Teknik PCB - Bagaimana untuk merancang papan kawalan satu cip PCB?

Proses paling asas untuk merancang papan sirkuit boleh dibahagi menjadi tiga langkah: rancangan skematik sirkuit, generasi senarai jaringan, dan rancangan papan sirkuit cetak. Tidak kira ia adalah layout peranti di papan atau kawat, dll., terdapat keperluan khusus.

Contohnya, kawat input dan output patut dihindari sebanyak mungkin untuk menghindari gangguan. Jalur selari dua garis isyarat mesti dipisahkan dengan wayar tanah, dan wayar dua lapisan bersebelahan seharusnya bertentangan satu sama lain sebanyak mungkin. Penyambungan parasitik mungkin berlaku secara selari. Kuasa dan wayar tanah sepatutnya dipisahkan menjadi dua lapisan sejauh yang mungkin untuk bertentangan satu sama lain. Dalam terma lebar baris, wayar tanah luas boleh digunakan sebagai loop untuk sirkuit digital PCB, iaitu, rangkaian tanah (sirkuit analog tidak boleh digunakan dengan cara ini), dan kawasan besar tembaga digunakan.

Artikel berikut menjelaskan prinsip dan beberapa perincian yang perlu diperhatikan dalam rekaan PCB papan kawalan microcontroller.

1. Bentangan komponen

Dalam bentangan komponen, komponen yang berkaitan satu sama lain patut ditempatkan sebanyak mungkin. Contohnya, generator jam, oscilator kristal, dan input jam CPU semua cenderung kepada bunyi, jadi mereka patut ditempatkan lebih dekat. Untuk peranti yang cenderung kepada bunyi, sirkuit semasa rendah, sirkuit semasa tinggi, dll., jauhkan mereka dari sirkuit kawalan logik dan sirkuit penyimpanan (ROM, RAM) mikrokomputer cip tunggal sebanyak mungkin. Jika mungkin, sirkuit ini boleh dibuat menjadi sirkuit. Papan, ini menyebabkan anti-gangguan dan meningkatkan kepercayaan kerja sirkuit.

2. Memutuskan kondensator

Cuba pasang kapasitor penyahpautan di sebelah komponen kunci, seperti ROM, RAM, dan cip lain. Malah, jejak papan sirkuit cetak, sambungan pin dan kabel, dll. mungkin mengandungi kesan induksi besar. Induktan besar mungkin menyebabkan suara menukar tingkat pada jejak Vcc. Satu-satunya cara untuk mencegah menukar titik bunyi pada jejak Vcc adalah menempatkan kondensator pemisahan elektronik 0.1uF antara VCC dan tanah kuasa. Jika komponen lekap permukaan digunakan pada papan sirkuit, kapasitor cip boleh digunakan secara langsung terhadap komponen dan ditetapkan pada pin Vcc. Lebih baik menggunakan kondensator keramik, kerana jenis kondensator ini mempunyai kehilangan elektrostatik rendah (ESL) dan impedance frekuensi tinggi, dan suhu dan masa stabiliti dielektrik jenis kondensator ini juga sangat baik. Cuba jangan guna kondensator tantalum, kerana impedance mereka lebih tinggi pada frekuensi tinggi.

Perhatikan titik berikut bila meletakkan kondensator penyahpautan:

Sambungkan kondensator elektrolitik 100uF di hujung input kuasa papan sirkuit cetak. Jika volum membenarkan, kapasitasi yang lebih besar lebih baik.

Dalam prinsip, kondensator keramik 0.01uF perlu diletakkan di sebelah setiap cip sirkuit terintegrasi. Jika ruang papan sirkuit terlalu kecil untuk muat, anda boleh meletakkan kondensator tantalum 1-10 untuk setiap 10 cip.

Untuk komponen dengan kemampuan anti-gangguan yang lemah dan perubahan semasa besar semasa matikan dan simpan komponen seperti RAM dan ROM, kondensator penyahpautan patut disambungkan antara garis kuasa (Vcc) dan garis tanah.

Pemimpin kondensator tidak sepatutnya terlalu panjang, terutama kondensator bypass frekuensi tinggi tidak boleh mempunyai pemimpin.

3. Ralat wayar tanah

Dalam sistem kawalan cip tunggal, terdapat banyak jenis wayar tanah, seperti tanah sistem, tanah perisai, tanah logik, tanah analog, dll. Sama ada wayar tanah ditetapkan dengan betul akan menentukan kemampuan anti-gangguan papan sirkuit. Apabila merancang wayar tanah dan titik grounding, isuan berikut patut dianggap:

♪ The logic ground and the analog ground should be wired separately and cannot be used together. Sambungkan kawat tanah mereka ke kawat tanah kuasa yang sepadan. Bila merancang, wayar tanah analog sepatutnya sebisak mungkin, dan kawasan bawah terminal sepatutnya diperbesar sebanyak mungkin. Secara umum, lebih baik untuk mengisolasi isyarat analog input dan output dari sirkuit mikrokawal melalui optokoupler.

Bila merancang papan sirkuit cetak sirkuit logik, wayar tanah patut membentuk bentuk sirkuit tertutup untuk meningkatkan kemampuan anti-gangguan sirkuit.

Kabel tanah sepatutnya sebisak mungkin. Jika wayar tanah sangat tipis, lawan wayar tanah akan besar, menyebabkan potensi tanah berubah dengan perubahan semasa, menyebabkan aras isyarat tidak stabil, dan kemampuan anti-gangguan sirkuit dikurangi. Jika ruang kawat membenarkan, pastikan lebar kawat tanah utama sekurang-kurangnya 2-3mm, dan kawat tanah pada pin komponen sepatutnya sekitar 1.5 mm.

Pay attention to the choice of grounding point. Apabila frekuensi isyarat pada papan sirkuit lebih rendah daripada 1MHz, kerana induksi elektromagnetik antara kabel dan komponen mempunyai sedikit kesan, dan arus yang berkeliaran bentuk oleh sirkuit mendarat mempunyai kesan yang lebih besar pada gangguan, perlu menggunakan titik mendarat supaya ia tidak membentuk loop. Apabila frekuensi isyarat pada papan sirkuit lebih tinggi dari 10MHz, disebabkan kesan induktan yang jelas bagi rancangan bentangan PCB, impedance garis tanah menjadi sangat besar, dan arus sirkuit terbentuk oleh sirkuit tanah bukan lagi masalah besar. Oleh itu, pendaratan berbilang titik patut digunakan untuk mengurangi impedance tanah sebanyak mungkin.

4. lain

·Selain bentangan garis kuasa, lebar jejak sepatutnya tebal sebanyak mungkin mengikut saiz semasa. Dalam rancangan bentangan PCB, arah laluan garis kuasa dan garis tanah patut konsisten dengan garis data. Bekerja dalam rancangan bentangan PCB. Akhirnya, gunakan wayar tanah untuk menutupi bawah papan sirkuit di mana tiada jejak. Kaedah ini semua membantu meningkatkan kemampuan anti-gangguan sirkuit.

Lebar garis data sepatutnya sebanyak mungkin untuk mengurangi impedance. Lebar garis data sekurang-kurangnya tidak kurang dari 0.3 mm (12 mil), dan ia lebih ideal jika ia adalah 0.46~0.5 mm (18 mil~20 mil).

Kerana melalui papan sirkuit akan membawa kesan kapasitasi 10pF, ini akan memperkenalkan terlalu banyak gangguan untuk sirkuit frekuensi tinggi, jadi apabila merancang bentangan PCB, bilangan botol patut dikurangkan sebanyak mungkin. Selain itu, terlalu banyak botol juga akan mengurangi kekuatan mekanik papan sirkuit.