Посібник із основної компонування друкованої плати для кожного дизайнера

Нерідко інженери віддають пріоритет схемам, вдосконаленим компонентам і коду в електронних проектах, тоді як компонування друкованої плати — важливий елемент — іноді ігнорується. Невідповідне розташування друкованої плати може призвести до проблем із функціональністю та надійністю. Ця стаття пропонує практичні поради щодо забезпечення оптимального функціонування та надійності ваших проектів друкованих плат.

Розмір сліду

Мідні лінії мають природний опір, який може спричинити падіння напруги, розсіювання потужності та підвищення температури, коли через них протікає струм. Розробники друкованих плат вирішують цю проблему, регулюючи довжину, товщину та ширину доріжок. Враховуючи, що фізичні властивості міді фіксовані, важливо оптимізувати розмір сліду, щоб ефективно контролювати опір.

Товщина сліду друкованої плати вимірюється в унціях міді. Наприклад, одна унція міді еквівалентна товщині 1,4 тисячних дюйма, припускаючи рівномірний розподіл на площі в один квадратний фут. Хоча багато дизайнерів використовують 1 або 2 унції міді, деякі виробники друкованих плат можуть забезпечити товщину до 6 унцій. Важливо зазначити, що виготовлення тонких елементів, таких як тісно розташовані штифти, може бути складним завданням із більш товстої міді. Бажано проконсультуватися з виробником друкованих плат, щоб отримати уявлення про їхні можливості.

Щоб визначити оптимальну товщину та ширину ваших доріжок, ми рекомендуємо використовувати калькулятор ширини доріжок друкованої плати на основі конкретного застосування. Метою є досягнення підвищення температури приблизно на 5°C. Якщо на дошці достатньо місця, рекомендується вибрати ширші доріжки, оскільки вони економічно вигідні. Слід зазначити, що для багатошарових плат сліди на зовнішніх шарах мають краще охолодження, ніж на внутрішніх шарах. Це пов’язано з тим, що тепло від внутрішніх шарів має проходити через кілька шарів міді та друкованої плати, перш ніж розсіюватися або відводитися.

Зберігайте петлі маленькими

Бажано, щоб петлі, особливо на високих частотах, були якомога компактнішими. Зменшення розміру петлі призводить до зменшення як індуктивності, так і опору. Розміщення петель над заземленою площиною служить для додаткової мінімізації індуктивності, що, у свою чергу, допомагає знизити високочастотну напругу. Крім того, компактні петлі мінімізують індуктивний зв’язок із зовнішніх джерел і трансляцію від вузла, що є перевагою в більшості випадків, за винятком проектування антени. Надзвичайно важливо підтримувати малі петлі в схемах операційних підсилювачів, щоб запобігти появі шуму в схемі.

Розміщення розв'язувальних конденсаторів

Рекомендується розміщувати розв’язувальні конденсатори якомога ближче до контактів живлення та заземлення інтегральних схем, щоб оптимізувати продуктивність розв’язки. Розташування компонентів на більшій відстані може призвести до появи паразитної індуктивності.

Зв'язки Кельвіна

Чотиритермінальний датчик, також відомий як датчик Кельвіна, отримав свою назву від імені Вільяма Томсона, лорда Кельвіна, який у 1861 році розробив міст Кельвіна для точного вимірювання дуже низьких опорів. У цьому методі кожна пара проводів називається з’єднанням Кельвіна.

З’єднання Кельвіна необхідні для точних вимірювань, оскільки вони розміщуються в точних точках, щоб мінімізувати паразитний опір та індуктивність. Наприклад, під час вимірювання резистора визначення струму важливо розташувати з’єднання безпосередньо на контактних площадках резистора, а не в довільних точках на трасах. Хоча схема може виглядати подібною незалежно від того, чи з’єднання виконано на контактних площадках чи в іншому місці, важливо зазначити, що реальні сліди мають індуктивність і опір, які можуть вплинути на точність вимірювання, якщо з’єднання Кельвіна не використовуються.

Відокремте цифрові та зашумлені траси від аналогових трас

Важливо відзначити, що паралельні лінії або провідники можуть створювати ємність, що може призвести до ємнісного зв’язку між сигналами, особливо на високих частотах. Щоб уникнути будь-яких потенційних проблем із небажаним шумом, важливо підтримувати чітке відокремлення між високочастотними та шумними слідами та чутливими.

Земля не є землею

Важливо відзначити, що земля не є ідеальним провідником. Як наслідок, для підтримки оптимальної якості сигналу вкрай важливо відводити зашумлену землю від чутливих сигналів. Важливо переконатися, що траси заземлення мають достатню ширину для розміщення очікуваного потоку струму. Розташування пластини заземлення безпосередньо під трасами сигналу є ефективним методом зменшення імпедансу, що є корисним для підтримки цілісності сигналу.

Через розмір і кількість

Перехідні отвори сприяють загальній індуктивності та опору ланцюга. У випадках, коли слід прокладати через друковану плату (PCB) і потрібна низька індуктивність або опір, доцільно розглянути можливість використання кількох отворів. Великі отвори зменшують опір, що робить їх безцінним надбанням для заземлення конденсаторів фільтрів і вузлів сильного струму.

Використання друкованої плати як радіатора

Рекомендується додати додаткову кількість міді навколо компонентів поверхневого монтажу, щоб збільшити площу поверхні для більш ефективного розсіювання тепла. Загальноприйнятою практикою для таблиць даних компонентів, особливо тих, що стосуються силових діодів, МОП-транзисторів або регуляторів напруги, є вказівки щодо використання площі поверхні друкованої плати як радіатора.

Теплові переходи

Перехідні отвори полегшують передачу тепла з одного боку друкованої плати на іншу, що є перевагою, коли друковану плату встановлено на радіаторі або шасі для покращеного розсіювання тепла. Ефективніше використовувати більші отвори для теплопередачі, ніж менші. Крім того, використання кількох отворів, як правило, ефективніше, ніж покладатися на один перехід. Це призводить до зниження робочої температури компонентів, що, в свою чергу, підвищує їхню надійність.

Термічний рельєф

Термічний рельєф — це техніка пайки, яка використовує невеликі з’єднання між контуром або заливкою та штифтом компонента для спрощення процесу пайки. Ці з’єднання короткі, щоб мінімізувати електричний опір, що є вигідним з інженерної точки зору. Без теплової розрядки, хоча компоненти можуть досягти кращого розсіювання тепла завдяки більш прямому з’єднанню з теплорозсіювальними слідами або наповнювачами, паяння та відпаювання компонента може стати більш складним.

Відстань між трасами та монтажними отворами

Важливо підтримувати належну відстань між мідними доріжками або наповнювачами та отворами для кріплення, щоб зменшити ризик ураження електричним струмом. Важливо відзначити, що паяльна маска не забезпечує надійної ізоляції. Тому важливо забезпечити достатню відстань між мідними ділянками та монтажними пристроями.

Теплочутливі компоненти

Важливо переконатися, що термочутливі компоненти зберігаються окремо від тих, які виділяють тепло. Приклади термочутливих компонентів включають термопари та електролітичні конденсатори. Важливо відзначити, що розміщення термопар поблизу джерел тепла може призвести до неточних показників температури, тоді як розміщення електролітичних конденсаторів поблизу компонентів, що виділяють тепло, може мати шкідливий вплив на термін їх служби. Теплогенеруючі компоненти включають мостові випрямлячі, діоди, МОП-транзистори, котушки індуктивності та резистори. Кількість тепла, що виділяється цими компонентами, залежить від струму, що проходить через них.

Висновок

У цій статті представлено важливі поради щодо компонування друкованої плати, які можуть значно підвищити функціональність і надійність вашого дизайну. Будь ласка, переконайтеся, що ці принципи застосовуються у вашій роботі.