Základní tipy pro rozložení desky plošných spojů by měl znát každý designér

Inženýři často upřednostňují obvody, výběr komponent a programování jako klíčové aspekty elektronických projektů. Je však zásadní uznat důležitost rozvržení desky plošných spojů jako nedílné součásti úspěchu návrhu.

Špatné rozložení desky plošných spojů může způsobit problémy s funkčností a spolehlivostí. Tento článek nabízí praktické návrhy pro uspořádání PCB, které zaručí přesný a spolehlivý výkon vašich projektů.

Výběr rozměrů trasování

Minimalizovat velikosti smyček

Pro dosažení nejlepších výsledků ve vysokofrekvenčních aplikacích udržujte smyčky co nejkompaktnější, abyste minimalizovali indukčnost a odpor. Navíc umístění smyček nad zemní plochou pomáhá ještě více snížit indukčnost.

Použití menších smyček pomáhá snížit vysokofrekvenční napětí. Snižuje také počet signálů, které se do uzlu indukčně připojují z externích zdrojů nebo z něj vysílají.

Tento přístup je optimální, kromě případů zahrnujících návrh antény. Aby se zabránilo vnášení nežádoucího šumu do obvodu, je také nezbytné udržovat v obvodech operačních zesilovačů malé smyčky.

Umístění oddělovacích kondenzátorů

Chcete-li zlepšit účinnost oddělení, umístěte oddělovací kondenzátory do těsné blízkosti napájecích a zemních kolíků integrovaných obvodů. Zavedení větší vzdálenosti může způsobit zavedení rozptylové indukčnosti.

Kelvinova spojení

Čtyřsvorkové snímání, známé také jako Kelvinovo snímání, je technika vynalezená Williamem Thomsonem, lordem Kelvinem, v roce 1861 pro měření velmi nízkých odporů s velkou přesností. Každá sada dvouvodičových připojení se nazývá Kelvinovo připojení.

Použití Kelvinových připojení zlepšuje přesnost měření vytvořením spojení v přesných bodech, aby se minimalizoval rozptylový odpor a indukčnost.

Při práci s rezistorem snímajícím proud je důležité umístit Kelvinovy ​​spoje přímo na podložky odporu namísto libovolného bodu na trasách, aby byla zajištěna maximální přesnost.

Při vytváření schématu se může zdát, že připojení buď k odporovým podložkám nebo náhodnému bodu je stejné. Skutečné křivky však vykazují indukčnost a odpor, takže Kelvinovy ​​spoje jsou klíčové pro přesná měření. Vyhýbání se těmto připojením může potenciálně způsobit nepřesnosti ve vašich údajích.

Oddělte digitální a šumové stopy od analogových stop

Když vodiče nebo stopy probíhají navzájem paralelně, vytvářejí kapacitní efekt. Tyto stopy se mohou propojit a vzájemně se rušit, zejména při vyšších frekvencích. Je důležité oddělit vysokofrekvenční a hlučné stopy od těch, ve kterých je třeba minimalizovat rušení šumem.

Ground is Not Ground

Přestože zem slouží jako vodič, je důležité si uvědomit, že to není ideální. Ujistěte se, že jste oddělili hlučná místa od signálů, které vyžadují nízkou hladinu šumu. Zajistěte, aby zemnící dráhy byly dostatečně dimenzovány, aby zvládly očekávané proudy. Použití zemnící plochy přímo pod signálovými stopami snižuje impedanci, což je velmi výhodné.

Optimální velikostí a množstvím

Průchody mají indukčnost i odpor. Pokud vedete trasu přes desku a chcete dosáhnout nízké indukčnosti nebo nízkého odporu, zvažte použití více průchodů. Větší prokovy poskytují nižší odpor, což je výhodné zejména pro uzemňovací filtrační kondenzátory a uzly s vysokým proudem.

Použijte PCB jako chladič

Surround komponenty pro povrchovou montáž s přídavnou mědí pro zvětšení povrchu pro efektivnější odvod tepla. Některé datové listy komponent, zejména ty pro výkonové diody, výkonové MOSFETy nebo regulátory napětí, mohou obsahovat doporučení pro použití plochy povrchu PCB jako chladiče.

Tepelné průchody

Prochody slouží jako vedení pro přenos tepla přes desku plošných spojů, což je zvláště výhodné, když je deska plošných spojů namontována na chladič na šasi, aby se zajistilo dodatečné odvádění tepla. Větší průchody jsou při přenosu tepla efektivnější než menší.

Použití více průchodů pro přenos tepla je efektivnější než spoléhání se na jeden průchod. To vede k nižším provozním teplotám komponent, což v konečném důsledku zvyšuje celkovou spolehlivost.

Tepelný reliéf

Tepelné odlehčení zahrnuje vytvoření malých spojení mezi stopou nebo výplní a kolíkem součásti pro usnadnění pájení. Tato redukovaná spojení jsou záměrně krátká, aby se minimalizoval jejich dopad na elektrický odpor.

Vynechání tepelného odlehčení na kolících součástek může vést k mírně nižší provozní teplotě v důsledku zvýšeného tepelného spojení se stopami nebo výplněmi, které mohou účinně odvádět teplo. Může však také ztížit pájení a odpájení.

Vzdálenost mezi stopami a montážními otvory

Ponechejte mezeru mezi měděnými lištami nebo podložkami a montážními otvory, abyste snížili potenciální nebezpečí úrazu elektrickým proudem. Pamatujte, že pájecí maska ​​nemusí poskytovat spolehlivou izolaci, takže se ujistěte, že je mezi mědí a jakýmkoli montážním materiálem dostatečná vůle.

Komponenty citlivé na teplo

Udržujte oddělení mezi součástmi citlivými na teplo, jako jsou termočlánky a elektrolytické kondenzátory, a ostatními součástmi generujícími teplo.

Umístění termočlánků příliš blízko ke zdrojům tepla může vést k nepřesnostem měření teploty. Umístění elektrolytických kondenzátorů v těsné blízkosti součástek generujících teplo může vést ke kratší provozní životnosti.

Mezi komponenty, které produkují teplo, patří můstkové usměrňovače, diody, MOSFETy, induktory a rezistory, přičemž úroveň generovaného tepla závisí na proudu procházejícím součástmi.

Závěr

Tento článek poskytuje základní, ale kritické praktické tipy pro uspořádání PCB, které mohou výrazně zlepšit funkčnost a spolehlivost vašeho návrhu.

Připomeňme si tyto body.