Jak porozumět některým důležitým krokům při návrhu desek plošných spojů

Pokud se zajímáte o návrh desky plošných spojů, musíte znát několik důležitých kroků. Mezi tyto kroky patří nápad, definice, validace a umístění součástek. Pochopení těchto kroků vám pomůže vytvořit co nejlepší návrh.

Nápady

Vytvoření efektivního návrhu desky plošných spojů začíná definováním účelu zařízení. Je nezbytné sladit rozměry a výškové omezení desky s určenými součástmi. Mezi další aspekty patří ESR součástek při vysokých frekvencích a teplotní stabilita. Kromě toho je nutné zvolit správnou šířku a rozteč stop. Nedodržení tohoto obecného pravidla může vést k explozi nákladů.

Proces návrhu desek plošných spojů začíná nápadem, definicí a ověřením. Tento krok je rozhodující a nastává před návrhem prototypu nebo realizací návrhu. Zdůrazňuje kreativitu konstruktéra a zajišťuje, že všechny hardwarové komponenty jsou sladěné a shodné. Umožňuje také vzájemnou spolupráci mezi jednotlivými členy týmu, což vede k synergii.

Definice

Návrh desky plošných spojů je složitý proces. Zahrnuje výběr správných materiálů pro základovou desku plošných spojů, volbu pravidla návrhu a výběr konečných rozměrů. DPS musí být také otestována, aby se zajistilo, že bude správně fungovat za zamýšlených provozních podmínek. Pokud není návrh proveden správně, může projekt skončit neúspěchem.

Prvním krokem při návrhu desek plošných spojů je vytvoření sady plánů. To se provádí pomocí počítačového softwaru. Plány slouží jako vzor pro návrh. Konstruktér může také použít kalkulačku šířky stopy k určení vnitřních a vnějších vrstev. Vodivé měděné stopy a obvody se vyznačí černým inkoustem. Stopy se v návrhu desky plošných spojů označují jako vrstvy. Existují dva typy vrstev, vnější a vnitřní.

Ověřování

Desky plošných spojů procházejí validačními procesy, aby se zajistilo, že jsou správně navrženy. Tyto testy se provádějí zkoumáním struktur desek. Tyto struktury zahrnují sondy a konektory a také standard Beatty pro materiálové parametry. Tyto testy se provádějí s cílem vyloučit případné konstrukční chyby, jako jsou například odrazy.

Desky s plošnými spoji jsou poté připraveny k výrobě. Postup závisí na použitém nástroji CAD a výrobním zařízení. Obvykle zahrnuje generování souborů Gerber, což jsou výkresy jednotlivých vrstev. K dispozici je několik nástrojů pro prohlížení a ověřování souborů Gerber, z nichž některé jsou zabudovány do nástrojů CAD, zatímco jiné jsou samostatné aplikace. Jedním z nich je například ViewMate, který je zdarma ke stažení a použití.

Proces validace zahrnuje také testování zařízení. Návrh se testuje na prototypu, aby se zajistilo, že splňuje očekávanou odezvu. Kromě toho zahrnuje analýzu obvodu, aby se zjistilo, zda je návrh stabilní. Výsledky tohoto testu určují, zda jsou nutné nějaké změny. Je třeba provést některé úpravy, aby se návrh zlepšil a zajistilo se, že splňuje specifikace zákazníka.

Umístění součástí

Umístění součástek na desky plošných spojů lze provést mnoha způsoby. Můžete je umístit nad nebo pod jinou součástku nebo můžete použít kombinaci těchto způsobů. Umístění lze zpřehlednit zarovnáním součástek výběrem možnosti Zarovnat nahoru nebo Zarovnat dolů. Součástky můžete na desce rovnoměrně rozmístit také tak, že je vyberete a kliknete na ně pravým tlačítkem myši. Součástky můžete také přesunout na horní nebo spodní stranu desky stisknutím klávesy L.

Při navrhování desek plošných spojů je rozhodující umístění součástek. V ideálním případě jsou součástky umístěny na horní straně desky. Pokud má však součástka nízký tepelný rozptyl, může být umístěna na spodní straně. Doporučuje se také seskupit podobné součástky a umístit je do rovnoměrné řady. Kromě toho byste také měli umístit oddělovací kondenzátory v těsné blízkosti aktivních součástek. Kromě toho byste měli umístit konektory podle požadavků na konstrukci.

Dielektrické průrazné napětí

Ať už navrhujete vlastní desku plošných spojů, nebo ji pořizujete od výrobce, měli byste znát několik kroků. Některé z těchto kroků zahrnují: testování elektrických součástek a rozvržení DPS z hlediska funkčnosti. To se provádí tak, že se deska podrobí souboru testů v souladu s normami IPC-9252. Dva z nejběžnějších testů jsou testy izolace a spojitosti obvodů. Těmito testy se zjišťuje, zda na desce nedochází k rozpojení nebo zkratům.

Po dokončení procesu návrhu je důležité zohlednit tepelnou roztažnost a tepelný odpor součástí. Tyto dvě oblasti jsou důležité, protože tepelná roztažnost komponent desky se zvyšuje, když se zahřívá. Tg komponent desky musí být dostatečně vysoká, aby nedošlo k poškození nebo deformaci komponent. Pokud je Tg příliš nízká, může způsobit předčasné selhání komponent.

Jak používat vrstvené vrstvy PCB pro kontrolu vyzařování EMP

Vrstvené uspořádání desek plošných spojů je jedním z nejlepších způsobů, jak snížit elektromagnetickou kompatibilitu a kontrolovat emise elektromagnetických polí. Není však bez rizika. Návrh desky plošných spojů se dvěma signálovými vrstvami může mít za následek nedostatečný prostor na desce pro vedení signálů, což může vést k přerušení roviny PWR. Proto je lepší umístit signálové vrstvy mezi dvě na sebe položené vodivé roviny.

Použití šestivrstvého uspořádání desek plošných spojů

Šestivrstvé uspořádání desek plošných spojů je účinné pro oddělování vysokorychlostních signálů a nízkorychlostních signálů a lze je použít i pro zlepšení integrity napájení. Umístěním signální vrstvy mezi povrch a vnitřní vodivé vrstvy lze účinně potlačit EMI.

Umístění napájecího zdroje a uzemnění na 2. a 5. vrstvě desky plošných spojů je rozhodujícím faktorem pro kontrolu vyzařování EMI. Toto umístění je výhodné, protože odpor mědi napájecího zdroje je vysoký, což může ovlivnit kontrolu EMI ve společném módu.

Existují různé konfigurace šestivrstvých plošných spojů, které jsou užitečné pro různé aplikace. Šestivrstvá skládaná deska plošných spojů by měla být navržena pro příslušné specifikace aplikace. Poté musí být důkladně otestován, aby byla zajištěna jeho funkčnost. Poté se z návrhu vytvoří modrotisk, kterým se bude řídit výrobní proces.

Dříve byly desky plošných spojů jednovrstvé, bez průchodek a s taktovacími frekvencemi v řádu stovek kHz. V dnešní době mohou obsahovat až 50 vrstev, přičemž součástky jsou umístěny mezi vrstvami a na obou stranách. Rychlost signálů se zvýšila na více než 28 Gb/S. Výhody jednovrstvého skládání jsou četné. Mohou snížit vyzařování, zlepšit přeslechy a minimalizovat problémy s impedancí.

Použití desky s laminovaným jádrem

Použití desek plošných spojů s laminovaným jádrem je vynikajícím způsobem ochrany elektroniky před EMI zářením. Tento typ záření je způsoben rychle se měnícími proudy. Tyto proudy vytvářejí smyčky a při rychlých změnách vyzařují šum. Abyste mohli toto vyzařování kontrolovat, měli byste použít desku s laminovaným jádrem, která má nízkou dielektrickou konstantu.

EMI je způsobeno různými zdroji. Nejčastějším zdrojem je širokopásmové EMI, které se vyskytuje na rádiových frekvencích. Vzniká z řady zdrojů, včetně obvodů, elektrického vedení a světelných zdrojů. Může poškozovat průmyslová zařízení a snižovat produktivitu.

Deska s laminovaným jádrem může obsahovat obvody snižující EMI. Každý obvod pro snížení EMI se skládá z rezistoru a kondenzátoru. Může také obsahovat spínací zařízení. Jednotka řídicího obvodu řídí každý obvod pro snížení EMI vysíláním výběrových a řídicích signálů do obvodů pro snížení EMI.

Impedanční nesoulad

Skvělým způsobem, jak zlepšit kontrolu EMI, jsou vrstvené desky plošných spojů. Mohou pomoci omezit elektrická a magnetická pole a zároveň minimalizovat EMI ve společném módu. Nejlepší uspořádání má pevné napájecí a zemnicí roviny na vnějších vrstvách. Připojení komponent k těmto rovinám je rychlejší a jednodušší než vedení napájecích stromů. Kompromisem je však zvýšená složitost a výrobní náklady. Vícevrstvé desky plošných spojů jsou drahé, ale jejich výhody mohou převážit nad kompromisem. Chcete-li dosáhnout nejlepších výsledků, spolupracujte se zkušeným dodavatelem desek plošných spojů.

Nedílnou součástí procesu integrity signálu je návrh vrstveného uspořádání desek plošných spojů. Tento proces vyžaduje pečlivé zvážení požadavků na mechanické a elektrické vlastnosti. Návrhář desek plošných spojů úzce spolupracuje s výrobcem, aby vytvořil nejlepší možnou desku plošných spojů. Nakonec by mělo být uspořádání vrstev DPS schopno úspěšně vést všechny signály, zachovat pravidla integrity signálu a poskytnout odpovídající napájecí a zemnicí vrstvy.

Vrstvené uspořádání PCB může pomoci snížit vyzařování EMI a zlepšit kvalitu signálu. Může také poskytnout oddělovací napájecí sběrnici. Přestože neexistuje jediné řešení všech problémů s EMI, existuje několik dobrých možností optimalizace vrstvených stohů DPS.

Oddělení stop

Jedním z nejlepších způsobů, jak kontrolovat vyzařování EMI, je použití vrstev v návrzích desek plošných spojů. Tato technika spočívá v umístění zemnící roviny a signálních vrstev vedle sebe. Díky tomu mohou fungovat jako stínění vnitřních signálových vrstev, což pomáhá snižovat vyzařování ve společném módu. Kromě toho je vrstvené uspořádání mnohem účinnější než jednoplošná deska plošných spojů, pokud jde o tepelný management.

Kromě toho, že vrstvená konstrukce PCB účinně omezuje vyzařování EMI, pomáhá také zlepšit hustotu součástek. Toho je dosaženo tím, že prostor kolem součástek je větší. To může také snížit elektromagnetické rušení ve společném módu.

Aby se snížilo vyzařování EMI, měl by mít návrh desky plošných spojů čtyři nebo více vrstev. Čtyřvrstvá deska bude produkovat o 15 dB méně záření než deska dvouvrstvá. Je důležité umístit signální vrstvu blízko napájecí roviny. Použití kvalitního softwaru pro návrh DPS může pomoci při výběru správných materiálů a provádění impedančních výpočtů.