Principes de conception des circuits imprimés de la carte de commande de micro-ordinateur à puce unique

Le processus le plus élémentaire de conception d'une carte de circuit imprimé peut être divisé en trois étapes : la conception du schéma de circuit, la génération de la netlist et la conception de la carte de circuit imprimé. Qu'il s'agisse de la disposition des composants sur la carte ou du câblage, etc., il existe des exigences spécifiques.

Par exemple, le câblage d'entrée et de sortie doit être évité autant que possible pour éviter les interférences. Le routage parallèle des deux lignes de signal doit être isolé par la mise à la terre, et les deux couches adjacentes de câblage doivent être aussi perpendiculaires que possible l'une à l'autre. Le couplage parasite peut facilement se produire en parallèle. Les fils d'alimentation et de masse doivent être séparés en deux couches autant que possible et perpendiculaires l'un à l'autre. En termes de largeur de ligne, un fil de masse large peut être utilisé comme boucle pour le circuit imprimé numérique afin de former un réseau de masse (les circuits analogiques ne peuvent pas être utilisés de cette manière), et une grande surface de cuivre est utilisée.

L'article suivant explique les principes et certains détails auxquels il faut prêter attention lors de la conception de la carte de circuit imprimé de la carte de contrôle du microcontrôleur.

1. Disposition des composants

En termes de disposition des composants, les composants connexes doivent être placés aussi près que possible. Par exemple, le générateur d'horloge, l'oscillateur à cristal et l'entrée d'horloge du processeur sont tous sujets au bruit, et ils doivent être placés plus près. Pour les appareils sujets au bruit, les circuits à faible courant, les circuits de commutation à courant élevé, etc., tenez-les le plus loin possible du circuit de contrôle logique et du circuit de stockage (ROM, RAM) du microcontrôleur. Si possible, ces circuits peuvent être transformés en circuits. Carte, cela favorise l'anti-interférence et améliore la fiabilité du fonctionnement du circuit.

2. Condensateur de découplage

Essayez d'installer des condensateurs de découplage à côté des composants clés, tels que la ROM, la RAM et d'autres puces. En fait, les pistes de la carte de circuit imprimé, les connexions des broches et le câblage, etc. peuvent contenir d'importants effets d'inductance. Une grande inductance peut provoquer de graves pics de bruit de commutation sur la piste Vcc. La seule façon d'empêcher les pics de bruit de commutation sur les pistes Vcc est de placer un condensateur de découplage électronique de 0,1 uF entre VCC et la masse d'alimentation. Si des composants à montage en surface sont utilisés sur la carte de circuit imprimé, des condensateurs à puce peuvent être utilisés directement contre les composants et fixés sur la broche Vcc. Il est préférable d'utiliser des condensateurs céramiques, car ce type de condensateur a une perte électrostatique (ESL) plus faible et une impédance haute fréquence, et la température et le temps de la stabilité diélectrique du condensateur sont également très bons. Essayez de ne pas utiliser de condensateurs au tantale, car leur impédance est plus élevée aux hautes fréquences.

Faites attention aux points suivants lors de la mise en place de condensateurs de découplage :

Connectez un condensateur électrolytique de 100 uF à l'extrémité d'entrée d'alimentation de la carte de circuit imprimé. Si le volume le permet, une plus grande capacité est préférable.

En principe, un condensateur céramique de 0,01 uF doit être placé à côté de chaque puce de circuit intégré. Si l'espace de la carte de circuit imprimé est trop petit pour s'adapter, vous pouvez placer un condensateur au tantale de 1 à 10 pour 10 puces.

Pour les composants ayant une faible capacité anti-interférence et de grands changements de courant lors de la mise hors tension, et les composants de stockage tels que la RAM et la ROM, un condensateur de découplage doit être connecté entre la ligne d'alimentation (Vcc) et la ligne de masse.

Le fil du condensateur ne doit pas être trop long, en particulier le condensateur de dérivation haute fréquence ne peut pas prendre de fil.

3. Conception du fil de masse

Dans le système de contrôle à puce unique, il existe de nombreux types de fils de masse, tels que la masse du système, la masse de blindage, la masse logique, la masse analogique, etc. La disposition raisonnable des fils de masse déterminera la capacité anti-interférence de la carte de circuit imprimé. Lors de la conception des fils de masse et des points de mise à la terre, les problèmes suivants doivent être pris en compte :

La masse logique et la masse analogique doivent être câblées séparément et ne peuvent pas être utilisées ensemble. Connectez leurs fils de masse respectifs aux fils de masse d'alimentation correspondants. Lors de la conception, le fil de masse analogique doit être aussi épais que possible et la zone de mise à la terre de la borne doit être agrandie autant que possible. De manière générale, il est préférable d'isoler les signaux analogiques d'entrée et de sortie du circuit du microcontrôleur via des optocoupleurs.

Lors de la conception de la carte de circuit imprimé du circuit logique, le fil de masse doit former une boucle fermée pour améliorer la capacité anti-interférence du circuit.

Le fil de masse doit être aussi épais que possible. Si le fil de masse est très fin, la résistance du fil de masse sera importante, ce qui entraînera une modification du potentiel de masse avec la modification du courant, ce qui rendra le niveau du signal instable, entraînant une diminution de la capacité anti-interférence du circuit. Lorsque l'espace de câblage le permet, assurez-vous que la largeur du fil de masse principal est d'au moins 2 à 3 mm, et le fil de masse sur la broche du composant doit être d'environ 1,5 mm.

Faites attention au choix du point de mise à la terre. Lorsque la fréquence du signal sur la carte de circuit imprimé est inférieure à 1 MHz, en raison de la faible influence de l'induction électromagnétique entre le câblage et les composants, et que la circulation formée par le circuit de mise à la terre a une plus grande influence sur les interférences, il est nécessaire d'utiliser une mise à la terre ponctuelle afin qu'elle ne forme pas de boucle. Lorsque la fréquence du signal sur la carte de circuit imprimé est supérieure à 10 MHz, en raison de l'effet d'inductance évident de la conception du câblage du circuit imprimé, l'impédance de masse devient très importante et le courant de circulation formé par le circuit de masse n'est plus un problème majeur. Par conséquent, une mise à la terre multipoint doit être utilisée pour minimiser l'impédance de masse.

4. Autres

· En plus de la disposition de la ligne d'alimentation, la largeur de la trace doit être aussi épaisse que possible en fonction de la taille du courant. Dans la conception de la disposition du circuit imprimé, la direction de routage de la ligne d'alimentation et de la ligne de masse doit être cohérente avec le routage de la ligne de données. Travaillez dans la conception de la disposition du circuit imprimé. À la fin, utilisez des fils de masse pour couvrir le bas de la carte de circuit imprimé où il n'y a pas de traces. Toutes ces méthodes contribuent à améliorer la capacité anti-interférence du circuit.

La largeur de la ligne de données doit être aussi large que possible pour réduire l'impédance. La largeur de la ligne de données ne doit pas être inférieure à 0,3 mm (12 mil), et il est plus idéal d'utiliser 0,46 ~ 0,5 mm (18 mil ~ 20 mil).

Étant donné qu'un trou traversant sur la carte de circuit imprimé entraînera un effet de capacité d'environ 10 pF, ce qui introduira trop d'interférences pour les circuits haute fréquence, lors de la conception de la disposition du circuit imprimé, le nombre de trous traversants doit être réduit autant que possible. De plus, trop de vias réduiront également la résistance mécanique de la carte de circuit imprimé.