مبادئ تصميم PCB من لوحة تحكم جهاز كمبيوتر صغير ذات شريحة واحدة

يمكن تقسيم العملية الأساسية لتصميم لوحة الدوائر إلى ثلاث خطوات: تصميم مخطط الدائرة، وتوليد قائمة الشبكة، وتصميم لوحة الدوائر المطبوعة. بغض النظر عما إذا كان تخطيط الجهاز على اللوحة أو الأسلاك، وما إلى ذلك، فهناك متطلبات محددة.

على سبيل المثال، يجب تجنب أسلاك الإدخال والإخراج قدر الإمكان لتجنب التداخل. يجب أن يكون التوجيه المتوازي لخطوط الإشارة معزولًا أرضيًا، ويجب أن تكون الطبقتان المتجاورتان من الأسلاك متعامدتين لبعضهما البعض قدر الإمكان. يمكن أن يحدث الاقتران الطفيلي بسهولة بالتوازي. يجب فصل أسلاك الطاقة والأرض إلى طبقتين قدر الإمكان ومتعامدتين مع بعضهما البعض. من حيث عرض الخط، يمكن استخدام سلك أرضي عريض كحلقة لـ PCB الدائرة الرقمية لتشكيل شبكة أرضية (لا يمكن استخدام الدوائر التناظرية بهذه الطريقة)، ويتم استخدام مساحة كبيرة من النحاس.

تشرح المقالة التالية المبادئ وبعض التفاصيل التي يجب الانتباه إليها في تصميم PCB للوحة التحكم في المتحكم الدقيق.

1. تخطيط المكونات

من حيث تخطيط المكونات، يجب وضع المكونات ذات الصلة في أقرب مكان ممكن. على سبيل المثال، مولد الساعة، ومذبذب الكريستال، ومدخل الساعة لوحدة المعالجة المركزية (CPU) كلها عرضة للضوضاء، ويجب وضعها في مكان قريب. بالنسبة للأجهزة المعرضة للضوضاء، والدوائر منخفضة التيار، ودوائر تبديل التيار العالي، وما إلى ذلك، احتفظ بها بعيدًا عن دائرة التحكم المنطقي ودائرة التخزين (ROM، RAM) الخاصة بالمتحكم الدقيق قدر الإمكان. إذا أمكن، يمكن تحويل هذه الدوائر إلى دوائر. اللوحة، وهذا يساعد على مكافحة التداخل وتحسين موثوقية عمل الدائرة.

2. مكثف فك الاقتران

حاول تثبيت مكثفات فك الاقتران بجوار المكونات الرئيسية، مثل ROM و RAM والرقائق الأخرى. في الواقع، قد تحتوي آثار لوحة الدوائر المطبوعة، وتوصيلات الدبابيس والأسلاك، وما إلى ذلك، على تأثيرات حثية كبيرة. قد يتسبب الحث الكبير في حدوث ارتفاعات ضوضاء تبديل شديدة على مسار Vcc. الطريقة الوحيدة لمنع ارتفاعات ضوضاء التبديل على مسارات Vcc هي وضع مكثف فك اقتران إلكتروني 0.1uF بين VCC والأرضية الكهربائية. إذا تم استخدام مكونات التثبيت السطحي على لوحة الدوائر، فيمكن استخدام مكثفات الرقائق مباشرة مقابل المكونات وتثبيتها على دبوس Vcc. من الأفضل استخدام المكثفات الخزفية، لأن هذا النوع من المكثفات لديه فقدان كهروستاتيكي أقل (ESL) وممانعة عالية التردد، كما أن درجة الحرارة والوقت لاستقرار العازل للمكثف جيد جدًا أيضًا. حاول ألا تستخدم مكثفات التنتالوم، لأن مقاومتها أعلى عند الترددات العالية.

انتبه إلى النقاط التالية عند وضع مكثفات فك الاقتران:

قم بتوصيل مكثف إلكتروليتي 100uF عبر طرف إدخال الطاقة للوحة الدوائر المطبوعة. إذا سمح الحجم بذلك، فمن الأفضل استخدام سعة أكبر.

من حيث المبدأ، يجب وضع مكثف خزفي 0.01uF بجوار كل شريحة دائرة متكاملة. إذا كانت فجوة لوحة الدوائر صغيرة جدًا بحيث لا تتناسب، فيمكنك وضع مكثف تانتالوم 1-10 لكل 10 شرائح.

بالنسبة للمكونات ذات القدرة الضعيفة على مقاومة التداخل والتغيرات الكبيرة في التيار عند إيقاف التشغيل، ومكونات التخزين مثل RAM و ROM، يجب توصيل مكثف فك اقتران بين خط الطاقة (Vcc) والخط الأرضي.

يجب ألا يكون سلك المكثف طويلاً جدًا، خاصةً لا يمكن أن يأخذ مكثف تجاوز التردد العالي الرصاص.

3. تصميم السلك الأرضي

في نظام التحكم أحادي الشريحة، هناك أنواع عديدة من الأسلاك الأرضية، مثل الأرضية النظامية، والأرضية الواقية، والأرضية المنطقية، والأرضية التناظرية، وما إلى ذلك. سيحدد التخطيط المعقول للأسلاك الأرضية قدرة مقاومة التداخل للوحة الدوائر. عند تصميم الأسلاك الأرضية ونقاط التأريض، يجب مراعاة المشكلات التالية:

يجب توصيل الأرضية المنطقية والأرضية التناظرية بشكل منفصل ولا يمكن استخدامهما معًا. قم بتوصيل الأسلاك الأرضية الخاصة بكل منها بالأسلاك الأرضية للطاقة المقابلة. عند التصميم، يجب أن يكون السلك الأرضي التناظري سميكًا قدر الإمكان، ويجب تكبير منطقة التأريض للطرفية قدر الإمكان. بشكل عام، من الأفضل عزل إشارات الإدخال والإخراج التناظرية عن دائرة المتحكم الدقيق من خلال موصلات ضوئية.

عند تصميم لوحة الدوائر المطبوعة للدائرة المنطقية، يجب أن يشكل السلك الأرضي حلقة مغلقة لتحسين قدرة مقاومة التداخل للدائرة.

يجب أن يكون السلك الأرضي سميكًا قدر الإمكان. إذا كان السلك الأرضي رفيعًا جدًا، فستكون مقاومة السلك الأرضي كبيرة، مما يتسبب في تغير الجهد الأرضي مع تغير التيار، مما يتسبب في عدم استقرار مستوى الإشارة، مما يؤدي إلى انخفاض في قدرة مقاومة التداخل للدائرة. عندما تسمح مساحة الأسلاك، تأكد من أن عرض السلك الأرضي الرئيسي يبلغ 2-3 مم على الأقل، ويجب أن يكون السلك الأرضي على دبوس المكون حوالي 1.5 مم.

انتبه إلى اختيار نقطة التأريض. عندما يكون تردد الإشارة على لوحة الدوائر أقل من 1 ميجاهرتز، نظرًا لأن الحث الكهرومغناطيسي بين الأسلاك والمكونات له تأثير ضئيل، ولأن الدوران الذي تشكله دائرة التأريض له تأثير أكبر على التداخل، فمن الضروري استخدام تأريض نقطة بحيث لا تشكل حلقة. عندما يكون تردد الإشارة على لوحة الدوائر أعلى من 10 ميجاهرتز، نظرًا للتأثير الحثي الواضح لتصميم أسلاك PCB، تصبح مقاومة الأرض كبيرة جدًا، والتيار المتداول الذي تشكله دائرة الأرض لم يعد مشكلة رئيسية. لذلك، يجب استخدام التأريض متعدد النقاط لتقليل مقاومة الأرض.

4. أخرى

· بالإضافة إلى تخطيط خط الطاقة، يجب أن يكون عرض المسار سميكًا قدر الإمكان وفقًا لحجم التيار. في تصميم تخطيط PCB، يجب أن يكون اتجاه توجيه خط الطاقة والخط الأرضي متوافقًا مع توجيه خط البيانات. العمل في تصميم تخطيط PCB في النهاية، استخدم الأسلاك الأرضية لتغطية الجزء السفلي من لوحة الدوائر حيث لا توجد آثار. تساعد هذه الأساليب جميعها على تعزيز قدرة مقاومة التداخل للدائرة.

يجب أن يكون عرض خط البيانات عريضًا قدر الإمكان لتقليل الممانعة. عرض خط البيانات لا يقل عن 0.3 مم (12 مل)، وهو أكثر مثالية إذا تم استخدام 0.46 ~ 0.5 مم (18 مل ~ 20 مل).

نظرًا لأن فتحة مرور على لوحة الدوائر ستجلب تأثير سعة 10 بيكوفاراد تقريبًا، مما سيؤدي إلى إدخال الكثير من التداخل للدوائر عالية التردد، لذلك عند تصميم تخطيط PCB، يجب تقليل عدد فتحات المرور قدر الإمكان. علاوة على ذلك، فإن عددًا كبيرًا جدًا من الفتحات سيقلل أيضًا من القوة الميكانيكية للوحة الدوائر.