PCB Kartlarının Tasarımındaki Bazı Önemli Adımlar Nasıl Anlaşılır?

Bir PCB kartı tasarlamakla ilgileniyorsanız, bilmeniz gereken bir dizi önemli adım vardır. Bu adımlar Fikir Oluşturma, Tanımlama, Doğrulama ve Bileşenlerin Yerleştirilmesini içerir. Bu adımları anlamak, mümkün olan en iyi tasarımı yapmanıza yardımcı olacaktır.

Düşünce

Etkili bir PCB kartı tasarımı oluşturmak, cihazın amacını tanımlamakla başlar. Kartın boyutlarını ve yükseklik kısıtlamalarını amaçlanan bileşenlerle eşleştirmek çok önemlidir. Diğer hususlar arasında bileşenlerin yüksek frekanslardaki ESR'si ve sıcaklık kararlılığı yer alır. Ayrıca, uygun iz genişliğini ve aralığını seçmek gerekir. Bu genel kurala uyulmaması maliyet patlamasına yol açabilir.

PCB tasarım süreci fikir oluşturma, tanımlama ve doğrulama ile başlar. Bu adım kritiktir ve bir prototip tasarlamadan veya bir tasarımı uygulamadan önce gerçekleşir. Tasarımcının yaratıcılığını öne çıkarır ve tüm donanım bileşenlerinin hizalı ve uyumlu olduğundan emin olunmasını sağlar. Ayrıca çeşitli ekip üyeleri arasında çapraz işbirliğine olanak sağlayarak sinerji yaratır.

Tanım

Bir PCB'nin tasarımı karmaşık bir süreçtir. PCB tabanı için doğru malzemeleri seçmeyi, bir tasarım kuralı seçmeyi ve nihai boyutları seçmeyi içerir. PCB ayrıca, amaçlanan çalışma koşulları altında düzgün çalışacağından emin olmak için test edilmelidir. Tasarım doğru yapılmazsa, proje başarısızlıkla sonuçlanabilir.

PCB tasarımındaki ilk adım, bir dizi plan oluşturmaktır. Bu, bilgisayar yazılımı aracılığıyla yapılır. Planlar, tasarım için bir model görevi görür. Tasarımcı, iç ve dış katmanları belirlemek için bir iz genişliği hesaplayıcısı da kullanabilir. İletken bakır izler ve devreler siyah mürekkeple işaretlenir. İzler PCB tasarımında katmanlar olarak bilinir. Dış ve iç olmak üzere iki tür katman vardır.

Doğrulama

PCB kartları, doğru tasarlandıklarından emin olmak için doğrulama süreçlerinden geçer. Bu testler kartın yapıları incelenerek gerçekleştirilir. Bu yapılar, malzeme parametreleri için Beatty standardının yanı sıra probları ve konektörleri içerir. Bu testler, yansımalar gibi herhangi bir tasarım hatasını ortadan kaldırmak için yapılır.

PCB kartları daha sonra üretim için hazırlanır. Süreç, kullanılan CAD aracına ve üretim tesisine bağlıdır. Genellikle her katmanın çizimleri olan Gerber dosyalarının oluşturulmasını içerir. Bazıları CAD araçlarında yerleşik olarak bulunan, bazıları ise bağımsız uygulamalar olan çeşitli Gerber görüntüleyici ve doğrulama araçları mevcuttur. İndirmesi ve kullanması ücretsiz olan ViewMate buna bir örnektir.

Doğrulama süreci aynı zamanda cihazın test edilmesini de içerir. Tasarım, beklenen yanıtı karşıladığından emin olmak için bir prototip ile test edilir. Buna ek olarak, tasarımın kararlı olup olmadığını belirlemek için devrenin bir analizini içerir. Bu testin sonuçları herhangi bir değişiklik gerekip gerekmediğini belirler. Tasarımı iyileştirmek ve müşterinin spesifikasyonlarını karşıladığından emin olmak için bazı değişiklikler yapılmalıdır.

Bileşenlerin yerleştirilmesi

Bileşenlerin PCB kartlarına yerleştirilmesi birçok şekilde yapılabilir. Bunları başka bir bileşenin üstüne veya altına yerleştirebilir veya bu yöntemlerin bir kombinasyonunu kullanabilirsiniz. Yerleştirmeler, Üste Hizala veya Alta Hizala seçilerek bileşenleri hizalayarak düzenli hale getirilebilir. Ayrıca bileşenleri seçip üzerlerine sağ tıklayarak bileşenleri pano üzerinde eşit olarak dağıtabilirsiniz. Ayrıca L tuşuna basarak bileşenleri PCB'nin üst veya alt tarafına taşıyabilirsiniz.

PCB tasarlarken, bileşenlerin yerleştirilmesi çok önemlidir. İdeal olarak, bileşenler kartın üst tarafına yerleştirilir. Bununla birlikte, bileşen düşük bir termal dağılıma sahipse, alt tarafa yerleştirilebilir. Benzer bileşenlerin bir arada gruplanması ve eşit bir sıra halinde yerleştirilmesi de önerilir. Ayrıca, dekuplaj kapasitörlerini de aktif bileşenlerin yakınına yerleştirmelisiniz. Ek olarak, konektörleri tasarım gereksinimlerine göre yerleştirmelisiniz.

Dielektrik kırılma gerilimi

İster kendi PCB'nizi tasarlıyor olun, ister bir üreticiden PCB tedarik ediyor olun, bilmeniz gereken birkaç adım vardır. Bu adımlardan bazıları şunlardır: PCB'nin elektrik bileşenlerinin ve düzeninin işlevsellik açısından test edilmesi. Bu, IPC-9252 standartlarına uygun olarak bir dizi testten geçirilerek yapılır. En yaygın testlerden ikisi izolasyon ve devre sürekliliği testleridir. Bu testler, kartta herhangi bir kopukluk veya kısa devre olup olmadığını kontrol eder.

Tasarım süreci tamamlandıktan sonra, bileşenlerin termal genleşmesini ve termal direncini dikkate almak önemlidir. Bu iki alan önemlidir çünkü pano bileşenlerinin ısıl genleşmesi ısındıkça artar. Bir kartın bileşenlerinin Tg değeri, bileşenlerin hasar görmesini veya deforme olmasını önleyecek kadar yüksek olmalıdır. Tg çok düşükse, bileşenlerin zamanından önce arızalanmasına neden olabilir.

EMF Radyasyonunu Kontrol Etmek için PCB Katmanlı İstifleme Nasıl Kullanılır

PCB katmanlı istifleme, EMC'yi azaltmanın ve EMF emisyonlarını kontrol etmenin en iyi yollarından biridir. Bununla birlikte, risksiz değildir. İki sinyal katmanına sahip bir PCB tasarımı, sinyalleri yönlendirmek için yetersiz miktarda kart alanı ile sonuçlanabilir ve PWR düzlemini kesebilir. Bu nedenle sinyal katmanlarını iki yığılmış iletken düzlem arasına yerleştirmek daha iyidir.

6 katmanlı bir PCB yığını kullanma

6 katmanlı bir PCB istiflemesi, yüksek hızlı sinyalleri ve düşük hızlı sinyalleri ayırmak için etkilidir ve ayrıca güç bütünlüğünü iyileştirmek için de kullanılabilir. Yüzey ve iç iletken katmanlar arasına bir sinyal katmanı yerleştirerek EMI'yi etkili bir şekilde bastırabilir.

Güç kaynağının ve toprağın PCB istifinin 2. ve beşinci katmanlarına yerleştirilmesi, EMI radyasyonunun kontrolünde kritik bir faktördür. Bu yerleşim avantajlıdır çünkü güç kaynağının bakır direnci yüksektir ve bu da ortak mod EMI'nin kontrolünü etkileyebilir.

Farklı uygulamalar için yararlı olan 6 katmanlı PCB yığınlarının farklı konfigürasyonları vardır. Uygun uygulama özellikleri için 6 katmanlı bir PCB yığını tasarlanmalıdır. Ardından, işlevselliğini sağlamak için kapsamlı bir şekilde test edilmelidir. Bundan sonra tasarım, üretim sürecine rehberlik edecek mavi bir baskıya dönüştürülecektir.

PCB'ler eskiden vias içermeyen ve yüz kHz aralığında saat hızlarına sahip tek katmanlı kartlardı. Bu günlerde, katmanlar arasına ve her iki tarafa yerleştirilmiş bileşenlerle 50 katmana kadar içerebilirler. Sinyal hızları 28 Gb/S'nin üzerine çıkmıştır. Katı katman istiflemenin faydaları saymakla bitmez. Radyasyonu azaltabilir, çapraz konuşmayı iyileştirebilir ve empedans sorunlarını en aza indirebilirler.

Çekirdek lamine levha kullanma

Çekirdek lamine PCB kullanmak, elektronikleri EMI radyasyonundan korumak için mükemmel bir yoldur. Bu tür radyasyona hızlı değişen akımlar neden olur. Bu akımlar döngüler oluşturur ve hızla değiştiklerinde gürültü yayarlar. Radyasyonu kontrol etmek için, düşük dielektrik sabitine sahip çekirdek lamine bir kart kullanmalısınız.

EMI çeşitli kaynaklardan kaynaklanır. En yaygın olanı radyo frekansları üzerinde oluşan geniş bant EMI'dir. Devreler, güç hatları ve lambalar dahil olmak üzere bir dizi kaynak tarafından üretilir. Endüstriyel ekipmana zarar verebilir ve üretkenliği azaltabilir.

Çekirdek lamine bir kart EMI azaltıcı devreler içerebilir. Her EMI azaltma devresi bir direnç ve bir kapasitör içerir. Ayrıca bir anahtarlama cihazı da içerebilir. Kontrol devresi ünitesi, EMI azaltıcı devrelere seçim ve kontrol sinyalleri göndererek her bir EMI azaltıcı devreyi kontrol eder.

Empedans uyumsuzluğu

PCB katmanlı istifler EMI kontrolünü iyileştirmek için harika bir yoldur. Ortak mod EMI'yi en aza indirirken elektrik ve manyetik alanları içermeye yardımcı olabilirler. En iyi istifleme, dış katmanlarda sağlam güç ve toprak düzlemlerine sahiptir. Bileşenleri bu düzlemlere bağlamak, güç ağaçlarını yönlendirmekten daha hızlı ve kolaydır. Ancak bunun karşılığında karmaşıklık ve üretim maliyetleri artar. Çok katmanlı PCB'ler pahalıdır, ancak faydaları değiş tokuştan daha ağır basabilir. En iyi sonuçları almak için deneyimli bir PCB tedarikçisi ile çalışın.

Bir PCB katmanlı istifinin tasarlanması, sinyal bütünlüğü sürecinin ayrılmaz bir parçasıdır. Bu süreç, mekanik ve elektriksel performans gereksinimlerinin dikkatle değerlendirilmesini gerektirir. Bir PCB tasarımcısı, mümkün olan en iyi PCB'yi oluşturmak için imalatçı ile yakın bir şekilde çalışır. Nihayetinde, PCB katman dizilimi tüm sinyalleri başarılı bir şekilde yönlendirebilmeli, sinyal bütünlüğü kurallarını sağlam tutabilmeli ve yeterli güç ve toprak katmanları sağlayabilmelidir.

PCB katmanlı bir istifleme EMI radyasyonunu azaltmaya ve sinyal kalitesini artırmaya yardımcı olabilir. Ayrıca bir dekuplaj güç yolu da sağlayabilir. Tüm EMI sorunları için tek bir çözüm olmasa da, PCB katmanlı yığınları optimize etmek için birkaç iyi seçenek vardır.

İz ayırma

EMI radyasyonunu kontrol etmenin en iyi yollarından biri PCB tasarımlarında katman yığınını kullanmaktır. Bu teknik, toprak düzlemi ve sinyal katmanlarının yan yana yerleştirilmesini içerir. Bu, ortak mod radyasyonunu azaltmaya yardımcı olan iç sinyal katmanlarına kalkan görevi görmelerini sağlar. Dahası, katmanlı bir istifleme, termal yönetim söz konusu olduğunda tek düzlemli bir PCB'den çok daha verimlidir.

EMI radyasyonunu sınırlamada etkili olmasının yanı sıra, PCB katmanlı yığın tasarımı da bileşen yoğunluğunu artırmaya yardımcı olur. Bu, bileşenlerin etrafındaki boşluğun daha büyük olmasını sağlayarak yapılır. Bu aynı zamanda ortak mod EMI'yi de azaltabilir.

EMI radyasyonunu azaltmak için PCB tasarımı dört veya daha fazla katmana sahip olmalıdır. Dört katmanlı bir kart, iki katmanlı bir karta göre 15 dB daha az radyasyon üretecektir. Sinyal katmanını güç düzlemine yakın yerleştirmek önemlidir. PCB tasarımı için iyi bir yazılımın kullanılması, doğru malzemelerin seçilmesine ve empedans hesaplamalarının yapılmasına yardımcı olabilir.