راهنمای چیدمان PCB ضروری برای هر طراح

این غیر معمول نیست که مهندسان مدارها، اجزای پیشرفته و کدها را در پروژه های الکترونیکی اولویت بندی کنند، در حالی که طرح PCB - یک عنصر حیاتی - گاهی نادیده گرفته می شود. چیدمان ناکافی PCB می تواند منجر به مشکلات عملکردی و قابلیت اطمینان شود. این مقاله توصیه های عملی را برای تضمین عملکرد بهینه و قابلیت اطمینان پروژه های PCB ارائه می دهد.

اندازه ردیابی

ردهای مس دارای مقاومت طبیعی هستند که می تواند باعث افت ولتاژ، اتلاف توان و افزایش دما در هنگام عبور جریان از آنها شود. طراحان PCB با انجام تنظیماتی در طول، ضخامت و عرض ردیابی ها، این مشکل را برطرف می کنند. با توجه به اینکه خواص فیزیکی مس ثابت است، بهینه سازی اندازه ردیابی به منظور کنترل موثر مقاومت ضروری است.

ضخامت ردیابی PCB بر حسب اونس مس اندازه گیری می شود. به عنوان مثال، یک اونس مس معادل ضخامت 1.4 هزارم اینچ است، با فرض توزیع یکنواخت در سطح یک فوت مربع. در حالی که بسیاری از طراحان از 1 اونس یا 2 اونس مس استفاده می کنند، تولید کنندگان منتخب PCB می توانند تا 6 اونس ضخامت ارائه دهند. توجه به این نکته مهم است که تولید ویژگی‌های ظریف، مانند پین‌های با فاصله نزدیک، می‌تواند با مس ضخیم‌تر چالش برانگیز باشد. توصیه می شود با سازنده PCB خود مشورت کنید تا از توانایی های آنها مطلع شوید.

برای تعیین ضخامت و عرض بهینه برای ردیابی های خود، توصیه می کنیم از یک ماشین حساب عرض ردیابی PCB بر اساس برنامه خاص خود استفاده کنید. هدف دستیابی به افزایش دما تقریباً 5 درجه سانتیگراد است. اگر فضای کافی روی تخته وجود دارد، توصیه می‌شود که ردپای وسیع‌تری را انتخاب کنید، زیرا مقرون به صرفه هستند. لازم به ذکر است که برای تخته های چند لایه، آثار روی لایه های خارجی نسبت به لایه های داخلی خنک کنندگی بهتری دارند. این به این دلیل است که گرمای لایه‌های داخلی باید از لایه‌های متعددی از مس و مواد PCB قبل از پخش یا هدایت شود.

حلقه ها را کوچک نگه دارید

توصیه می شود حلقه ها را، به ویژه در فرکانس های بالا، تا حد امکان فشرده نگه دارید. کاهش اندازه حلقه منجر به کاهش هر دو اندوکتانس و مقاومت می شود. قرار دادن حلقه ها بر روی صفحه زمین برای به حداقل رساندن بیشتر اندوکتانس است که به نوبه خود به کاهش ولتاژ فرکانس بالا کمک می کند. علاوه بر این، حلقه‌های فشرده، جفت القایی از منابع خارجی و پخش از گره را به حداقل می‌رسانند، که در بیشتر موارد سودمند است، مگر در هنگام طراحی آنتن. حفظ حلقه های کوچک در مدارهای آپ امپ به منظور جلوگیری از جفت شدن نویز به مدار بسیار مهم است.

قرار دادن خازن های جداکننده

به منظور بهینه سازی عملکرد جداسازی، توصیه می شود که خازن های جداکننده را تا حد امکان نزدیک به پایه های برق و زمین مدارهای مجتمع قرار دهید. قرار دادن قطعات در فاصله بیشتر ممکن است منجر به معرفی اندوکتانس سرگردان شود.

اتصالات کلوین

سنجش چهار پایانی که به نام سنجش کلوین نیز شناخته می شود، نام خود را از ویلیام تامسون، لرد کلوین گرفته است، که پل کلوین را در سال 1861 برای اندازه گیری دقیق مقاومت های بسیار کم توسعه داد. در این روش به هر جفت سیم اتصال کلوین گفته می شود.

اتصالات کلوین برای اندازه گیری های دقیق ضروری هستند، زیرا در نقاط دقیقی قرار می گیرند تا مقاومت سرگردان و اندوکتانس را به حداقل برسانند. به عنوان مثال، هنگام اندازه گیری یک مقاومت حسی جریان، ضروری است که اتصالات را مستقیماً روی پدهای مقاومت قرار دهید، نه در نقاط دلخواه روی ردیابی. در حالی که شماتیک ممکن است شبیه به نظر برسد، چه اتصالات در لنت ها یا جاهای دیگر ایجاد شود، مهم است که توجه داشته باشید که ردیابی های واقعی دارای اندوکتانس و مقاومت هستند که در صورت عدم استفاده از اتصالات کلوین می تواند بر دقت اندازه گیری تأثیر بگذارد.

ردیابی دیجیتال و نویز را از ردیابی آنالوگ جدا کنید

توجه به این نکته مهم است که ردیابی ها یا هادی های موازی پتانسیل ایجاد خازن را دارند که می تواند منجر به جفت شدن خازنی بین سیگنال ها، به ویژه در فرکانس های بالا شود. برای جلوگیری از هر گونه مشکل بالقوه با نویز ناخواسته، ضروری است که بین ردپاهای با فرکانس بالا و پر سر و صدا و موارد حساس از هم تفکیک شود.

زمین زمین نیست

توجه به این نکته ضروری است که زمین یک هادی کامل نیست. در نتیجه، مسیریابی مناطق پر سر و صدا از سیگنال های حساس به منظور حفظ کیفیت بهینه سیگنال بسیار مهم است. ضروری است اطمینان حاصل شود که ردپای زمین به اندازه کافی گسترده است تا جریان پیش بینی شده را تطبیق دهد. قرار دادن یک صفحه زمین مستقیماً در زیر علائم سیگنال یک روش موثر برای کاهش امپدانس است که برای حفظ یکپارچگی سیگنال مفید است.

از طریق اندازه و کمیت

Vias به اندوکتانس و مقاومت کلی یک مدار کمک می کند. در مواردی که یک رد باید در یک برد مدار چاپی (PCB) هدایت شود و اندوکتانس یا مقاومت پایینی مورد نیاز است، توصیه می‌شود که از چندین Vias استفاده کنید. دریچه های بزرگتر مقاومت را کاهش می دهند و آنها را به یک دارایی ارزشمند برای خازن های فیلتر زمین و گره های با جریان بالا تبدیل می کنند.

استفاده از PCB به عنوان هیت سینک

توصیه می شود که مس اضافی در اطراف اجزای نصب سطحی اضافه شود تا مساحت سطح برای اتلاف گرمای کارآمدتر افزایش یابد. معمول است برای برگه های اطلاعات اجزاء، به ویژه آنهایی که مربوط به دیودهای برق، ماسفت ها یا تنظیم کننده های ولتاژ هستند، دستورالعمل هایی برای استفاده از سطح PCB به عنوان هیت سینک ارائه دهند.

ویزای حرارتی

Vias انتقال گرما را از یک طرف PCB به طرف دیگر تسهیل می کند، که وقتی PCB روی یک هیت سینک یا شاسی برای اتلاف گرما بیشتر نصب می شود، سودمند است. استفاده از ویزهای بزرگتر برای انتقال حرارت موثرتر از ویزهای کوچکتر است. علاوه بر این، استفاده از چندین vias معمولا کارآمدتر از تکیه بر یک via است. این امر منجر به کاهش دمای عملکرد قطعات می شود که به نوبه خود قابلیت اطمینان آنها را افزایش می دهد.

امداد حرارتی

تسکین حرارتی یک تکنیک لحیم کاری است که از اتصالات کوچک بین یک رد یا پر و یک پین جزء برای ساده کردن فرآیند لحیم کاری استفاده می کند. این اتصالات کوتاه نگه داشته می شوند تا مقاومت الکتریکی را به حداقل برسانند، که از نقطه نظر مهندسی مفید است. بدون تسکین حرارتی، در حالی که قطعات ممکن است به دلیل اتصال مستقیم‌تر به ردپاها یا پرکننده‌های پراکنده گرما به اتلاف حرارتی بهتری دست یابند، لحیم کاری و لحیم‌زدایی قطعه می‌تواند چالش‌برانگیزتر شود.

فاصله بین ردپاها و سوراخ های نصب

حفظ فاصله مناسب بین آثار مسی یا پرکننده‌ها و سوراخ‌های نصب به منظور کاهش خطرات شوک مهم است. توجه به این نکته مهم است که ماسک لحیم کاری عایق قابل اعتمادی را ارائه نمی دهد. بنابراین، اطمینان از وجود فاصله کافی بین مناطق مسی و سخت افزار نصب ضروری است.

اجزای حساس به حرارت

مهم است که اطمینان حاصل شود که اجزای حساس به گرما از آنهایی که گرما تولید می کنند جدا نگهداری می شوند. نمونه هایی از قطعات حساس به حرارت عبارتند از ترموکوپل ها و خازن های الکترولیتی. توجه به این نکته ضروری است که قرار دادن ترموکوپل ها در نزدیکی منابع گرما می تواند منجر به خوانش دما نادرست شود، در حالی که قرار دادن خازن های الکترولیتی نزدیک به اجزای مولد گرما می تواند تأثیر مخربی بر طول عمر آنها داشته باشد. اجزای مولد گرما شامل یکسو کننده های پل، دیودها، ماسفت ها، سلف ها و مقاومت ها هستند. مقدار گرمای تولید شده توسط این اجزا به جریان عبوری از آنها بستگی دارد.

نتیجه گیری

این مقاله نکات ضروری چیدمان PCB را ارائه کرده است که می تواند به طور قابل توجهی عملکرد و قابلیت اطمینان طراحی شما را افزایش دهد. لطفاً مطمئن شوید که این اصول در کار شما اعمال می شود.