Πάντα αποθαρρύνεστε από τις παρεμβολές σήματος, την κακή απαγωγή θερμότητας και την ακατάστατη δρομολόγηση κατά την εκτέλεση διάταξης PCB; Στην πραγματικότητα, εφόσον κατακτήσετε τις βασικές τεχνικές, μπορείτε εύκολα να χειριστείτε όλα τα είδη προκλήσεων διάταξης! Σήμερα, έχουμε συγκεντρώσει 9 εξαιρετικά πρακτικές υβριδικές μεθόδους διάταξης PCB, από την τοποθέτηση εξαρτημάτων έως την θωράκιση του κάτω στρώματος, όλα γεμάτα με πρακτικές πληροφορίες και χωρίς περιττά, επιτρέποντας στους αρχάριους να ξεκινήσουν γρήγορα!

I. Τοποθέτηση εξαρτημάτων: Ακολουθήστε τους "Κανόνες" για να τοποθετήσετε σωστά τα εξαρτήματα και να αποφύγετε τις παρακάμψεις

Η εσφαλμένη τοποθέτηση εξαρτημάτων θα καταστήσει άχρηστη όλη την επακόλουθη δρομολόγηση! Κατά την τοποθέτηση εξαρτημάτων, όχι μόνο θα πρέπει να ακολουθείτε τις διαδρομές σήματος στο σχηματικό και να αφήνετε αρκετό χώρο για ίχνη, αλλά πρέπει επίσης να θυμάστε αυτές τις 5 αρχές:

• Τα τροφοδοτικά θα πρέπει να είναι συμπαγή, με σχέδια αποσύνδεσης για να εξασφαλίζεται σταθερή παροχή ρεύματος;
• Οι πυκνωτές αποσύνδεσης θα πρέπει να τοποθετούνται κοντά στα εξαρτήματα για να συντομεύουν οι βρόχοι ρεύματος και να μειώνεται ο θόρυβος;
• Οι σύνδεσμοι θα πρέπει να τοποθετούνται απευθείας στην άκρη της πλακέτας για εύκολη σύνδεση εξωτερικών συσκευών χωρίς να καταλαμβάνουν την περιοχή του πυρήνα;
• Τα εξαρτήματα υψηλής συχνότητας θα πρέπει να τοποθετούνται αυστηρά σύμφωνα με τη ροή του σχηματικού για να αποφεύγεται η διαφθορά του σήματος;
• Οι επεξεργαστές, οι γεννήτριες ρολογιών, οι μεγάλες συσκευές αποθήκευσης και άλλα "βασικά εξαρτήματα" θα πρέπει να τοποθετούνται στο κέντρο της πλακέτας για εύκολη σύνδεση με τα γύρω κυκλώματα.

II. Αναλογικά + Ψηφιακά Modules: Ξεχωριστή διάταξη, χωρίς παρεμβολές
Τα αναλογικά και ψηφιακά σήματα συχνά έρχονται σε αντίθεση. Η κοινή χρήση περιοχών μπορεί εύκολα να οδηγήσει σε αμοιβαίες παρεμβολές, με αποτέλεσμα κακή απόδοση του κυκλώματος! Η σωστή προσέγγιση είναι να διαχωρίσετε εντελώς τα δύο. Τα βασικά σημεία είναι εδώ:

• Τοποθετήστε εξαρτήματα ακριβείας (όπως ενισχυτές και πηγές τάσης αναφοράς) στο αναλογικό επίπεδο και αφιερώστε το ψηφιακό επίπεδο στον έλεγχο λογικής, τα χρονικά μπλοκ και άλλα "εξαρτήματα υψηλού θορύβου";
• Οι ADC (Analog-to-Digital Converters) και DAC (Digital-to-Analog Converters) χειρίζονται μικτά σήματα, επομένως η αντιμετώπισή τους ως αναλογικών εξαρτημάτων είναι πιο αξιόπιστη;
• Τα σχέδια ADC/DAC υψηλού ρεύματος πρέπει να έχουν ξεχωριστά αναλογικά και ψηφιακά τροφοδοτικά (DVDD συνδεδεμένο στην ψηφιακή ενότητα, AVCC συνδεδεμένο στην αναλογική ενότητα);
• Οι μικροεπεξεργαστές και οι μικροελεγκτές παράγουν σημαντική θερμότητα, επομένως η τοποθέτησή τους στο κέντρο της πλακέτας κυκλώματος και κοντά στα συνδεδεμένα μπλοκ κυκλώματος θα έχει ως αποτέλεσμα πιο αποτελεσματική απαγωγή θερμότητας.

III. Δρομολόγηση: Πάρτε τη συντομότερη και ευθύτερη διαδρομή, αποφύγετε αυτές τις παγίδες

Αφού τα εξαρτήματα είναι στη θέση τους, η δρομολόγηση αφορά την "κατασκευή καναλιών σήματος". Θυμηθείτε αυτές τις 8 αρχές για ομαλότερη μετάδοση σήματος:

• Όσο πιο σύντομη και ευθεία είναι η διαδρομή του σήματος, τόσο το καλύτερο, μειώνοντας την καθυστέρηση και τις παρεμβολές;
• Ένα επίπεδο γείωσης πρέπει να τοποθετηθεί δίπλα στα στρώματα σήματος υψηλής ταχύτητας για να εξασφαλιστεί η κανονική επιστροφή του σήματος;
• Τα κυκλώματα υψηλής ταχύτητας πρέπει να δρομολογούνται αυστηρά σύμφωνα με τη διαδρομή σήματος του σχηματικού και δεν μπορούν να αλλάξουν αυθαίρετα;
• Χρησιμοποιήστε κοντά, ευθεία και φαρδιά ίχνη τροφοδοσίας για να μειώσετε την επαγωγή;
• Αποφύγετε να κάνετε ίχνη και vias σε "σχήματα κεραίας" για να αποφύγετε πρόσθετες παρεμβολές;
• Διατηρήστε τα ίχνη ψηφιακών και αναλογικών κυκλωμάτων απομονωμένα, χωρίς διασταυρώσεις ή επικάλυψη;
• Δώστε ιδιαίτερη προσοχή στα ίχνη γείωσης που συνδέουν ψηφιακές και αναλογικές ζώνες;
• Αποφύγετε περιττές παρακάμψεις και vias σε όλη τη διαδικασία, απλοποιώντας τη διαδρομή μειώνοντας παράλληλα την απώλεια σήματος.

IV. Μονάδα τροφοδοσίας: Εγγύτητα τροφοδοσίας + Σχεδιασμός απομόνωσης – Η σταθερότητα είναι το κλειδί

Η τροφοδοσία είναι η "καρδιά" του κυκλώματος. Η ακατάλληλη διάταξη μπορεί εύκολα να οδηγήσει σε συνολική αποτυχία. Υπάρχουν δύο βασικά σημεία:

• Η μονάδα τροφοδοσίας πρέπει να είναι κοντά στα εξαρτήματα τροφοδοσίας, ενώ είναι απομονωμένη από άλλα κυκλώματα για να αποτρέπεται η διάδοση του θορύβου;
• Για πολύπλοκες συσκευές με πολλαπλούς ακροδέκτες τροφοδοσίας, χρησιμοποιήστε ειδικές μονάδες τροφοδοσίας τόσο για αναλογικά όσο και για ψηφιακά τμήματα για να εξαλείψετε εντελώς τις παρεμβολές ψηφιακού θορύβου με αναλογικά σήματα;
• Οι γραμμές τροφοδοσίας θα πρέπει να ακολουθούν την αρχή "σύντομη, ευθεία, φαρδιά" για να μειωθεί η επαγωγή και οι περιορισμοί ρεύματος, με αποτέλεσμα πιο σταθερή τροφοδοσία.

V. Σχεδιασμός αποσύνδεσης: Δημιουργία ενός περιβάλλοντος χαμηλού θορύβου για μεγιστοποίηση της απόδοσης της συσκευής

Ο πυρήνας της αποσύνδεσης είναι "φιλτράρισμα θορύβου τροφοδοσίας". Η αναλογία απόρριψης τροφοδοσίας (PSRR) καθορίζει άμεσα την απόδοση της συσκευής. Αυτές οι 5 πρακτικές μέθοδοι είναι απαραίτητες:

• **Συνδυασμός πυκνωτών: Οι κεραμικοί πυκνωτές χαμηλής επαγωγής φιλτράρουν θόρυβο υψηλής συχνότητας, οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές λειτουργούν ως "δεξαμενές φόρτισης" για το φιλτράρισμα θορύβου χαμηλής συχνότητας και οι χάντρες φερρίτη μπορούν να επιλεγούν για την ενίσχυση της απομόνωσης;
• **Τοποθετήστε πυκνωτές αποσύνδεσης κοντά στους ακροδέκτες τροφοδοσίας της συσκευής και συνδέστε τους σε ένα επίπεδο γείωσης χαμηλής σύνθετης αντίστασης χρησιμοποιώντας κοντά ίχνη ή vias για να μειώσετε την επαγωγή σειράς;
• **Τοποθετήστε μικρούς πυκνωτές (0,01μF-0,1μF) δίπλα στους ακροδέκτες τροφοδοσίας για να αποτρέψετε την αστάθεια της συσκευής όταν πολλές έξοδοι αλλάζουν ταυτόχρονα;
• **Κρατήστε τους ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές (10μF-100μF) όχι περισσότερο από 1 ίντσα μακριά από τους ακροδέκτες τροφοδοσίας. Η υπερβολική απόσταση θα επηρεάσει την απόδοση φιλτραρίσματος;
• **Οι πυκνωτές αποσύνδεσης μπορούν να συνδεθούν στο επίπεδο γείωσης σε σχήμα Τ μέσω δίπλα στον ακροδέκτη GND της συσκευής, απλοποιώντας τη διαδικασία χωρίς πρόσθετη καλωδίωση.

VI. Στρώση PCB: Σχεδιάστε τα στρώματα εκ των προτέρων και βελτιστοποιήστε τις διαδρομές επιστροφής

Προσδιορίστε το σχήμα στρώσης πριν από τη δρομολόγηση, διαφορετικά θα επηρεάσει τη διαδρομή επιστροφής του σήματος. Διαφορετικοί αριθμοί στρώσεων απαιτούν διαφορετικές σχεδιαστικές εκτιμήσεις:

• Τα συστήματα απόκτησης δεδομένων υψηλής απόδοσης θα πρέπει να δίνουν προτεραιότητα σε PCB 4 στρώσεων ή υψηλότερων. Οι πλακέτες διπλής στρώσης είναι κατάλληλες για απλά κυκλώματα.
• Τυπική διάταξη πλακέτας 4 στρώσεων: Επάνω στρώμα (ψηφιακά/αναλογικά σήματα), δεύτερο στρώμα (στρώμα γείωσης, μείωση πτώσης τάσης IR και προστασία σημάτων), τρίτο στρώμα (στρώμα τροφοδοσίας), κάτω στρώμα (βοηθητικά σήματα);
• Τα στρώματα τροφοδοσίας και γείωσης πρέπει να είναι στενά παρακείμενα, χρησιμοποιώντας χωρητικότητα διαστρώσεων για την επίτευξη αποσύνδεσης υψηλής συχνότητας;
• Οι πλακέτες πολλαπλών στρώσεων μπορούν να χρησιμοποιήσουν τυφλά vias και θαμμένα vias για τη σύνδεση στρώσεων, μειώνοντας τον χώρο ίχνους επιφάνειας και καθιστώντας τη διάταξη καθαρότερη.

VII. Αντιστάσεις χαλκού PCB: Επιλογή του σωστού πάχους χαλκού για μείωση σφαλμάτων
Τα ίχνη χαλκού είναι ο πυρήνας των διασυνδέσεων κυκλώματος και των επιπέδων γείωσης. Η υπερβολική αντίσταση μπορεί να οδηγήσει σε σφάλματα σήματος. Θυμηθείτε αυτά τα σημεία:

• Τα τυπικά PCB χρησιμοποιούν χαλκό 1oz. τα τμήματα υψηλής ισχύος χρησιμοποιούν χαλκό 2oz ή 3oz (η ειδική αντίσταση του χαλκού είναι 1,724 × 10⁻⁶ Ω/cm στους 25℃);
• Το φύλλο χαλκού 1oz έχει πάχος περίπου 0,036 mm, με αντίσταση 0,48 mΩ/τετράγωνο. Για παράδειγμα, ένα ίχνος πλάτους 0,25 mm έχει αντίσταση περίπου 19 mΩ/cm;
• Για κυκλώματα ακριβείας χαμηλής σύνθετης αντίστασης (όπως 16-bit ADCs), δώστε προσοχή στην αντίσταση του ίχνους χαλκού για να αποφύγετε την εισαγωγή πρόσθετων σφαλμάτων. Διευρύνετε τα ίχνη ή αυξήστε το πάχος του χαλκού εάν είναι απαραίτητο.

VIII. Σχεδιασμός γείωσης: Δύο επιλογές, επιλέξτε ανάλογα με τις ανάγκες

Η γείωση είναι ζωτικής σημασίας για την καταστολή των παρεμβολών. Η επιλογή της σωστής επιλογής είναι σημαντική για διαφορετικά συστήματα. Δύο κύριες μέθοδοι εξηγούνται λεπτομερώς:

1. Μονό στρώμα γείωσης (Συνιστάται για συστήματα ADC/DAC χαμηλού ψηφιακού ρεύματος)

• Η χρήση ενός μόνο συμπαγούς στρώματος γείωσης επιτρέπει στο ρεύμα επιστροφής να ακολουθεί τη διαδρομή της μικρότερης αντίστασης, αποφεύγοντας τις παρεμβολές μικτού σήματος.
• Το ρεύμα επιστροφής χαμηλής συχνότητας ρέει κατά μήκος της γραμμής αναφοράς γείωσης της συσκευής, ενώ το ρεύμα επιστροφής υψηλής συχνότητας ρέει πίσω κατά μήκος της διαδρομής του σήματος, μειώνοντας τις παρεμβολές βρόχου.

2. Ανεξάρτητη αναλογική γείωση + ψηφιακή γείωση (Συνιστάται για πολύπλοκα συστήματα υψηλού ρεύματος)

• Διαίρεση του στρώματος γείωσης σε αναλογική γείωση και ψηφιακή γείωση, συνδεδεμένα μέσω μιας "αστρικής γείωσης" (το σημείο τομής είναι μια αστρική γείωση), εξασφαλίζοντας σταθερά επίπεδα αναφοράς και για τα δύο.
• Ο ακροδέκτης AGND των συσκευών μικτού σήματος είναι συνδεδεμένος στην αναλογική γείωση και ο ακροδέκτης DGND είναι συνδεδεμένος στην ψηφιακή γείωση, απομονώνοντας το ψηφιακό ρεύμα υψηλού θορύβου.
• Οι PCB πολλαπλών στρώσεων πρέπει να εξασφαλίζουν πλήρη απομόνωση μεταξύ των επιπέδων AGND και DGND και η επικάλυψη δεν επιτρέπεται.

Ⅸ. Θωράκιση ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών: Δημιουργήστε ένα κλωβό Faraday για την εξάλειψη εξωτερικών παρεμβολών

Αφού αντιμετωπιστούν οι εσωτερικές παρεμβολές, είναι ζωτικής σημασίας η προστασία από εξωτερικές ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (EMI). Διαφορετικά, ενδέχεται να προκύψουν διακοπές επικοινωνίας, καταστροφή δεδομένων αισθητήρων και αστοχίες εξαρτημάτων. Ακολουθούν ορισμένες τεχνικές θωράκισης:

• Χρησιμοποιήστε επαρκή μεταλλική θωράκιση για να δημιουργήσετε ένα "κλωβό Faraday", καλύπτοντας πλήρως το κύκλωμα από όλες τις έξι πλευρές και συνδέστε το στο επίπεδο γείωσης για βέλτιστη θωράκιση.
• Ο σχεδιασμός θωράκισης πρέπει να λαμβάνει υπόψη τις απαιτήσεις απαγωγής θερμότητας και να διατηρεί κανάλια εισόδου/εξόδου σήματος. Η θωράκιση δεν πρέπει να παρεμβαίνει στην κανονική λειτουργία του κυκλώματος.
• Για περιβάλλοντα υψηλής συχνότητας, υψηλών παρεμβολών, το στρώμα θωράκισης πρέπει να εξασφαλίζει απρόσκοπτη σύνδεση για την αποφυγή "κενών θωράκισης."

Κατακτήστε αυτές τις 9 υβριδικές τεχνικές διάταξης PCB. Είτε είστε αρχάριος είτε έμπειρος βελτιστοποιητής PCB, μπορείτε εύκολα να χειριστείτε διάφορες προκλήσεις διάταξης, διπλασιάζοντας άμεσα τη σταθερότητα και την απόδοση του κυκλώματος!