Un ghid pentru amenajarea PCB esențială 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. Dispunerea inadecvată a PCB-ului poate duce la probleme funcționale și de fiabilitate. Acest articol oferă sfaturi practice pentru a garanta funcționarea optimă și fiabilitatea proiectelor dumneavoastră PCB.

Dimensiunea urmei

Urmele de cupru au o rezistență naturală care poate provoca căderi de tensiune, disipare a puterii și creșterea temperaturii atunci când trece curentul prin ele. Designerii PCB abordează această problemă făcând ajustări la lungimea, grosimea și lățimea urmelor. Având în vedere că proprietățile fizice ale cuprului sunt fixe, este esențial să se optimizeze dimensiunea urmelor pentru a controla eficient rezistența.

Grosimea urmelor PCB este măsurată 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 un picior pătrat. În timp ce mulți designeri folosesc cupru de 1 oz sau 2 oz, producătorii selectați de PCB pot oferi până la 6 oz grosime. Este important de reținut că producția de caracteristici fine, cum ar fi știfturi distanțați aproape, poate fi dificilă cu cupru mai gros. Este recomandabil să consultați producătorul PCB-ului pentru a înțelege capacitățile acestora.

Pentru a determina grosimea și lățimea optime pentru urmele dvs., vă recomandăm să utilizați un calculator de lățime a urmei PCB bazat pe aplicația dvs. specifică. Obiectivul este de a obține o creștere a temperaturii de aproximativ 5°C. Daca exista suficient spatiu pe tabla, este recomandat sa optezi pentru urme mai largi, acestea fiind rentabile. Trebuie remarcat faptul că pentru plăcile multistrat, urmele de pe straturile externe au o răcire superioară față de cele de pe straturile interne. Acest lucru se datorează faptului că căldura din straturile interioare trebuie să treacă prin mai multe straturi de cupru și material PCB înainte de a fi disipată sau îndepărtată.

Păstrați buclele mici

Este recomandabil să păstrați buclele, în special la frecvențe înalte, cât mai compacte posibil. Reducerea dimensiunii buclei are ca rezultat o scădere atât a inductanței, cât și a rezistenței. Plasarea buclelor peste un plan de masă servește la minimizarea în continuare a inductanței, care la rândul său ajută la scăderea tensiunii de înaltă frecvență. În plus, buclele compacte minimizează cuplarea inductivă de la surse externe și difuzarea de la nod, ceea ce este avantajos în majoritatea cazurilor, cu excepția proiectării unei antene. Este de cea mai mare importanță să mențineți bucle mici în circuitele op-amp pentru a preveni cuplarea zgomotului în circuit.

Plasarea condensatorilor 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 inductanței parazite.

Kelvin Connections

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

Conexiunile Kelvin sunt esențiale pentru măsurători precise, deoarece sunt plasate în puncte exacte pentru a minimiza rezistența și inductanța parazite. De exemplu, atunci când se măsoară un rezistor de detectare a curentului, este esențial să poziționați conexiunile direct la suporturile de rezistență, mai degrabă decât în ​​puncte arbitrare de pe urme. În timp ce schema poate părea similară indiferent dacă conexiunile sunt realizate la plăcuțe sau în altă parte, este important de reținut că urmele reale au inductanță și rezistență care pot afecta precizia măsurării dacă nu sunt utilizate conexiunile Kelvin.

Separați urmele digitale și zgomotoase de urmele analogice

Este important de reținut că urmele sau conductorii paraleli au potențialul de a crea capacități, ceea ce poate duce la cuplarea capacitivă între semnale, în special la frecvențe înalte. Pentru a evita eventualele probleme legate de zgomotul nedorit, este esențial să se mențină o separare clară între urmele de înaltă frecvență și cele zgomotoase și cele care sunt sensibile.

Pământul nu este pământ

Este important să rețineți că pământul nu este un conductor perfect. Ca rezultat, este crucial să direcționați terenurile zgomotoase departe de semnalele sensibile pentru a menține calitatea optimă a semnalului. Este esențial să se asigure că urmele de pământ sunt suficient de largi pentru a se adapta fluxului de curent anticipat. Poziționarea unui plan de masă direct sub urmele semnalului este o metodă eficientă pentru reducerea impedanței, care este benefică pentru menținerea integrității semnalului.

Prin dimensiune și cantitate

Vias contribuie la inductanța și rezistența generală a unui circuit. În cazurile în care o urmă trebuie direcționată pe o placă de circuit imprimat (PCB) și este necesară o inductanță sau o rezistență scăzută, este recomandabil să luați în considerare utilizarea mai multor căi. Viasele mai mari reduc rezistența, făcându-le un atu de neprețuit pentru împământarea condensatoarelor de filtru și a nodurilor cu curent ridicat.

Folosind PCB-ul ca radiator

Se recomandă adăugarea suplimentară de cupru în jurul componentelor montate pe suprafață pentru a crește suprafața pentru o disipare mai eficientă a căldurii. Este o practică obișnuită ca foile de date ale componentelor, în special cele referitoare la diodele de putere, MOSFET-urile sau regulatoarele de tensiune, să ofere linii directoare pentru utilizarea suprafeței PCB ca radiator.

Viale termice

Vias facilitează transferul de căldură de pe o parte a unui PCB pe cealaltă, ceea ce este avantajos atunci când PCB-ul este montat pe un radiator sau pe un șasiu pentru o disipare îmbunătățită a căldurii. Este mai eficient să folosiți canale mai mari pentru transferul de căldură decât cele mai mici. În plus, utilizarea mai multor vias este, în general, mai eficientă decât a te baza pe o singură cale. Acest lucru are ca rezultat o reducere a temperaturii de funcționare a componentelor, ceea ce la rândul său sporește fiabilitatea acestora.

Relief termic

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

Distanța dintre urme și găuri de montare

Este important să se mențină distanța adecvată între urmele sau umpluturile de cupru și găurile de montare pentru a reduce riscul de șoc. Este important de reținut că masca de lipit nu oferă o izolație fiabilă. Prin urmare, este esențial să se asigure că există o distanță suficientă între zonele din cupru și hardware-ul de montare.

Componente sensibile la căldură

Este important să vă asigurați că componentele sensibile la căldură sunt păstrate separate 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 de viață a acestora. Componentele generatoare de căldură includ redresoare în punte, diode, MOSFET, inductori și rezistențe. Cantitatea de căldură produsă de aceste componente depinde de curentul care trece prin ele.

Concluzie

Acest articol a prezentat sfaturi esențiale de amenajare a PCB-urilor care pot îmbunătăți în mod semnificativ funcționalitatea și fiabilitatea designului dvs. Vă rugăm să vă asigurați că aceste principii sunt aplicate în munca dvs.