PCB Ontwerpprincipes van een Microcontroller-besturingsbord

Het meest basale proces van het ontwerpen van een printplaat kan worden verdeeld in drie stappen: schemaontwerp, netlistgeneratie en printplaatontwerp. Ongeacht de lay-out van de componenten op de plaat of de bedrading, etc., er zijn specifieke vereisten.

Zo moet bijvoorbeeld de in- en uitgaande bedrading zoveel mogelijk worden vermeden om interferentie te voorkomen. De parallelle routing van de twee signaallijnen moet worden geïsoleerd met aarding, en de twee aangrenzende lagen bedrading moeten zo loodrecht mogelijk op elkaar staan. Parasitaire koppeling kan gemakkelijk optreden bij parallelle bedrading. De voedings- en aardingsdraden moeten zoveel mogelijk in twee lagen worden gescheiden en loodrecht op elkaar staan. Qua lijnbreedte kan een brede aardingsdraad worden gebruikt als lus voor de digitale circuit-PCB om een aardingsnetwerk te vormen (analoge circuits kunnen op deze manier niet worden gebruikt), en een groot koperen oppervlak wordt gebruikt.

Het volgende artikel legt de principes en enkele details uit waar rekening mee moet worden gehouden bij het PCB-ontwerp van de microcontroller-besturingskaart.

1. Component lay-out

Wat betreft de lay-out van componenten, moeten de gerelateerde componenten zo dicht mogelijk bij elkaar worden geplaatst. De klokgenerator, kristaloscillator en de klokingang van de CPU zijn bijvoorbeeld allemaal gevoelig voor ruis en moeten dichter bij elkaar worden geplaatst. Houd die apparaten die gevoelig zijn voor ruis, laagstroomcircuits, hoogstroomcircuitschakelcircuits, enz., zoveel mogelijk uit de buurt van het logische besturingscircuit en het geheugencircuit (ROM, RAM) van de microcontroller. Indien mogelijk kunnen deze circuits in circuits worden gemaakt. Bord, dit bevordert anti-interferentie en verbetert de betrouwbaarheid van het circuitwerk.

2. Ontkoppelcondensator

Probeer ontkoppelcondensatoren naast belangrijke componenten te installeren, zoals ROM, RAM en andere chips. In feite kunnen printplaatsporen, pinverbindingen en bedrading, etc. grote inductantie-effecten bevatten. Grote inductantie kan ernstige schakelruispieken veroorzaken op het Vcc-spoor. De enige manier om schakelruispieken op Vcc-sporen te voorkomen, is door een 0,1uF elektronische ontkoppelcondensator tussen VCC en voedingsaarde te plaatsen. Als er oppervlaktemontagecomponenten op de printplaat worden gebruikt, kunnen chipcondensatoren direct tegen de componenten worden gebruikt en op de Vcc-pin worden bevestigd. Het is het beste om keramische condensatoren te gebruiken, omdat dit type condensator een lagere elektrostatische verlies (ESL) en hoogfrequente impedantie heeft, en de temperatuur en tijd van de diëlektrische stabiliteit van de condensator ook erg goed zijn. Probeer geen tantaalcondensatoren te gebruiken, omdat hun impedantie hoger is bij hoge frequenties.

Let op de volgende punten bij het plaatsen van ontkoppelcondensatoren:

Sluit een 100uF elektrolytische condensator aan over het voedingsingangseinde van de printplaat. Als het volume het toelaat, is een grotere capaciteit beter.

In principe moet een 0,01uF keramische condensator naast elke geïntegreerde circuitchip worden geplaatst. Als de opening van de printplaat te klein is om te passen, kunt u een 1-10 tantaalcondensator plaatsen voor elke 10 chips.

Voor componenten met een zwakke anti-interferentiecapaciteit en grote stroomveranderingen bij het uitschakelen, en geheugencomponenten zoals RAM en ROM, moet een ontkoppelcondensator worden aangesloten tussen de voedingslijn (Vcc) en de aardingslijn.

De aansluiting van de condensator mag niet te lang zijn, vooral de hoogfrequente bypass-condensator mag geen aansluiting hebben.

3. Aardingsdraadontwerp

In het single-chip besturingssysteem zijn er veel soorten aardingsdraden, zoals systeem aarde, afschermingsaarde, logische aarde, analoge aarde, etc. De redelijke lay-out van de aardingsdraden bepaalt de anti-interferentiecapaciteit van de printplaat. Bij het ontwerpen van aardingsdraden en aardingspunten moeten de volgende problemen in overweging worden genomen:

Logische aarde en analoge aarde moeten afzonderlijk worden bedraad en kunnen niet samen worden gebruikt. Sluit hun respectievelijke aardingsdraden aan op de bijbehorende voedingsaardedraden. Bij het ontwerpen moet de analoge aardingsdraad zo dik mogelijk zijn en moet het aardingsgebied van de aansluiting zoveel mogelijk worden vergroot. Over het algemeen is het het beste om de in- en uitgaande analoge signalen van het microcontrollercircuit te isoleren via optocouplers.

Bij het ontwerpen van de printplaat van het logische circuit moet de aardingsdraad een gesloten lus vormen om de anti-interferentiecapaciteit van het circuit te verbeteren.

De aardingsdraad moet zo dik mogelijk zijn. Als de aardingsdraad erg dun is, zal de weerstand van de aardingsdraad groot zijn, waardoor de aardpotentiaal verandert met de stroomverandering, waardoor het signaalniveau onstabiel wordt, wat resulteert in een afname van de anti-interferentiecapaciteit van het circuit. Wanneer de bedradingsruimte het toelaat, zorg er dan voor dat de breedte van de hoofdaardingsdraad minimaal 2-3 mm is, en de aardingsdraad op de componentpin moet ongeveer 1,5 mm zijn.

Let op de keuze van het aardingspunt. Wanneer de signaalfrequentie op de printplaat lager is dan 1 MHz, omdat de elektromagnetische inductie tussen de bedrading en de componenten weinig invloed heeft, en de circulatie die wordt gevormd door het aardingscircuit een grotere invloed heeft op de interferentie, is het noodzakelijk om een punt aarding te gebruiken zodat het geen lus vormt. Wanneer de signaalfrequentie op de printplaat hoger is dan 10 MHz, wordt de aardimpedantie erg groot vanwege het duidelijke inductie-effect van het PCB-bedradingsontwerp, en is de circulerende stroom die wordt gevormd door het aardingscircuit geen groot probleem meer. Daarom moet multi-point aarding worden gebruikt om de aardimpedantie te minimaliseren.

4. Overige

· Naast de lay-out van de voedingslijn moet de breedte van de spoor zo dik mogelijk zijn, afhankelijk van de grootte van de stroom. In het PCB-lay-outontwerp moet de routingrichting van de voedingslijn en de aardingslijn consistent zijn met de routing van de datalijn. Werk in het PCB-lay-outontwerp. Gebruik aan het einde aardingsdraden om de onderkant van de printplaat te bedekken waar geen sporen zijn. Al deze methoden helpen de anti-interferentiecapaciteit van het circuit te verbeteren.

De breedte van de datalijn moet zo breed mogelijk zijn om de impedantie te verminderen. De breedte van de datalijn is minimaal niet minder dan 0,3 mm (12 mil), en het is idealer als 0,46 ~ 0,5 mm (18 mil ~ 20 mil) wordt gebruikt.

Aangezien een via-gat op de printplaat ongeveer 10 pF capaciteitseffect met zich meebrengt, wat te veel interferentie introduceert voor hoogfrequente circuits, moet bij het PCB-lay-outontwerp het aantal via-gaten zoveel mogelijk worden verminderd. Bovendien verminderen te veel vias ook de mechanische sterkte van de printplaat.