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Compétences en mise en page des PCB pour les ingénieurs intelligents
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Compétences en mise en page des PCB pour les ingénieurs intelligents

2022-09-20
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Author:iPCB

PCB board, also known as printed circuit board (Printed Circuit Board), Peut réaliser la connexion de circuit et la réalisation fonctionnelle entre les composants électroniques, Est également un élément important de la conception des circuits électriques. Aujourd'hui, Cet article introduira PCB board Mise en page et câblage.

PCB board

1. Règles de base pour la disposition des composants

Selon la disposition du module de circuit, les circuits pertinents qui remplissent la même fonction sont appelés modules. Les éléments du module de circuit doivent adopter le principe de la concentration la plus proche. Les circuits numériques et analogiques doivent être séparés en même temps;

Ne pas installer les composants à moins de 1,27mm autour des trous de positionnement, des trous standard et d'autres trous non montés, et ne pas installer les composants à moins de 3,5mm (m2,5) et 4mm (m3) autour des trous de montage tels que les vis;

Évitez de placer des trous sous la résistance, l'inducteur (plug - in), le condensateur électrolytique et d'autres éléments installés horizontalement afin d'éviter un court - circuit entre les trous après soudage par crête d'onde et l'enceinte de l'élément;

La distance entre l'extérieur du composant et le bord de la plaque est de 5 mm;

La distance entre l'extérieur du coussin du composant d'installation et l'extérieur du composant d'installation adjacent doit être supérieure à 2 mm;

Les composants de l'enceinte métallique et les parties métalliques (boîtes de blindage, etc.) ne doivent pas entrer en contact avec d'autres composants ni être proches de la ligne d'impression et de la plaque de soudage, et l'espacement doit être supérieur à 2 mm. Les dimensions des trous carrés tels que les trous de positionnement, les trous de fixation et les trous elliptiques sur la plaque doivent être supérieures à 3 mm du bord de la plaque;

L'élément chauffant ne doit pas être proche du conducteur et de l'élément chauffant; Les éléments chauffants élevés doivent être répartis uniformément;

Les prises de courant doivent être disposées autour des cartes imprimées autant que possible et les bornes de bus reliées aux prises de courant doivent être disposées du même côté. Une attention particulière doit être accordée à la non - disposition des prises de courant et autres connecteurs soudés entre les connecteurs afin de faciliter le soudage de ces prises de courant et connecteurs ainsi que la conception et l'arrimage des câbles électriques. L'espacement entre les prises de courant et les joints soudés doit être pris en considération pour faciliter l'insertion et le démontage des prises de courant;

Disposition des autres composants: tous les composants IC sont alignés sur un seul côté, avec des marques de polarité claires sur les composants polaires, et les marques de polarité sur la même carte imprimée ne doivent pas être plus de deux directions. Lorsque deux directions apparaissent, elles sont perpendiculaires les unes aux autres;

Le câblage sur la planche doit être suffisamment dense. Si la différence de densité est trop grande, la Feuille de cuivre du maillage doit être remplie et la taille du maillage doit être supérieure à 8 Mil (ou 0,2 mm);

Il ne doit pas y avoir de trous de travers dans le bloc terminal pour éviter la perte de pâte à souder et le soudage des pièces. Les fils de signalisation importants ne doivent pas passer entre les broches de prise;

Le correctif est aligné d'un côté, avec la même direction de caractère et la même direction d'emballage;

Pour les équipements ayant une polarité, la direction des marques de polarité sur la même carte de circuit doit être aussi cohérente que possible.


2. Règles de câblage des composants

Le câblage est interdit dans la zone dont la surface de câblage est inférieure ou égale à 1 mm du bord de la carte PCB et à moins de 1 mm du trou de montage;

La ligne électrique doit être aussi large que possible et ne doit pas être inférieure à 18 mils; La largeur de la ligne de signalisation ne doit pas être inférieure à 12 mils; Les lignes d'entrée et de sortie du processeur ne doivent pas être inférieures à 10 mils (ou 8 mils); L'espacement des lignes ne doit pas être inférieur à 10 mils;

Le trou normal ne doit pas être inférieur à 30 mil;

Type de prise directe à deux rangées: coussin 60mil, diamètre du trou 40mil; 1 / 4w résistance: 51 * 55mil (0805 montage de surface); Coussin incorporé 62mil, alésage 42mil; Condensateur sans électrode: 51 * 55mil (0805 montage de surface); Lorsque l'axe est coaxial, le coussin est de 50 mil et le diamètre du trou est de 28 mil;

Veuillez noter que la ligne électrique et la ligne au sol doivent être radiales autant que possible et que la ligne de signal ne doit pas être en boucle.


3. Comment améliorer la capacité anti - interférence et la compatibilité électromagnétique

Comment améliorer la capacité anti - interférence et la compatibilité électromagnétique lors du développement de produits électroniques avec des processeurs?

3.1 Une attention particulière doit être accordée à la résistance aux interférences électromagnétiques des systèmes suivants:

Système avec une fréquence d'horloge de microcontrôleur particulièrement élevée et un cycle de bus particulièrement rapide.

Le système comprend un circuit d'entraînement à haute puissance et à courant élevé, comme un relais de génération d'étincelles et un interrupteur à courant élevé.

Système avec circuit de signal analogique faible et circuit de conversion A / D élevé.


3.2 prendre les mesures suivantes pour améliorer la capacité anti - EMI du système:

Sélection d'un microcontrôleur à basse fréquence: le choix d'un microcontrôleur à basse fréquence d'horloge externe peut efficacement réduire le bruit et améliorer la capacité anti - interférence du système. La composante haute fréquence de l'onde carrée et de l'onde sinusoïdale de même fréquence est beaucoup plus grande que celle de l'onde sinusoïdale. Bien que l'amplitude de la composante haute fréquence de l'onde carrée soit inférieure à celle de l'onde fondamentale, plus la fréquence est élevée, plus il est facile de produire et de devenir une source de bruit. Le micro - contrôleur produit environ trois fois la fréquence de l'horloge.

Réduire la distorsion dans la transmission du signal

Le microcontrôleur est principalement fabriqué à l'aide de la technologie CMOS à grande vitesse. Le courant d'entrée statique à l'extrémité d'entrée du signal est d'environ 1ma, la capacité d'entrée est d'environ 10pf, l'impédance d'entrée est assez élevée, l'extrémité de sortie du circuit CMOS à grande vitesse a une capacité de charge considérable, c'est - à - dire une valeur de sortie considérable. Lorsque la ligne longue est introduite dans l'entrée avec une impédance d'entrée plus élevée, le problème de réflexion est très grave, ce qui provoque une distorsion du signal et augmente le bruit du système. Lorsque TPD > tr, il devient un problème de ligne de transmission et doit tenir compte de la réflexion du signal et de l'appariement de l'impédance. Le temps de retard du signal sur la carte de circuit imprimé dépend de l'impédance caractéristique du fil, c'est - à - dire de la constante diélectrique du matériau de la carte de circuit imprimé. On peut supposer que la vitesse de transmission du signal sur le plomb de la carte imprimée est d'environ 1 / 3 à 1 / 2 de la vitesse de la lumière. Dans les systèmes composés de microcontrôleurs, le tr (temps de retard standard) de l'élément téléphonique logique commun est compris entre 3 et 18 NS. Sur une carte de circuit imprimé, le signal passe par une résistance de 7 W et un fil de 25 cm de long, avec un retard de fil d'environ 4 à 20 NS. C'est - à - dire que plus la ligne de signal du circuit imprimé est courte, plus la longueur ne doit pas dépasser 25 cm. Le nombre de trous de passage doit être aussi faible que possible et ne doit pas dépasser 2. Lorsque le temps de montée du signal est supérieur au temps de retard du signal, le traitement doit être effectué conformément à l'électronique rapide. À ce stade, l'ajustement de l'impédance de la ligne de transmission doit être considéré. Pour la transmission du signal entre les blocs intégrés sur la carte de circuit imprimé, le cas de td > trd doit être évité. Plus le circuit imprimé est grand, plus le système est rapide.

Réduire l'interférence croisée entre les lignes de signalisation: le signal de pas avec le temps de montée du point a tr est transmis à l'extrémité B par le fil AB. Le temps de retard du signal sur la ligne ab est TD. Au point d, en raison de la transmission positive du signal du point a, la réflexion du signal après l'arrivée au point B et le retard de la ligne ab, Après le temps TD, un signal d'impulsion de page de largeur tr est détecté. Au point C, en raison de la transmission et de la réflexion du signal sur ab, un signal d'impulsion positif d'une largeur égale au double du temps de retard du signal sur la ligne ab, c'est - à - dire 2td, est généré. C'est une interférence croisée entre les signaux. L'intensité du signal d'interférence est liée au di / at du signal au point C, qui est lié à la distance entre les lignes. Lorsque les deux lignes de signal ne sont pas très longues, ce qui est réellement vu sur ab est la superposition de deux impulsions. Le microcontrôleur CMOS a une impédance d'entrée élevée, un bruit élevé et une tolérance élevée au bruit. Le bruit de 100 ~ 200 MV superposé au circuit numérique n'affecte pas son fonctionnement. Si la ligne ab de la figure est un signal analogique, cette interférence devient intolérable. Par exemple, lorsque la carte de circuit imprimé est une carte à quatre couches, dont une couche est mise à la terre sur une grande surface ou une carte recto - verso, l'interférence croisée entre les signaux est réduite lorsque le côté opposé de la ligne de signal est mis à la terre sur une grande surface. La raison en est que la grande surface du sol réduit l'impédance caractéristique de la ligne de signal et que la réflexion du signal à l'extrémité D est considérablement réduite. L'impédance caractéristique est inversement proportionnelle au carré de la constante diélectrique du milieu entre la ligne de signal et le sol et directement proportionnelle au logarithme naturel de l'épaisseur du milieu. Si la ligne ab est un signal analogique, afin d'éviter l'interférence de la ligne de signal de circuit numérique CD avec ab, il doit y avoir une grande surface au sol sous la ligne ab, et la distance entre la ligne AB et la ligne CD doit être supérieure à 2 ~ 3 fois la distance entre la ligne AB et le sol. Le blindage local peut être utilisé et le fil de mise à la terre est disposé sur les côtés gauche et droit du fil du côté du connecteur de fil.

Réduire le bruit d'alimentation

Tout en alimentant le système, l'alimentation électrique augmente également le bruit de l'alimentation électrique fournie. Les lignes de remise à zéro, les lignes d'interruption et les autres lignes de commande du microcontrôleur sont facilement perturbées par le bruit extérieur. Une forte interférence sur le réseau électrique pénètre dans le circuit par l'alimentation électrique et la batterie elle - même est bruyante à haute fréquence, même dans le système d'alimentation de la batterie. Le signal analogique dans le circuit analogique peut mieux résister à l'interférence de l'alimentation électrique.

Attention aux caractéristiques à haute fréquence des circuits imprimés et des composants

À haute fréquence, l'inductance et la capacité distribuées des fils, des trous, des résistances, des condensateurs et des connecteurs sur les circuits imprimés ne doivent pas être négligées. L'inductance distribuée du condensateur ne doit pas être négligée, la capacité distribuée de l'inductance ne doit pas être négligée. La résistance produit la réflexion d'un signal à haute fréquence, et la capacité distribuée du conducteur fonctionnera. Lorsque la longueur est supérieure à 1 / 20 de la longueur d'onde correspondant à la fréquence du bruit, un effet d'antenne est produit et le bruit est transmis par le fil. Le trou de travers de la carte de circuit imprimé produit une capacité d'environ 0,6pf. Le matériau d'emballage du circuit intégré lui - même introduit une capacité de 2 ~ 6pf. Connecteur sur une carte de circuit avec une inductance distribuée de 520nh. Une prise IC à 24 broches à double ligne avec inductance distribuée de 4 ~ 18nh. Pour cette série de systèmes de microcontrôleurs à basse fréquence, ces petits paramètres de distribution sont négligeables; Une attention particulière doit être accordée aux systèmes à grande vitesse.

La disposition des composants doit être raisonnablement divisée.

L'emplacement des composants disposés sur la carte de circuit imprimé doit tenir pleinement compte de l'interférence électromagnétique. L'un des principes est que les fils de plomb entre les composants doivent être aussi courts que possible. Dans la disposition, la partie du signal analogique, la partie du circuit numérique à grande vitesse et la partie de la source de bruit (par exemple, relais, interrupteur à courant élevé, etc.) doivent être raisonnablement séparées pour permettre le couplage du signal entre elles.

G traitement des fils au sol

Sur les circuits imprimés, les cordons d'alimentation et de mise à la terre sont importants. Pour surmonter les interférences électromagnétiques, le principal moyen est la mise à la terre. Pour les panneaux recto - latéraux, la disposition du fil de terre est très spéciale. En utilisant une méthode de mise à la terre en un seul point, l'alimentation électrique et la mise à la terre sont connectées des deux extrémités de l'alimentation électrique à la carte de circuit imprimé, un contact pour l'alimentation électrique et un contact pour la mise à la terre. Sur une carte de circuit imprimé, il doit y avoir plusieurs fils au sol de boucle qui seront groupés sur les contacts de l'alimentation de boucle, ce qu'on appelle la mise à la terre en un seul point. La séparation entre la mise à la terre analogique, la mise à la terre numérique et la mise à la terre des équipements de grande puissance signifie que le câblage est séparé et que tout cela est relié à ce point de mise à la terre. Lorsqu'il est connecté à un signal autre qu'une carte de circuit imprimé, un câble blindé est généralement utilisé. Pour les signaux haute fréquence et numériques, les deux extrémités du câble blindé sont mises à la terre. Le câble blindé du signal analogique à basse fréquence doit être mis à la terre à une extrémité. Les circuits qui sont très sensibles au bruit et aux interférences ou qui sont particulièrement bruyants à haute fréquence doivent être protégés par des couvercles métalliques.

Utiliser pleinement le condensateur de découplage

Un bon condensateur de découplage haute fréquence élimine les composants haute fréquence jusqu'à 1 GHz. Les condensateurs à puce céramique ou les condensateurs céramiques multicouches ont de meilleures caractéristiques à haute fréquence. Lors de la conception des circuits imprimés, un condensateur de découplage doit être ajouté entre l'alimentation électrique de chaque circuit intégré et le sol. Le condensateur de découplage a deux fonctions: d'une part, il s'agit d'un condensateur de stockage d'énergie de circuit intégré qui fournit et absorbe l'énergie de charge et de décharge de circuit intégré au moment de l'ouverture et de la fermeture de la porte du véhicule; D'autre part, il contourne le bruit à haute fréquence de l'équipement. La capacité de découplage typique dans les circuits numériques est de 0,1uf. L'inductance distribuée du condensateur de découplage est de 5 NH et sa fréquence de résonance parallèle est d'environ 7 MHz, ce qui signifie qu'il a un bon effet de découplage sur le bruit en dessous de 10 MHz. Le bruit ne fonctionne presque pas. Condensateurs 1uf et 10uf, la fréquence de résonance parallèle est supérieure à 20mhz, l'effet d'élimination du bruit à haute fréquence est bon. Les condensateurs à haute fréquence 1uf ou 10uf sont généralement utiles si l'alimentation est fournie à une carte de circuit, même si cela est nécessaire pour le système d'alimentation de la batterie. Un condensateur de charge et de décharge ou un condensateur de stockage et de décharge doit être ajouté pour chaque 10 circuits intégrés et la taille du condensateur peut être de 10 UF. Aucun condensateur électrolytique n'est utilisé. Le condensateur électrolytique est enroulé par deux couches de film de plutonium. Cette structure enroulée se présente sous forme d'inductance à haute fréquence. Utilisez un condensateur biliaire ou un condensateur en polycarbonate. Le choix de la capacité de découplage n'est pas strict et peut être calculé selon C = 1 / F; C'est - à - dire qu'il faut 0,1uf pour 10mhz et qu'il peut être compris entre 0,1 et 0,01uf pour les systèmes composés de microcontrôleurs.


3. Expérience de la réduction du bruit et des interférences électromagnétiques.

Si la puce à basse vitesse peut être utilisée, la puce à grande vitesse n'est pas nécessaire. Les puces à grande vitesse sont utilisées dans des endroits clés.

Les résistances peuvent être connectées en série pour réduire le taux de conversion des bords supérieur et inférieur du circuit de commande.

Essayez de fournir une certaine forme d'amortissement pour les relais, etc.

Utiliser une horloge de fréquence conforme aux exigences du système.

Le générateur d'horloge doit être situé le plus près possible de l'équipement utilisant l'horloge et le boîtier de l'oscillateur à cristaux de quartz doit être mis à la terre.

La bobine au sol doit sortir de la zone de l'horloge et la ligne d'horloge doit être aussi courte que possible.

Les circuits d'entraînement I / o doivent être situés le plus près possible du bord de la carte imprimée et doivent être retirés de la carte dès que possible. Les signaux entrant dans la carte imprimée doivent être filtrés, tout comme les signaux provenant de zones bruyantes. Entre - temps, une résistance terminale en série doit être utilisée pour réduire la réflexion du signal.

L'extrémité inutilisée du MCD doit être reliée à un niveau élevé, ou mise à la terre, ou définie comme l'extrémité de sortie. Les extrémités des circuits intégrés qui doivent être raccordées à la mise à la terre de l'alimentation électrique doivent être bien raccordées et ne doivent pas flotter.

Ne pas flotter le terminal d'entrée du circuit de porte inutilisé, mettre à la terre le terminal d'entrée positif de l'amplificateur opérationnel inutilisé et connecter le terminal d'entrée négatif au terminal de sortie.

Les cartes imprimées doivent utiliser autant que possible des lignes 45x au lieu de 90x afin de réduire l'émission externe et le couplage des signaux à haute fréquence.

La carte imprimée doit être divisée en fonction des caractéristiques de commutation de fréquence et de courant et la distance entre les éléments bruyants et non bruyants doit être plus longue.

L'alimentation électrique en un seul point et la mise à la terre en un seul point des panneaux simples et doubles doivent être aussi épaisses que possible. Si les conditions économiques le permettent, utilisez des panneaux multicouches pour réduire l'inductance Capacitive de l'alimentation électrique et du sol.

Éloignez les signaux d'horloge, de bus et de sélection de puces des lignes d'E / s et des connecteurs.

La ligne d'entrée de tension analogique et les bornes de tension de référence doivent être aussi éloignées que possible de la ligne de signal du circuit numérique, en particulier de l'horloge.

Pour les équipements A / D, les parties numérique et analogique doivent être unifiées et non croisées.

L'interférence de la ligne d'horloge perpendiculaire à la ligne d'entrée / sortie est inférieure à celle de la ligne d'entrée / sortie parallèle, et les broches de l'élément d'horloge sont éloignées du câble d'entrée / sortie.

Les broches des composants doivent être aussi courtes que possible et les broches des condensateurs de découplage doivent être aussi courtes que possible.

Les lignes clés doivent être aussi épaisses que possible et les deux côtés doivent être protégés et mis à la terre. Les lignes à grande vitesse doivent être courtes et droites.

Ne pas utiliser les lignes sensibles au bruit en parallèle avec les lignes de commutation à courant élevé et à grande vitesse.

Ne laissez pas de traces sous les cristaux de quartz et les équipements sensibles au bruit.

21) circuit de signal faible, ne pas former de boucle de courant autour du circuit à basse fréquence.

22) ne pas former de boucle pour un signal et, si cela est inévitable, réduire au minimum la surface de la boucle.

23) Un condensateur de découplage par IC. Un petit condensateur de dérivation à haute fréquence doit être ajouté à côté de chaque condensateur électrolytique.

24) Use large-capacity tantalum capacitors or polycooled capacitors instead of electrolytic capacitors as circuit charging and discharging energy storage capacitors. Lors de l'utilisation de condensateurs tubulaires, La boîte doit être mise à la terre PCB board.