Zasady projektowania płytek krążkowych (PCB) w układzie sterowania mikrokomputerem z jednym układem

Najbardziej podstawowy proces projektowania płytki drukowanej można podzielić na trzy etapy: projekt schematu obwodu, generowanie netlisty i projekt płytki drukowanej. Niezależnie od tego, czy jest to rozmieszczenie elementów na płytce, czy okablowanie itp., istnieją określone wymagania.

Na przykład, okablowania wejścia i wyjścia należy unikać w miarę możliwości, aby uniknąć zakłóceń. Równoległe prowadzenie dwóch linii sygnałowych musi być odizolowane uziemieniem, a dwie sąsiadujące warstwy okablowania powinny być w miarę możliwości prostopadłe do siebie. Sprzężenie pasożytnicze może łatwo wystąpić równolegle. Przewody zasilające i uziemiające powinny być w miarę możliwości rozdzielone na dwie warstwy i prostopadłe do siebie. Jeśli chodzi o szerokość linii, szeroki przewód uziemiający może być używany jako pętla dla cyfrowego obwodu PCB do utworzenia sieci uziemiającej (obwody analogowe nie mogą być używane w ten sposób), a duży obszar miedzi jest używany.

Poniższy artykuł wyjaśnia zasady i niektóre szczegóły, na które należy zwrócić uwagę przy projektowaniu PCB płytki sterującej mikrokontrolera.

1. Rozmieszczenie komponentów

Jeśli chodzi o rozmieszczenie komponentów, powiązane komponenty powinny być umieszczone jak najbliżej siebie. Na przykład generator zegara, oscylator kwarcowy i wejście zegara procesora są podatne na szumy i powinny być umieszczone bliżej. W przypadku urządzeń, które są podatne na szumy, obwodów niskoprądowych, obwodów przełączających o dużym prądzie itp., należy je trzymać z dala od obwodu sterowania logicznego i obwodu pamięci (ROM, RAM) mikrokontrolera w miarę możliwości. Jeśli to możliwe, obwody te można wykonać w obwodach. Płytka, sprzyja to przeciwdziałaniu zakłóceniom i poprawia niezawodność pracy obwodu.

2. Kondensator odsprzęgający

Spróbuj zainstalować kondensatory odsprzęgające obok kluczowych komponentów, takich jak ROM, RAM i inne układy scalone. W rzeczywistości ścieżki na płytkach drukowanych, połączenia pinów i okablowanie itp. mogą zawierać duże efekty indukcyjności. Duża indukcyjność może powodować poważne skoki szumów przełączania na ścieżce Vcc. Jedynym sposobem na zapobieganie skokom szumów przełączania na ścieżkach Vcc jest umieszczenie kondensatora odsprzęgającego 0,1uF między VCC a uziemieniem zasilania. Jeśli na płytce drukowanej używane są elementy do montażu powierzchniowego, kondensatory chipowe można stosować bezpośrednio w stosunku do elementów i mocować na pinie Vcc. Najlepiej używać kondensatorów ceramicznych, ponieważ ten typ kondensatora ma mniejsze straty elektrostatyczne (ESL) i wysokoczęstotliwościową impedancję, a stabilność dielektryczna kondensatora w temperaturze i czasie jest również bardzo dobra. Staraj się nie używać kondensatorów tantalowych, ponieważ ich impedancja jest wyższa przy wysokich częstotliwościach.

Zwróć uwagę na następujące punkty podczas umieszczania kondensatorów odsprzęgających:

Podłącz kondensator elektrolityczny 100uF do zacisku wejściowego zasilania płytki drukowanej. Jeśli objętość na to pozwala, większa pojemność jest lepsza.

Zasadniczo kondensator ceramiczny 0,01uF należy umieścić obok każdego układu scalonego. Jeśli szczelina płytki drukowanej jest zbyt mała, aby pasowała, możesz umieścić kondensator tantalowy 1-10 na każde 10 układów.

W przypadku elementów o słabej odporności na zakłócenia i dużych zmianach prądu po wyłączeniu oraz elementów pamięci, takich jak RAM i ROM, kondensator odsprzęgający powinien być podłączony między linią zasilania (Vcc) a linią uziemiającą.

Przewód kondensatora nie powinien być zbyt długi, szczególnie wysokoczęstotliwościowy kondensator bocznikowy nie może mieć przewodu.

3. Projekt uziemienia

W systemie sterowania jednoukładowego istnieje wiele typów przewodów uziemiających, takich jak uziemienie systemu, uziemienie ekranu, uziemienie logiczne, uziemienie analogowe itp. Rozsądne rozmieszczenie przewodów uziemiających określi odporność płytki drukowanej na zakłócenia. Podczas projektowania przewodów uziemiających i punktów uziemienia należy wziąć pod uwagę następujące kwestie:

Uziemienie logiczne i uziemienie analogowe powinny być okablowane oddzielnie i nie mogą być używane razem. Podłącz ich odpowiednie przewody uziemiające do odpowiednich przewodów uziemiających zasilania. Podczas projektowania przewód uziemiający analogowy powinien być tak gruby, jak to możliwe, a obszar uziemienia zacisku powinien być powiększony w miarę możliwości. Ogólnie rzecz biorąc, najlepiej jest odizolować wejściowe i wyjściowe sygnały analogowe od obwodu mikrokontrolera za pomocą transoptorów.

Podczas projektowania płytki drukowanej obwodu logicznego przewód uziemiający powinien tworzyć pętlę zamkniętą, aby poprawić odporność obwodu na zakłócenia.

Przewód uziemiający powinien być tak gruby, jak to możliwe. Jeśli przewód uziemiający jest bardzo cienki, rezystancja przewodu uziemiającego będzie duża, powodując zmianę potencjału uziemienia wraz ze zmianą prądu, powodując niestabilność poziomu sygnału, co skutkuje zmniejszeniem odporności obwodu na zakłócenia. Gdy przestrzeń okablowania na to pozwala, upewnij się, że szerokość głównego przewodu uziemiającego wynosi co najmniej 2-3 mm, a przewód uziemiający na pinie elementu powinien wynosić około 1,5 mm.

Zwróć uwagę na wybór punktu uziemienia. Gdy częstotliwość sygnału na płytce drukowanej jest niższa niż 1 MHz, ponieważ indukcja elektromagnetyczna między okablowaniem a elementami ma niewielki wpływ, a obieg utworzony przez obwód uziemiający ma większy wpływ na zakłócenia, konieczne jest użycie uziemienia punktowego, aby nie tworzył pętli. Gdy częstotliwość sygnału na płytce drukowanej jest wyższa niż 10 MHz, ze względu na oczywisty efekt indukcyjności projektu okablowania PCB, impedancja uziemienia staje się bardzo duża, a prąd obiegowy utworzony przez obwód uziemiający nie jest już głównym problemem. Dlatego należy użyć uziemienia wielopunktowego, aby zminimalizować impedancję uziemienia.

4. Inne

· Oprócz rozmieszczenia linii zasilającej, szerokość ścieżki powinna być tak gruba, jak to możliwe, w zależności od wielkości prądu. W projekcie rozmieszczenia PCB kierunek prowadzenia linii zasilającej i linii uziemiającej powinien być zgodny z prowadzeniem linii danych. Praca w projekcie rozmieszczenia PCB Na koniec użyj przewodów uziemiających, aby zakryć spód płytki drukowanej, gdzie nie ma ścieżek. Wszystkie te metody pomagają zwiększyć odporność obwodu na zakłócenia.

Szerokość linii danych powinna być tak szeroka, jak to możliwe, aby zmniejszyć impedancję. Szerokość linii danych wynosi co najmniej nie mniej niż 0,3 mm (12 mil), a bardziej idealne jest użycie 0,46 ~ 0,5 mm (18 mil ~ 20 mil).

Ponieważ przelotka na płytce drukowanej spowoduje efekt pojemności około 10 pF, co wprowadzi zbyt wiele zakłóceń dla obwodów wysokiej częstotliwości, więc podczas projektowania układu PCB należy w miarę możliwości zmniejszyć liczbę przelotek. Ponadto zbyt wiele przelotek zmniejszy również wytrzymałość mechaniczną płytki drukowanej.