Руководство по базовой компоновке печатной платы для каждого проектировщика

Инженеры нередко отдают приоритет схемам, передовым компонентам и коду в проектах электроники, в то время как компоновка печатной платы — важный элемент — иногда упускается из виду. Неправильная компоновка печатной платы может привести к функциональным проблемам и проблемам с надежностью. В этой статье даются практические советы, которые гарантируют оптимальную работу и надежность ваших проектов печатных плат.

Размер трассировки

Медные дорожки имеют естественное сопротивление, которое может вызывать падение напряжения, рассеивание мощности и повышение температуры при протекании через них тока. Проектировщики печатных плат решают эту проблему, внося изменения в длину, толщину и ширину дорожек. Учитывая, что физические свойства меди фиксированы, важно оптимизировать размер дорожки, чтобы эффективно контролировать сопротивление.

Толщина дорожки печатной платы измеряется в унциях меди. Например, одна унция меди эквивалентна толщине в 1,4 тысячных дюйма, предполагая равномерное распределение по площади в один квадратный фут. Хотя многие проектировщики используют 1 или 2 унции меди, некоторые производители печатных плат могут обеспечить толщину до 6 унций. Важно отметить, что изготовление тонких элементов, таких как близко расположенные штырьки, может быть сложным при использовании более толстой меди. Рекомендуется проконсультироваться с производителем печатной платы, чтобы получить представление об их возможностях.

Чтобы определить оптимальную толщину и ширину дорожек, мы рекомендуем использовать калькулятор ширины дорожек печатной платы, основанный на вашем конкретном приложении. Цель состоит в том, чтобы достичь повышения температуры примерно на 5°C. Если на плате достаточно места, рекомендуется выбирать более широкие дорожки, так как они экономически эффективны. Следует отметить, что для многослойных плат дорожки на внешних слоях охлаждаются лучше, чем на внутренних. Это связано с тем, что тепло от внутренних слоев должно пройти через несколько слоев меди и материала печатной платы, прежде чем рассеяться или отводиться.

Сохраняйте петли маленькими

Рекомендуется сохранять петли, особенно на высоких частотах, как можно более компактными. Уменьшение размера петли приводит к уменьшению как индуктивности, так и сопротивления. Размещение петель над заземляющей плоскостью служит для дальнейшей минимизации индуктивности, что, в свою очередь, помогает снизить высокочастотное напряжение. Кроме того, компактные петли минимизируют индуктивную связь от внешних источников и вещание от узла, что выгодно в большинстве случаев, за исключением случаев проектирования антенны. Крайне важно поддерживать небольшие петли в схемах операционных усилителей, чтобы предотвратить попадание шума в схему.

Размещение развязывающих конденсаторов

Рекомендуется размещать развязывающие конденсаторы как можно ближе к контактам питания и заземления интегральных схем, чтобы оптимизировать эффективность развязки. Размещение компонентов на большем расстоянии может привести к появлению паразитной индуктивности.

Связи Кельвина

Четырехконтактное измерение, также известное как измерение Кельвина, получило свое название от Уильяма Томсона, лорда Кельвина, который разработал мост Кельвина в 1861 году для точного измерения очень низких сопротивлений. В этом методе каждая пара проводов называется соединением Кельвина.

Соединения Кельвина необходимы для точных измерений, поскольку они размещаются в точных точках, чтобы минимизировать паразитное сопротивление и индуктивность. Например, при измерении резистора датчика тока важно размещать соединения непосредственно на контактных площадках резистора, а не в произвольных точках на дорожках. Хотя схема может выглядеть одинаковой, независимо от того, сделаны ли соединения на контактных площадках или в другом месте, важно отметить, что реальные дорожки имеют индуктивность и сопротивление, которые могут повлиять на точность измерений, если не используются соединения Кельвина.

Отделите цифровые и шумные трассы от аналоговых трасс

Важно отметить, что параллельные дорожки или проводники могут создавать емкость, что может привести к емкостной связи между сигналами, особенно на высоких частотах. Чтобы избежать любых потенциальных проблем с нежелательным шумом, важно поддерживать четкое разделение между высокочастотными и шумными дорожками и теми, которые чувствительны.

Земля не земля

Важно отметить, что земля не является идеальным проводником. В результате, крайне важно прокладывать шумные заземления подальше от чувствительных сигналов, чтобы поддерживать оптимальное качество сигнала. Важно убедиться, что трассы заземления достаточно широки, чтобы вместить ожидаемый ток. Размещение плоскости заземления непосредственно под трассами сигнала является эффективным методом снижения импеданса, что полезно для поддержания целостности сигнала.

Через размер и количество

Сквозные отверстия вносят вклад в общую индуктивность и сопротивление цепи. В случаях, когда дорожка должна быть проложена через печатную плату (PCB) и требуется низкая индуктивность или сопротивление, рекомендуется рассмотреть возможность использования нескольких сквозных отверстий. Более крупные сквозные отверстия снижают сопротивление, что делает их бесценным активом для заземления конденсаторов фильтров и узлов с высоким током.

Использование печатной платы в качестве радиатора

Рекомендуется добавлять дополнительную медь вокруг компонентов поверхностного монтажа, чтобы увеличить площадь поверхности для более эффективного рассеивания тепла. Обычной практикой является предоставление в технических описаниях компонентов, особенно тех, которые относятся к силовым диодам, МОП-транзисторам или регуляторам напряжения, рекомендаций по использованию площади поверхности печатной платы в качестве радиатора.

Тепловые отверстия

Сквозные отверстия облегчают передачу тепла с одной стороны печатной платы на другую, что выгодно, когда печатная плата установлена ​​на радиаторе или шасси для улучшенного рассеивания тепла. Более эффективно использовать большие сквозные отверстия для передачи тепла, чем меньшие. Кроме того, использование нескольких сквозных отверстий, как правило, более эффективно, чем использование одного сквозного отверстия. Это приводит к снижению рабочей температуры компонентов, что в свою очередь повышает их надежность.

Термический Рельеф

Термический сброс — это метод пайки, который использует небольшие соединения между дорожкой или заполнением и выводом компонента для оптимизации процесса пайки. Эти соединения делаются короткими, чтобы минимизировать электрическое сопротивление, что выгодно с инженерной точки зрения. Без термического сброса, хотя компоненты могут достигать лучшего рассеивания тепла за счет более прямого соединения с рассеивающими тепло дорожками или заполнениями, пайка и распайка компонента может стать более сложной задачей.

Расстояние между дорожками и монтажными отверстиями

Важно поддерживать соответствующее расстояние между медными дорожками или заливками и монтажными отверстиями, чтобы снизить риск поражения электрическим током. Важно отметить, что паяльная маска не обеспечивает надежной изоляции. Поэтому важно обеспечить достаточное расстояние между медными областями и монтажным оборудованием.

Термочувствительные компоненты

Важно обеспечить, чтобы термочувствительные компоненты находились отдельно от тех, которые генерируют тепло. Примерами термочувствительных компонентов являются термопары и электролитические конденсаторы. Важно отметить, что размещение термопар вблизи источников тепла может привести к неточным показаниям температуры, в то время как размещение электролитических конденсаторов вблизи теплогенерирующих компонентов может оказать пагубное влияние на их срок службы. Теплогенерирующие компоненты включают мостовые выпрямители, диоды, МОП-транзисторы, индукторы и резисторы. Количество тепла, вырабатываемого этими компонентами, зависит от тока, протекающего через них.

Заключение

В этой статье представлены основные советы по компоновке печатной платы, которые могут значительно повысить функциональность и надежность вашего проекта. Пожалуйста, убедитесь, что эти принципы применяются в вашей работе.