Conseils essentiels pour la disposition des PCB que tout concepteur devrait connaître

Les ingénieurs donnent souvent la priorité aux circuits, à la sélection des composants et à la programmation comme aspects cruciaux des projets électroniques. Cependant, il est crucial de reconnaître l’importance de la disposition des PCB en tant que partie intégrante du succès de la conception.

Une mauvaise disposition des PCB peut entraîner des problèmes de fonctionnement et de fiabilité. Cet article propose des suggestions pratiques pour la disposition des PCB afin de garantir des performances précises et fiables de vos projets.

Sélection des dimensions de trace

Réduire la taille des boucles

Pour de meilleurs résultats dans les applications haute fréquence, gardez les boucles aussi compactes que possible afin de minimiser l'inductance et la résistance. De plus, placer les boucles au-dessus d’un plan de masse contribue à réduire encore davantage l’inductance.

L’utilisation de boucles plus petites permet de réduire la tension haute fréquence. Cela réduit également le nombre de signaux couplés inductivement dans le nœud à partir de sources externes ou diffusés à partir de celui-ci.

Cette approche est optimale, sauf dans les cas impliquant la conception d'antennes. De plus, pour éviter que des bruits indésirables ne soient introduits dans le circuit, il est essentiel de maintenir de petites boucles dans les circuits des amplificateurs opérationnels.

Placement des condensateurs de découplage

Pour améliorer l'efficacité du découplage, placez les condensateurs de découplage à proximité immédiate des broches d'alimentation et de terre des circuits intégrés. L'introduction d'une distance supplémentaire peut entraîner l'introduction d'une inductance parasite.

Connexions Kelvin

La détection à quatre bornes, également connue sous le nom de détection Kelvin, est une technique inventée par William Thomson, Lord Kelvin, en 1861 pour mesurer de très faibles résistances avec une grande précision. Chaque ensemble de connexions à deux fils est appelé connexion Kelvin.

L'utilisation de connexions Kelvin améliore la précision des mesures en établissant des connexions à des points précis pour minimiser la résistance et l'inductance parasites.

Lorsqu'il s'agit d'une résistance de détection de courant, il est essentiel de positionner les connexions Kelvin directement sur les plots de résistance au lieu d'un point arbitraire sur les traces pour garantir une précision maximale.

Lors de la création d'un schéma, il peut sembler que la connexion aux plots de résistance ou à un point aléatoire est la même. Cependant, les traces réelles présentent une inductance et une résistance, ce qui rend les connexions Kelvin cruciales pour des mesures précises. Éviter ces connexions pourrait potentiellement entraîner des inexactitudes dans vos lectures.

Séparez les traces numériques et bruyantes des traces analogiques

Lorsque des conducteurs ou des traces sont parallèles les uns aux autres, ils créent un effet capacitif. Ces traces peuvent se coupler et interférer les unes avec les autres, notamment à des fréquences plus élevées. Il est important de séparer les traces haute fréquence et bruyantes de celles dans lesquelles les interférences sonores doivent être minimisées.

La terre n'est pas la terre

Même si la terre sert de conducteur, il est important de noter qu’elle n’est pas idéale. Assurez-vous de séparer les terrains bruyants des signaux qui nécessitent de faibles niveaux de bruit. Assurez-vous que les pistes au sol sont correctement dimensionnées pour gérer les courants attendus. L'utilisation d'un plan de masse directement sous les traces du signal réduit l'impédance, ce qui est très bénéfique.

Optimal grâce à la taille et à la quantité

Les vias ont à la fois une inductance et une résistance. Si vous acheminez une trace sur toute la carte et souhaitez obtenir une faible inductance ou une faible résistance, envisagez d'utiliser plusieurs vias. Les vias plus grands offrent une résistance plus faible, ce qui est particulièrement bénéfique pour la mise à la terre des condensateurs de filtre et des nœuds à courant élevé.

Utiliser le PCB comme dissipateur thermique

Entourez les composants à montage en surface avec du cuivre supplémentaire pour augmenter la surface et une dissipation thermique plus efficace. Certaines fiches techniques de composants, en particulier celles des diodes de puissance, des MOSFET de puissance ou des régulateurs de tension, peuvent contenir des recommandations sur l'utilisation de la surface du PCB comme dissipateur thermique.

Vias Thermiques

Les vias servent de conduits pour le transfert de chaleur à travers un PCB, ce qui est particulièrement bénéfique lorsque le PCB est monté sur un dissipateur thermique sur un châssis pour fournir une dissipation thermique supplémentaire. Les vias plus grands sont plus efficaces pour transférer la chaleur que les plus petits.

L’utilisation de plusieurs vias pour le transfert de chaleur est plus efficace que de s’appuyer sur un seul via. Cela conduit à des températures de fonctionnement plus basses pour les composants, améliorant ainsi la fiabilité globale.

Soulagement thermique

Le soulagement thermique consiste à créer de petites connexions entre une trace ou un remplissage et une broche de composant pour faciliter la soudure. Ces connexions réduites sont intentionnellement maintenues courtes pour minimiser leur impact sur la résistance électrique.

L'omission du soulagement thermique sur les broches des composants peut conduire à une température de fonctionnement légèrement inférieure en raison d'une connexion thermique accrue avec des traces ou des remplissages capables de dissiper efficacement la chaleur. Cependant, cela peut également rendre le soudage et le dessoudage plus difficiles.

Distance entre les traces et les trous de montage

Laissez un espace entre les pistes ou plots en cuivre et les trous de montage pour réduire les risques potentiels de choc. N'oubliez pas que le masque de soudure peut ne pas fournir une isolation fiable, alors assurez-vous qu'il y a un espace suffisant entre le cuivre et tout matériel de montage.

Composants sensibles à la chaleur

Maintenez la séparation entre les composants sensibles à la chaleur, tels que les thermocouples et les condensateurs électrolytiques, et les autres composants générateurs de chaleur.

Le positionnement des thermocouples trop près des sources de chaleur peut entraîner des imprécisions dans la mesure de la température. Placer des condensateurs électrolytiques à proximité de composants générateurs de chaleur peut réduire la durée de vie opérationnelle.

Les composants qui produisent de la chaleur comprennent les ponts redresseurs, les diodes, les MOSFET, les inductances et les résistances, le niveau de chaleur généré dépendant du courant traversant les composants.

Conclusion

Cet article a fourni des conseils pratiques, mais essentiels, pour la configuration des circuits imprimés, qui peuvent améliorer considérablement la fonctionnalité et la fiabilité de votre conception.

Rappelons ces points.