Un ghid pentru configurarea esențială a PCB-urilor pentru fiecare designer

Nu este neobișnuit ca inginerii să acorde prioritate circuitelor, componentelor avansate și codului în proiectele electronice, în timp ce aspectul PCB - un element crucial - este uneori trecut cu vederea. Un aspect inadecvat al PCB-ului poate duce la probleme funcționale și de fiabilitate. Acest articol oferă sfaturi practice pentru a garanta funcționarea optimă și fiabilitatea proiectelor dvs. PCB.

Dimensionarea urmelor

Traseele de cupru au o rezistență naturală ce poate provoca căderi de tensiune, disipare de putere și creșteri de temperatură atunci când curentul trece prin ele. Proiectanții de PCB abordează această problemă prin ajustarea lungimii, grosimii și lățimii traselor. Având în vedere că proprietățile fizice ale cuprului sunt fixe, este esențial să se optimizeze dimensiunea traselor pentru a controla eficient rezistența.

Grosimea urmei unui PCB se măsoară în uncii de cupru. De exemplu, o uncie de cupru este echivalentă cu o grosime de 1,4 miimi de inch, presupunând o distribuție uniformă pe o suprafață de 0,4 metri pătrați. În timp ce mulți designeri utilizează 28,5 sau 60,5 grame de cupru, anumiți producători de PCB pot oferi grosimi de până la 170 grame. Este important de reținut că producerea de elemente fine, cum ar fi pinii aflați la distanțe mici, poate fi dificilă cu cupru mai gros. Este recomandabil să consultați producătorul de PCB pentru a înțelege capacitățile acestuia.

Pentru a determina grosimea și lățimea optime pentru traseele PCB, vă recomandăm să utilizați un calculator pentru lățimea traseelor ​​PCB, în funcție de aplicația specifică. Obiectivul este de a obține o creștere a temperaturii de aproximativ 5°C. Dacă există suficient spațiu pe placă, se recomandă optarea pentru trasee mai late, deoarece acestea sunt rentabile. Trebuie menționat că, în cazul plăcilor multistrat, traseele de pe straturile externe au o răcire superioară în comparație cu cele de pe straturile interne. Acest lucru se datorează faptului că, în cazul straturilor interioare, căldura din straturile interioare trebuie să treacă prin mai multe straturi de cupru și material PCB înainte de a fi disipată sau condusă.

Păstrați buclele mici

Este recomandabil să se mențină buclele, în special la frecvențe înalte, cât mai compacte posibil. Reducerea dimensiunii buclei duce la o scădere atât a inductanței, cât și a rezistenței. Plasarea buclelor deasupra unui plan de masă servește la minimizarea suplimentară a inductanței, ceea ce, la rândul său, ajută la scăderea tensiunii de înaltă frecvență. În plus, buclele compacte minimizează cuplarea inductivă de la surse externe și transmisia de la nod, ceea ce este avantajos în majoritatea cazurilor, cu excepția cazului în care se proiectează o antenă. Este de o importanță capitală să se mențină bucle mici în circuitele amplificatoarelor operaționale pentru a preveni cuplarea zgomotului în circuit.

Plasarea condensatoarelor de decuplare

Se recomandă poziționarea condensatoarelor de decuplare cât mai aproape de pinii de alimentare și de masă ai circuitelor integrate pentru a optimiza performanța de decuplare. Poziționarea componentelor la o distanță mai mare poate duce la introducerea de inductanțe parazite.

Conexiuni Kelvin

Detecția cu patru terminale, cunoscută și sub denumirea de detecție Kelvin, își ia numele de la William Thomson, Lord Kelvin, care a dezvoltat puntea Kelvin în 1861 pentru măsurarea precisă a rezistențelor foarte mici. În această metodă, fiecare pereche de fire este denumită conexiune Kelvin.

Conexiunile Kelvin sunt esențiale pentru măsurători precise, deoarece sunt plasate în puncte exacte pentru a minimiza rezistența și inductanța parazită. De exemplu, atunci când se măsoară un rezistor de detectare a curentului, este esențial să se poziționeze conexiunile direct la pad-urile rezistorului, mai degrabă decât în ​​puncte arbitrare pe piste. Deși schema poate părea similară indiferent dacă conexiunile sunt realizate la pad-uri sau în altă parte, este important de reținut că pistele reale au inductanță și rezistență care pot afecta precizia măsurătorii dacă nu se utilizează conexiuni Kelvin.

Separați urmele digitale și zgomotoase de urmele analogice

Este important de menționat că pistele sau conductorii paraleli au potențialul de a crea capacitate, ceea ce poate duce la cuplare capacitivă între semnale, în special la frecvențe înalte. Pentru a evita orice potențiale probleme cu zgomot nedorit, este esențial să se mențină o separare clară între pistele de înaltă frecvență și cele zgomotoase și cele sensibile.

Pământul nu este pământ

Este important de reținut că pământul nu este un conductor perfect. Prin urmare, este crucial să se direcționeze pământurile zgomotoase departe de semnalele sensibile pentru a menține o calitate optimă a semnalului. Este esențial să se asigure că traseele de masă sunt suficient de largi pentru a acomoda fluxul de curent anticipat. Poziționarea unui plan de masă direct sub traseele semnalului este o metodă eficientă pentru reducerea impedanței, ceea ce este benefic pentru menținerea integrității semnalului.

Prin mărime și cantitate

Cavitățile de alimentare (via) contribuie la inductanța și rezistența generală a unui circuit. În cazurile în care o pistă trebuie rutată printr-o placă de circuit imprimat (PCB) și este necesară o inductanță sau o rezistență scăzută, este recomandabil să se ia în considerare utilizarea mai multor viae. Viaele mai mari reduc rezistența, ceea ce le face un atu neprețuit pentru împământarea condensatoarelor de filtrare și a nodurilor de curent mare.

Utilizarea PCB-ului ca radiator

Se recomandă adăugarea de cupru suplimentar în jurul componentelor cu montare la suprafață pentru a mări suprafața și a facilita disiparea căldurii. Este o practică obișnuită ca fișele tehnice ale componentelor, în special cele referitoare la diode de putere, MOSFET-uri sau regulatoare de tensiune, să ofere îndrumări pentru utilizarea suprafeței PCB ca radiator.

Fișe termice

Vialele facilitează transferul de căldură de la o parte a unui PCB la cealaltă, ceea ce este avantajos atunci când PCB-ul este montat pe un radiator sau pe o carcasă pentru o disipare îmbunătățită a căldurii. Este mai eficient să se utilizeze viale mai mari pentru transferul de căldură decât unele mai mici. În plus, utilizarea mai multor viale este, în general, mai eficientă decât utilizarea unei singure viale. Acest lucru duce la o reducere a temperaturii de funcționare a componentelor, ceea ce, la rândul său, le sporește fiabilitatea.

Ameliorare termică

Decalajul termic este o tehnică de lipire care utilizează conexiuni mici între o urmă sau o umplutură și un pin al componentei pentru a eficientiza procesul de lipire. Aceste conexiuni sunt menținute scurte pentru a minimiza rezistența electrică, ceea ce este benefic din punct de vedere ingineresc. Fără decalaj termic, în timp ce componentele pot obține o disipare termică mai bună datorită unei conexiuni mai directe la urmele sau umpluturile care disipează căldura, lipirea și dezoltarea componentei poate deveni mai dificilă.

Spațierea dintre șine și găurile de montare

Este important să se mențină distanța adecvată între traseele sau umpluturile de cupru și găurile de montare pentru a reduce riscul de electrocutare. Este important de reținut că masca de lipire nu oferă o izolație fiabilă. Prin urmare, este esențial să se asigure că există o distanță suficientă între zonele de cupru și accesoriile de montare.

Componente sensibile la căldură

Este important să se asigure că componentele sensibile la căldură sunt păstrate separat de cele care generează căldură. Exemple de componente sensibile la căldură includ termocupluri și condensatoare electrolitice. Este important de reținut că poziționarea termocuplurilor în apropierea surselor de căldură poate duce la citiri inexacte ale temperaturii, în timp ce plasarea condensatoarelor electrolitice în apropierea componentelor generatoare de căldură poate avea un impact negativ asupra duratei lor de viață. Componentele generatoare de căldură includ redresoare în punte, diode, MOSFET-uri, inductoare și rezistențe. Cantitatea de căldură produsă de aceste componente depinde de curentul care curge prin ele.

Concluzie

Acest articol a prezentat sfaturi esențiale pentru proiectarea PCB-urilor, care pot îmbunătăți semnificativ funcționalitatea și fiabilitatea designului dumneavoastră. Vă rugăm să vă asigurați că aceste principii sunt aplicate în munca dumneavoastră.