단일 칩 마이크로 컴퓨터 제어판의 PCB 설계 원칙

회로 기판 설계의 가장 기본적인 과정은 회로도 설계, 넷리스트 생성, 인쇄 회로 기판 설계의 세 단계로 나눌 수 있습니다. 기판의 장치 배치나 배선 등, 구체적인 요구 사항이 있습니다.

예를 들어, 간섭을 피하기 위해 입력 및 출력 배선을 최대한 피해야 합니다. 두 신호선의 병렬 라우팅은 접지 격리를 해야 하며, 인접한 두 레이어의 배선은 가능한 한 서로 수직이어야 합니다. 기생 결합은 병렬에서 쉽게 발생할 수 있습니다. 전원 및 접지선은 가능한 한 두 레이어로 분리하고 서로 수직이어야 합니다. 선폭 측면에서, 넓은 접지선을 디지털 회로 PCB의 루프로 사용하여 접지 네트워크를 형성할 수 있습니다 (아날로그 회로에서는 이 방법을 사용할 수 없음). 넓은 면적의 구리를 사용합니다.

다음 기사에서는 마이크로컨트롤러 제어 보드의 PCB 설계에서 주의해야 할 원칙과 몇 가지 세부 사항을 설명합니다.

1. 부품 배치

부품 배치 측면에서 관련 부품은 가능한 한 가깝게 배치해야 합니다. 예를 들어, 클럭 생성기, 수정 발진기 및 CPU의 클럭 입력은 모두 노이즈에 취약하므로 더 가깝게 배치해야 합니다. 노이즈에 취약한 장치, 저전류 회로, 고전류 회로 스위칭 회로 등은 마이크로컨트롤러의 로직 제어 회로 및 저장 회로(ROM, RAM)에서 최대한 멀리 떨어뜨려야 합니다. 가능하다면 이러한 회로를 회로 기판으로 만들 수 있습니다. 이는 간섭 방지에 도움이 되며 회로 작업의 신뢰성을 향상시킵니다.

2. 디커플링 커패시터

ROM, RAM 및 기타 칩과 같은 주요 부품 옆에 디커플링 커패시터를 설치하십시오. 실제로 인쇄 회로 기판 트레이스, 핀 연결 및 배선 등에는 큰 인덕턴스 효과가 포함될 수 있습니다. 큰 인덕턴스는 Vcc 트레이스에서 심각한 스위칭 노이즈 스파이크를 유발할 수 있습니다. Vcc 트레이스에서 스위칭 노이즈 스파이크를 방지하는 유일한 방법은 VCC와 전원 접지 사이에 0.1uF 전자 디커플링 커패시터를 배치하는 것입니다. 회로 기판에 표면 실장 부품을 사용하는 경우 칩 커패시터를 부품에 직접 사용하고 Vcc 핀에 고정할 수 있습니다. 이 유형의 커패시터는 정전 손실(ESL)이 낮고 고주파 임피던스가 높으며 커패시터의 유전체 안정성의 온도 및 시간도 매우 좋기 때문에 세라믹 커패시터를 사용하는 것이 가장 좋습니다. 탄탈 커패시터는 고주파에서 임피던스가 더 높기 때문에 사용하지 마십시오.

디커플링 커패시터를 배치할 때 다음 사항에 유의하십시오.

인쇄 회로 기판의 전원 입력단에 100uF 전해 커패시터를 연결합니다. 부피가 허용하는 경우 더 큰 정전 용량이 더 좋습니다.

원칙적으로 각 집적 회로 칩 옆에 0.01uF 세라믹 커패시터를 배치해야 합니다. 회로 기판의 간격이 너무 작아 맞지 않는 경우 10개의 칩마다 1-10 탄탈 커패시터를 배치할 수 있습니다.

간섭 방지 능력이 약하고 전원이 꺼질 때 전류 변화가 크며 RAM 및 ROM과 같은 저장 부품의 경우 전원선(Vcc)과 접지선 사이에 디커플링 커패시터를 연결해야 합니다.

커패시터의 리드는 너무 길어서는 안 되며, 특히 고주파 바이패스 커패시터는 리드를 사용할 수 없습니다.

3. 접지선 설계

단일 칩 제어 시스템에는 시스템 접지, 쉴드 접지, 로직 접지, 아날로그 접지 등 다양한 유형의 접지선이 있습니다. 접지선의 합리적인 배치는 회로 기판의 간섭 방지 능력을 결정합니다. 접지선 및 접지점을 설계할 때 다음 문제를 고려해야 합니다.

로직 접지와 아날로그 접지는 별도로 배선해야 하며 함께 사용할 수 없습니다. 각 접지선을 해당 전원 접지선에 연결합니다. 설계 시 아날로그 접지선은 가능한 한 두껍게 하고 단자의 접지 영역을 최대한 확대해야 합니다. 일반적으로 마이크로컨트롤러 회로에서 광커플러를 통해 입력 및 출력 아날로그 신호를 격리하는 것이 가장 좋습니다.

로직 회로의 인쇄 회로 기판을 설계할 때 접지선은 회로의 간섭 방지 능력을 향상시키기 위해 폐쇄 루프를 형성해야 합니다.

접지선은 가능한 한 두꺼워야 합니다. 접지선이 매우 얇으면 접지선의 저항이 커져 전류 변화에 따라 접지 전위가 변경되어 신호 레벨이 불안정해지고 회로의 간섭 방지 능력이 저하됩니다. 배선 공간이 허용하는 경우 주 접지선의 너비가 최소 2-3mm인지 확인하고 부품 핀의 접지선은 약 1.5mm여야 합니다.

접지점 선택에 주의하십시오. 회로 기판의 신호 주파수가 1MHz 미만인 경우 배선과 부품 간의 전자기 유도가 거의 영향을 미치지 않으며 접지 회로에 의해 형성된 순환이 간섭에 더 큰 영향을 미치므로 루프를 형성하지 않도록 단일 접지를 사용해야 합니다. 회로 기판의 신호 주파수가 10MHz 이상인 경우 PCB 배선 설계의 명백한 인덕턴스 효과로 인해 접지 임피던스가 매우 커지고 접지 회로에 의해 형성된 순환 전류는 더 이상 주요 문제가 아닙니다. 따라서 접지 임피던스를 최소화하기 위해 다중 접지를 사용해야 합니다.

4. 기타

· 전원선의 배치 외에도 트레이스의 너비는 전류 크기에 따라 가능한 한 두꺼워야 합니다. PCB 레이아웃 설계에서 전원선과 접지선의 라우팅 방향은 데이터선의 라우팅과 일치해야 합니다. PCB 레이아웃 설계 작업이 끝나면 트레이스가 없는 회로 기판 하단을 접지선으로 덮으십시오. 이러한 모든 방법은 회로의 간섭 방지 능력을 향상시키는 데 도움이 됩니다.

데이터선의 너비는 임피던스를 줄이기 위해 가능한 한 넓어야 합니다. 데이터선의 너비는 최소 0.3mm(12mil) 이상이어야 하며 0.46~0.5mm(18mil~20mil)를 사용하는 것이 더 이상적입니다.

회로 기판의 비아 홀은 약 10pF의 정전 용량 효과를 가져와 고주파 회로에 너무 많은 간섭을 유발하므로 PCB 레이아웃 설계 시 비아 홀의 수를 가능한 한 줄여야 합니다. 또한 비아가 너무 많으면 회로 기판의 기계적 강도도 감소합니다.