas yang diperlukan untuk menyelidiki pin SMT.

Melalui pin lubang:

Sambungan pins lubang melalui kuasa dan jejak tanah biasanya sama dengan mana-mana jejak lain, memerlukan sambungan langsung dari jejak ke pad pin. Jika jejak lebih luas daripada pad, atau terdapat kawasan penuh logam (seperti kuasa atau pesawat tanah), anda perlu guna pad panas, seperti yang dipaparkan dalam figur di bawah.

Bak panas ini boleh menyediakan sejumlah logam yang cukup untuk menjalankan arus, tetapi akan mengurangkan panas yang ditarik dari pin oleh pesawat logam. Dengan alat reka PCB seperti Cadence Allegro, and a boleh mengawal lebar tali kabel dan ruang dalam pad panas untuk menyediakan logam yang cukup untuk pad untuk memenuhi keperluannya.

Tengkorak panas pin lubang dalam pesawat tanah

Keuntungan dan kelemahan bekalan kuasa dan pesawat tanah

Jika and a ingin merancang papan sirkuit berbilang lapisan, anda mungkin perlu konfigur tumpukan papan untuk tenaga dan pesawat tanah yang ditentukan. Keuntungan terbesar dalam menggunakan pesawat adalah bahawa ia menyediakan cara mudah untuk menyambungkan komponen kepada bekalan kuasa dan tanah tanpa perlukan jejak lebar dan kabel seperti pada papan dua lapisan. Penggunaan pesawat tanah dalam rancangan anda juga boleh membawa banyak keuntungan lain, termasuk:

· Laluan kembali: isyarat akan berjalan dari sumbernya ke destinasinya, dan kemudian perlu kembali ke sumbernya. Jika tidak ada jalan kembali yang jelas, mereka akan menghasilkan banyak bunyi apabila berbaring-balik, yang mungkin mempengaruhi sirkuit lain. Pesawat tanah akan menyediakan laluan kembalian sederhana ini.

· Perisai: Lapisan mendarat akan membantu melindungi sirkuit sensitif dari gangguan elektromagnetik luaran (EMI) dan mencegah EMI yang dijana dalam daripada mempengaruhi peralatan lain. Selain itu, penggunaan pesawat tanah diantara lapisan isyarat aktif dalam rancangan akan membantu mengurangkan kemungkinan untuk menyambung sisi luas atau saling bercakap diantara lapisan.

· Kurangkan bunyi: Apabila litar digital menukar keadaan, ia akan menghasilkan denyutan bunyi melalui litar tanah, yang boleh menyebabkan penukaran palsu dalam litar lain. Kawasan besar pesawat tanah akan membantu mengurangi kesan kerana impedance itu lebih rendah daripada impedance wayar tanah melalui jejak.

· Pencerahan panas: Pesawat tanah juga menyediakan sink panas yang baik untuk komponen yang berjalan panas. Dengan menyambung bahagian-bahagian ini dengan lubang ke pesawat tanah melalui papan sirkuit, panas boleh disebarkan secara bersamaan pada papan sirkuit.

Di sisi lain, terdapat beberapa kekurangan yang perlu diketahui apabila menggunakan tenaga dan pesawat tanah. Pesawat akan meningkatkan bilangan lapisan papan, yang akan meningkatkan biaya penghasilan. Kawasan-kawasan berbeza litar (seperti digital dan analog) perlu mengendalikan pendaratan mereka dengan hati-hati supaya bunyi dari satu litar tidak mempengaruhi litar yang lain. Dan, apabila menggunakan pesawat terbagi untuk mengakomodasi sumber kuasa berbilang atau grid mendarat, perlukan perhatian ekstrim. Ini sangat penting untuk laluan semula isyarat, kerana pesawat pemisahan mungkin secara tidak sengaja menghancurkan atau blok laluan yang seharusnya tidak diharamkan.

Namun, semua masalah ini adalah sebahagian daripada proses desain PCB, dan alat desain PCB maju boleh digunakan untuk memecahkan masalah ini dengan kemahiran.