Основные советы по разводке печатных плат, с которыми должен быть знаком каждый дизайнер

Инженеры часто отдают приоритет схемам, выбору компонентов и программированию как важнейшим аспектам проектов в области электроники. Однако крайне важно признать важность разводки печатной платы как неотъемлемого компонента успеха проекта.

Неправильная компоновка печатной платы может вызвать проблемы с функционированием и надежностью. В этой статье представлены практические рекомендации по разводке печатных плат, которые помогут гарантировать точную и надежную работу ваших проектов.

Выбор размеров трассировки

Минимизируйте размеры циклов

Для достижения наилучших результатов в высокочастотных приложениях контуры должны быть как можно более компактными, чтобы минимизировать индуктивность и сопротивление. Кроме того, расположение контуров над плоскостью заземления помогает еще больше снизить индуктивность.

Использование петель меньшего размера помогает снизить высокочастотное напряжение. Это также уменьшает количество сигналов, которые индуктивно подключаются к узлу от внешних источников или транслируются из него.

Этот подход является оптимальным, за исключением случаев, связанных с конструкцией антенны. Кроме того, чтобы предотвратить появление нежелательных шумов в схеме, важно поддерживать небольшие контуры в схемах операционных усилителей.

Размещение развязывающих конденсаторов

Чтобы повысить эффективность развязки, размещайте развязывающие конденсаторы в непосредственной близости от контактов питания и заземления интегральных схем. Введение дополнительного расстояния может привести к появлению паразитной индуктивности.

Кельвинские соединения

Четырехконтактное измерение, также известное как измерение Кельвина, представляет собой метод, изобретенный Уильямом Томсоном, лордом Кельвином, в 1861 году для измерения очень малых сопротивлений с большой точностью. Каждый набор двухпроводных соединений называется соединением Кельвина.

Использование соединений Кельвина повышает точность измерений за счет установления соединений в точных точках, чтобы минимизировать паразитное сопротивление и индуктивность.

При работе с токоизмерительным резистором очень важно располагать соединения Кельвина непосредственно на контактных площадках резистора, а не в произвольной точке на дорожках, чтобы обеспечить максимальную точность.

При создании схемы может показаться, что подключение либо к резисторным площадкам, либо к случайной точке одинаково. Однако реальные дорожки демонстрируют индуктивность и сопротивление, что делает соединения Кельвина решающими для точных измерений. Избегание этих соединений потенциально может привести к неточностям в ваших показаниях.

Отделение цифровых и зашумленных трасс от аналоговых трасс

Когда проводники или дорожки идут параллельно друг другу, они создают емкостный эффект. Эти дорожки могут сцепляться и мешать друг другу, особенно на более высоких частотах. Важно отделить высокочастотные и зашумленные трассы от тех, в которых шумовые помехи необходимо минимизировать.

Земля не земля

Хотя земля служит проводником, важно отметить, что она не идеальна. Обязательно отделите шумные заземления от сигналов, требующих низкого уровня шума. Убедитесь, что заземляющие дорожки имеют достаточный размер, чтобы выдерживать ожидаемые токи. Использование заземляющего слоя непосредственно под сигнальными дорожками снижает импеданс, что очень полезно.

Оптимально по размеру и количеству

Переходные отверстия имеют как индуктивность, так и сопротивление. Если вы прокладываете дорожку по плате и хотите добиться низкой индуктивности или низкого сопротивления, рассмотрите возможность использования нескольких переходных отверстий. Переходные отверстия большего размера обеспечивают более низкое сопротивление, что особенно полезно для заземления конденсаторов фильтров и сильноточных узлов.

Используйте печатную плату в качестве радиатора

Компоненты для поверхностного монтажа окружены дополнительной медью для увеличения площади поверхности и более эффективного рассеивания тепла. Спецификации некоторых компонентов, особенно для силовых диодов, силовых МОП-транзисторов или стабилизаторов напряжения, могут содержать рекомендации по использованию площади поверхности печатной платы в качестве теплоотвода.

Тепловые переходы

Переходные отверстия служат проводниками для передачи тепла через печатную плату, что особенно полезно, когда печатная плата крепится к радиатору на шасси для обеспечения дополнительного отвода тепла. Отверстия большего размера более эффективно передают тепло, чем меньшие.

Использование нескольких переходных отверстий для теплопередачи более эффективно, чем использование одного отверстия. Это приводит к снижению рабочих температур компонентов, что в конечном итоге повышает общую надежность.

Термальный рельеф

Термическая разгрузка предполагает создание небольших соединений между дорожкой или заливкой и выводом компонента для облегчения пайки. Эти уменьшенные соединения намеренно сделаны короткими, чтобы минимизировать их влияние на электрическое сопротивление.

Отсутствие термозащиты на выводах компонентов может привести к несколько более низкой рабочей температуре из-за увеличения теплового соединения со следами или заливками, которые могут эффективно рассеивать тепло. Однако это также может затруднить пайку и распайку.

Расстояние между дорожками и монтажными отверстиями

Оставьте зазор между медными дорожками или площадками и монтажными отверстиями, чтобы снизить потенциальную опасность поражения электрическим током. Помните, что паяльная маска может не обеспечить надежную изоляцию, поэтому убедитесь, что между медью и любым монтажным оборудованием имеется достаточный зазор.

Термочувствительные компоненты

Соблюдайте разделение между термочувствительными компонентами, такими как термопары и электролитические конденсаторы, и другими компонентами, выделяющими тепло.

Расположение термопар слишком близко к источникам тепла может привести к неточностям измерения температуры. Размещение электролитических конденсаторов в непосредственной близости от тепловыделяющих компонентов может привести к сокращению срока службы.

К компонентам, выделяющим тепло, относятся мостовые выпрямители, диоды, МОП-транзисторы, катушки индуктивности и резисторы, при этом уровень выделяемого тепла зависит от тока, проходящего через компоненты.

Заключение

В этой статье представлены базовые, но важные и практические советы по разводке печатных плат, которые могут значительно улучшить функциональность и надежность вашей конструкции.

Давайте запомним эти моменты.