Αρχές Σχεδιασμού PCB Πίνακα Ελέγχου Μονοτσίπ Μικροϋπολογιστή

Η πιο βασική διαδικασία σχεδιασμού μιας πλακέτας κυκλώματος μπορεί να χωριστεί σε τρία βήματα: σχεδιασμός σχηματικού κυκλώματος, δημιουργία netlist και σχεδιασμός τυπωμένου κυκλώματος. Ανεξάρτητα από τη διάταξη των συσκευών στην πλακέτα ή την καλωδίωση, κ.λπ., υπάρχουν συγκεκριμένες απαιτήσεις.

Για παράδειγμα, η καλωδίωση εισόδου και εξόδου θα πρέπει να αποφεύγεται όσο το δυνατόν περισσότερο για την αποφυγή παρεμβολών. Η παράλληλη δρομολόγηση των δύο γραμμών σήματος πρέπει να είναι γειωμένη απομόνωση και τα δύο γειτονικά στρώματα καλωδίωσης θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο κάθετα μεταξύ τους. Η παρασιτική σύζευξη μπορεί εύκολα να συμβεί παράλληλα. Τα καλώδια τροφοδοσίας και γείωσης θα πρέπει να διαχωρίζονται σε δύο στρώματα όσο το δυνατόν περισσότερο και κάθετα μεταξύ τους. Όσον αφορά το πλάτος της γραμμής, ένα φαρδύ καλώδιο γείωσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βρόχος για το ψηφιακό κύκλωμα PCB για να σχηματίσει ένα δίκτυο γείωσης (τα αναλογικά κυκλώματα δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν με αυτόν τον τρόπο) και χρησιμοποιείται μια μεγάλη περιοχή χαλκού.

Το ακόλουθο άρθρο εξηγεί τις αρχές και ορισμένες λεπτομέρειες που πρέπει να προσέχουμε στον σχεδιασμό PCB της πλακέτας ελέγχου μικροελεγκτή.

1. Διάταξη εξαρτημάτων

Όσον αφορά τη διάταξη των εξαρτημάτων, τα σχετικά εξαρτήματα θα πρέπει να τοποθετούνται όσο το δυνατόν πιο κοντά. Για παράδειγμα, η γεννήτρια ρολογιού, ο κρυσταλλικός ταλαντωτής και η είσοδος ρολογιού της CPU είναι όλα επιρρεπή σε θόρυβο και θα πρέπει να τοποθετούνται πιο κοντά. Για εκείνες τις συσκευές που είναι επιρρεπείς σε θόρυβο, κυκλώματα χαμηλού ρεύματος, κυκλώματα μεταγωγής υψηλού ρεύματος κ.λπ., κρατήστε τα μακριά από το κύκλωμα ελέγχου λογικής και το κύκλωμα αποθήκευσης (ROM, RAM) του μικροελεγκτή όσο το δυνατόν περισσότερο. Εάν είναι δυνατόν, αυτά τα κυκλώματα μπορούν να κατασκευαστούν σε κυκλώματα. Πίνακας, αυτό συμβάλλει στην αντι-παρεμβολή και βελτιώνει την αξιοπιστία της εργασίας του κυκλώματος.

2. Πυκνωτής αποσύνδεσης

Προσπαθήστε να εγκαταστήσετε πυκνωτές αποσύνδεσης δίπλα σε βασικά εξαρτήματα, όπως ROM, RAM και άλλα τσιπ. Στην πραγματικότητα, τα ίχνη τυπωμένων κυκλωμάτων, οι συνδέσεις ακίδων και η καλωδίωση, κ.λπ. μπορεί να περιέχουν μεγάλα επαγωγικά εφέ. Η μεγάλη επαγωγή μπορεί να προκαλέσει σοβαρές αιχμές θορύβου μεταγωγής στο ίχνος Vcc. Ο μόνος τρόπος για να αποτρέψετε τις αιχμές θορύβου μεταγωγής στα ίχνη Vcc είναι να τοποθετήσετε έναν ηλεκτρονικό πυκνωτή αποσύνδεσης 0,1uF μεταξύ VCC και γείωσης τροφοδοσίας. Εάν χρησιμοποιούνται εξαρτήματα επιφανειακής τοποθέτησης στην πλακέτα κυκλώματος, τα τσιπ πυκνωτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν απευθείας έναντι των εξαρτημάτων και να στερεωθούν στην ακίδα Vcc. Είναι καλύτερο να χρησιμοποιείτε κεραμικούς πυκνωτές, επειδή αυτός ο τύπος πυκνωτή έχει χαμηλότερη ηλεκτροστατική απώλεια (ESL) και υψηλής συχνότητας σύνθετη αντίσταση και η θερμοκρασία και ο χρόνος της διηλεκτρικής σταθερότητας του πυκνωτή είναι επίσης πολύ καλά. Προσπαθήστε να μην χρησιμοποιείτε τανταλίου πυκνωτές, επειδή η σύνθετη αντίστασή τους είναι υψηλότερη σε υψηλές συχνότητες.

Δώστε προσοχή στα ακόλουθα σημεία κατά την τοποθέτηση πυκνωτών αποσύνδεσης:

Συνδέστε έναν ηλεκτρολυτικό πυκνωτή 100uF στην είσοδο τροφοδοσίας της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος. Εάν ο όγκος το επιτρέπει, ένα μεγαλύτερο χωρητικότητα είναι καλύτερο.

Κατ' αρχήν, ένας κεραμικός πυκνωτής 0,01uF πρέπει να τοποθετηθεί δίπλα σε κάθε ολοκληρωμένο τσιπ κυκλώματος. Εάν το κενό της πλακέτας κυκλώματος είναι πολύ μικρό για να χωρέσει, μπορείτε να τοποθετήσετε έναν τανταλίου πυκνωτή 1-10 για κάθε 10 τσιπ.

Για εξαρτήματα με ασθενή ικανότητα αντι-παρεμβολής και μεγάλες αλλαγές ρεύματος όταν απενεργοποιούνται και εξαρτήματα αποθήκευσης όπως RAM και ROM, ένας πυκνωτής αποσύνδεσης θα πρέπει να συνδεθεί μεταξύ της γραμμής τροφοδοσίας (Vcc) και της γραμμής γείωσης.

Η μολυβία του πυκνωτή δεν πρέπει να είναι πολύ μεγάλη, ειδικά ο πυκνωτής παράκαμψης υψηλής συχνότητας δεν μπορεί να πάρει μολυβία.

3. Σχεδιασμός καλωδίου γείωσης

Στο σύστημα ελέγχου ενός τσιπ, υπάρχουν πολλοί τύποι καλωδίων γείωσης, όπως γείωση συστήματος, γείωση ασπίδας, γείωση λογικής, αναλογική γείωση κ.λπ. Η λογική διάταξη των καλωδίων γείωσης θα καθορίσει την ικανότητα αντι-παρεμβολής της πλακέτας κυκλώματος. Κατά το σχεδιασμό των καλωδίων γείωσης και των σημείων γείωσης, θα πρέπει να ληφθούν υπόψη τα ακόλουθα ζητήματα:

Η λογική γείωση και η αναλογική γείωση θα πρέπει να είναι καλωδιωμένες ξεχωριστά και δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν μαζί. Συνδέστε τα αντίστοιχα καλώδια γείωσης στα αντίστοιχα καλώδια γείωσης τροφοδοσίας. Κατά το σχεδιασμό, το καλώδιο αναλογικής γείωσης θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν παχύτερο και η περιοχή γείωσης του τερματικού θα πρέπει να διευρυνθεί όσο το δυνατόν περισσότερο. Γενικά, είναι καλύτερο να απομονώσετε τα αναλογικά σήματα εισόδου και εξόδου από το κύκλωμα του μικροελεγκτή μέσω οπτοσυζευκτών.

Κατά το σχεδιασμό της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος του λογικού κυκλώματος, το καλώδιο γείωσης θα πρέπει να σχηματίζει έναν κλειστό βρόχο για να βελτιώσει την ικανότητα αντι-παρεμβολής του κυκλώματος.

Το καλώδιο γείωσης θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν παχύτερο. Εάν το καλώδιο γείωσης είναι πολύ λεπτό, η αντίσταση του καλωδίου γείωσης θα είναι μεγάλη, προκαλώντας την αλλαγή του δυναμικού γείωσης με την αλλαγή ρεύματος, προκαλώντας την αστάθεια του επιπέδου σήματος, με αποτέλεσμα τη μείωση της ικανότητας αντι-παρεμβολής του κυκλώματος. Όταν ο χώρος καλωδίωσης το επιτρέπει, βεβαιωθείτε ότι το πλάτος του κύριου καλωδίου γείωσης είναι τουλάχιστον 2-3 mm και το καλώδιο γείωσης στην ακίδα του εξαρτήματος πρέπει να είναι περίπου 1,5 mm.

Δώστε προσοχή στην επιλογή του σημείου γείωσης. Όταν η συχνότητα σήματος στην πλακέτα κυκλώματος είναι χαμηλότερη από 1MHz, επειδή η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή μεταξύ της καλωδίωσης και των εξαρτημάτων έχει μικρή επιρροή και η κυκλοφορία που σχηματίζεται από το κύκλωμα γείωσης έχει μεγαλύτερη επιρροή στις παρεμβολές, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε ένα σημείο γείωσης έτσι ώστε να μην σχηματίζει βρόχο. Όταν η συχνότητα σήματος στην πλακέτα κυκλώματος είναι υψηλότερη από 10MHz, λόγω του εμφανή επαγωγικού φαινομένου του σχεδιασμού καλωδίωσης PCB, η σύνθετη αντίσταση γείωσης γίνεται πολύ μεγάλη και το κυκλοφορούν ρεύμα που σχηματίζεται από το κύκλωμα γείωσης δεν είναι πλέον σημαντικό πρόβλημα. Επομένως, θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί γείωση πολλαπλών σημείων για την ελαχιστοποίηση της σύνθετης αντίστασης γείωσης.

4. Άλλο

· Εκτός από τη διάταξη της γραμμής τροφοδοσίας, το πλάτος της γραμμής πρέπει να είναι όσο το δυνατόν παχύτερο ανάλογα με το μέγεθος του ρεύματος. Στο σχεδιασμό διάταξης PCB, η κατεύθυνση δρομολόγησης της γραμμής τροφοδοσίας και της γραμμής γείωσης θα πρέπει να είναι σύμφωνη με τη δρομολόγηση της γραμμής δεδομένων. Εργαστείτε στο σχεδιασμό διάταξης PCB Στο τέλος, χρησιμοποιήστε καλώδια γείωσης για να καλύψετε το κάτω μέρος της πλακέτας κυκλώματος όπου δεν υπάρχουν ίχνη. Όλες αυτές οι μέθοδοι βοηθούν στην ενίσχυση της ικανότητας αντι-παρεμβολής του κυκλώματος.

Το πλάτος της γραμμής δεδομένων θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν ευρύτερο για τη μείωση της σύνθετης αντίστασης. Το πλάτος της γραμμής δεδομένων είναι τουλάχιστον όχι μικρότερο από 0,3 mm (12 mil) και είναι πιο ιδανικό εάν χρησιμοποιηθούν 0,46~0,5 mm (18 mil~20 mil).

Δεδομένου ότι μια οπή στην πλακέτα κυκλώματος θα φέρει περίπου 10pF χωρητικότητα, η οποία θα εισαγάγει πάρα πολλές παρεμβολές για κυκλώματα υψηλής συχνότητας, οπότε όταν σχεδιάζετε τη διάταξη PCB, ο αριθμός των οπών θα πρέπει να μειωθεί όσο το δυνατόν περισσότερο. Επιπλέον, πάρα πολλές οπές θα μειώσουν επίσης τη μηχανική αντοχή της πλακέτας κυκλώματος.