Suggerimenti essenziali per il layout del PCB con cui ogni progettista dovrebbe avere familiarità

Gli ingegneri spesso danno priorità ai circuiti, alla selezione dei componenti e alla programmazione come aspetti cruciali dei progetti elettronici. Tuttavia, è fondamentale riconoscere l’importanza del layout del PCB come componente integrale per il successo del progetto.

Un layout PCB inadeguato può causare problemi funzionali e di affidabilità. Questo articolo offre suggerimenti pratici per il layout PCB per garantire prestazioni accurate e affidabili dei tuoi progetti.

Selezione delle dimensioni della traccia

Riduci al minimo le dimensioni del loop

Per ottenere i migliori risultati nelle applicazioni ad alta frequenza, mantenere i circuiti il ​​più compatti possibile per ridurre al minimo l'induttanza e la resistenza. Inoltre, posizionare i circuiti sopra un piano di terra aiuta a ridurre ulteriormente l'induttanza.

L'uso di circuiti più piccoli aiuta a ridurre la tensione ad alta frequenza. Riduce inoltre il numero di segnali che vengono accoppiati induttivamente nel nodo da fonti esterne o trasmessi da esso.

Questo approccio è ottimale, ad eccezione dei casi che riguardano la progettazione dell'antenna. Inoltre, per evitare l'introduzione di rumore indesiderato nel circuito, è essenziale mantenere piccoli anelli nei circuiti dell'amplificatore operazionale.

Posizionamento dei condensatori di disaccoppiamento

Per migliorare l'efficienza del disaccoppiamento, posizionare i condensatori di disaccoppiamento in prossimità dei pin di alimentazione e di terra dei circuiti integrati. L'introduzione di una distanza extra può causare l'introduzione di induttanza parassita.

Connessioni Kelvin

Il rilevamento a quattro terminali, noto anche come rilevamento Kelvin, è una tecnica inventata da William Thomson, Lord Kelvin, nel 1861 per misurare resistenze molto basse con grande precisione. Ciascun insieme di connessioni a due fili è chiamato connessione Kelvin.

L'utilizzo delle connessioni Kelvin migliora la precisione della misurazione stabilendo connessioni in punti precisi per ridurre al minimo la resistenza parassita e l'induttanza.

Quando si ha a che fare con un resistore di rilevamento della corrente, è fondamentale posizionare le connessioni Kelvin direttamente sui pad del resistore anziché in un punto arbitrario sulle tracce per garantire la massima precisione.

Quando si crea uno schema, potrebbe sembrare che il collegamento ai resistori o a un punto casuale sia lo stesso. Tuttavia, le tracce reali mostrano induttanza e resistenza, rendendo le connessioni Kelvin cruciali per misurazioni accurate. Evitare queste connessioni potrebbe potenzialmente causare imprecisioni nelle letture.

Separare le tracce digitali e rumorose dalle tracce analogiche

Quando conduttori o tracce corrono paralleli tra loro, creano un effetto capacitivo. Queste tracce possono accoppiarsi e interferire tra loro, soprattutto alle frequenze più alte. È importante separare le tracce ad alta frequenza e rumorose da quelle in cui è necessario ridurre al minimo l'interferenza del rumore.

Il terreno non è terreno

Sebbene la terra serva da conduttore, è importante notare che non è l'ideale. Assicurarsi di separare le masse rumorose dai segnali che richiedono bassi livelli di rumore. Assicurarsi che i binari di terra siano adeguatamente dimensionati per gestire le correnti previste. L'utilizzo di un piano di massa direttamente sotto le tracce del segnale riduce l'impedenza, il che è molto vantaggioso.

Ottimale per dimensioni e quantità

I via hanno sia induttanza che resistenza. Se stai instradando una traccia su tutta la linea e desideri ottenere una bassa induttanza o una bassa resistenza, considera l'utilizzo di più via. I viali più grandi forniscono una resistenza inferiore, il che è particolarmente vantaggioso per la messa a terra di condensatori di filtro e nodi ad alta corrente.

Utilizzare il PCB come dissipatore di calore

Componenti a montaggio superficiale circondati con rame aggiuntivo per aumentare la superficie per una dissipazione del calore più efficiente. Alcune schede tecniche dei componenti, in particolare quelle relative a diodi di potenza, MOSFET di potenza o regolatori di tensione, possono contenere raccomandazioni per l'utilizzo della superficie del PCB come dissipatore di calore.

Vie termiche

I vie fungono da condotti per il trasferimento di calore attraverso un PCB, il che è particolarmente vantaggioso quando il PCB è montato su un dissipatore di calore su uno chassis per fornire ulteriore dissipazione del calore. I vias più grandi sono più efficaci nel trasferire il calore rispetto a quelli più piccoli.

L'utilizzo di più via per il trasferimento di calore è più efficiente che fare affidamento su un singolo via. Ciò porta a temperature operative più basse per i componenti, migliorando in definitiva l’affidabilità complessiva.

Sollievo termico

Il rilievo termico prevede la creazione di piccole connessioni tra una traccia o un riempimento e il pin del componente per facilitare la saldatura. Queste connessioni ridotte sono intenzionalmente mantenute corte per ridurre al minimo il loro impatto sulla resistenza elettrica.

Tralasciare lo scarico termico sui pin dei componenti può portare a una temperatura operativa leggermente inferiore a causa di una maggiore connessione termica con tracce o riempimenti che possono dissipare il calore in modo efficace. Tuttavia, ciò potrebbe anche rendere più difficili le operazioni di saldatura e dissaldatura.

Distanza tra tracce e fori di montaggio

Lasciare uno spazio tra le piste o i pad in rame e i fori di montaggio per ridurre potenziali rischi di scossa. Ricorda che la maschera di saldatura potrebbe non fornire un isolamento affidabile, quindi assicurati che ci sia uno spazio adeguato tra il rame e qualsiasi hardware di montaggio.

Componenti sensibili al calore

Mantenere la separazione tra i componenti sensibili al calore, come termocoppie e condensatori elettrolitici, e altri componenti che generano calore.

Il posizionamento delle termocoppie troppo vicino a fonti di calore può causare imprecisioni nella misurazione della temperatura. Il posizionamento dei condensatori elettrolitici in prossimità di componenti che generano calore può ridurre la durata operativa.

I componenti che producono calore includono raddrizzatori a ponte, diodi, MOSFET, induttori e resistori, con il livello di calore generato a seconda della corrente che passa attraverso i componenti.

Conclusione

Questo articolo fornisce suggerimenti pratici di base, ma critici, per il layout del PCB che possono migliorare significativamente la funzionalità e l'affidabilità del tuo progetto.

Ricordiamo questi punti.