Принципы проектирования печатных плат для управления микрокомпьютером с одним чипом

Самый базовый процесс проектирования печатной платы можно разделить на три этапа: разработка принципиальной схемы, генерация списка соединений и проектирование печатной платы. Независимо от расположения устройств на плате, разводки и т. д., существуют определенные требования.

Например, следует избегать входной и выходной разводки, чтобы избежать помех. Параллельная трассировка двух сигнальных линий должна быть изолирована заземлением, а две смежные слои разводки должны быть максимально перпендикулярны друг другу. Паразитная связь может легко возникнуть параллельно. Провода питания и заземления следует по возможности разделить на два слоя и расположить перпендикулярно друг другу. Что касается ширины линий, широкая линия заземления может использоваться в качестве петли для цифровой схемы печатной платы для формирования сети заземления (аналоговые схемы нельзя использовать таким образом), и используется большая площадь меди.

В следующей статье объясняются принципы и некоторые детали, на которые необходимо обратить внимание при проектировании печатной платы платы управления микроконтроллером.

1. Расположение компонентов

Что касается расположения компонентов, связанные компоненты следует размещать как можно ближе друг к другу. Например, генератор тактовых импульсов, кварцевый резонатор и вход тактовых импульсов процессора подвержены шуму, и их следует размещать ближе. Для тех устройств, которые подвержены шуму, малоточных цепей, переключающих цепей высокого тока и т. д., держите их как можно дальше от логической цепи управления и цепи хранения (ПЗУ, ОЗУ) микроконтроллера. Если возможно, эти схемы можно сделать в виде схем. Плата, это способствует защите от помех и повышению надежности работы схемы.

2. Развязывающий конденсатор

Постарайтесь установить развязывающие конденсаторы рядом с ключевыми компонентами, такими как ПЗУ, ОЗУ и другими микросхемами. Фактически, трассы печатных плат, соединения контактов и проводка и т. д. могут содержать большие индуктивные эффекты. Большая индуктивность может вызвать сильные скачки коммутационного шума на трассе Vcc. Единственный способ предотвратить скачки коммутационного шума на трассах Vcc — это разместить электронный развязывающий конденсатор 0,1 мкФ между VCC и землей питания. Если на печатной плате используются компоненты для поверхностного монтажа, чип-конденсаторы можно использовать непосредственно против компонентов и закрепить на контакте Vcc. Лучше всего использовать керамические конденсаторы, потому что этот тип конденсатора имеет меньшие электростатические потери (ESL) и высокочастотный импеданс, а также очень хороша стабильность диэлектрика конденсатора по температуре и времени. Старайтесь не использовать танталовые конденсаторы, потому что их импеданс выше на высоких частотах.

Обратите внимание на следующие моменты при размещении развязывающих конденсаторов:

Подключите электролитический конденсатор 100 мкФ к входному концу питания печатной платы. Если позволяет объем, лучше использовать большую емкость.

В принципе, керамический конденсатор 0,01 мкФ необходимо размещать рядом с каждой микросхемой интегральной схемы. Если зазор печатной платы слишком мал, чтобы поместиться, вы можете разместить танталовый конденсатор 1-10 для каждых 10 микросхем.

Для компонентов со слабой устойчивостью к помехам и большими изменениями тока при выключении, а также для запоминающих компонентов, таких как ОЗУ и ПЗУ, развязывающий конденсатор следует подключать между линией питания (Vcc) и линией заземления.

Вывод конденсатора не должен быть слишком длинным, особенно высокочастотный обходной конденсатор не может иметь вывод.

3. Конструкция провода заземления

В одночиповой системе управления существует много типов проводов заземления, таких как системное заземление, экранирующее заземление, логическое заземление, аналоговое заземление и т. д. Разумное расположение проводов заземления определит способность печатной платы противостоять помехам. При проектировании проводов заземления и точек заземления следует учитывать следующие вопросы:

Логическое заземление и аналоговое заземление следует разводить отдельно и нельзя использовать вместе. Подключите соответствующие провода заземления к соответствующим проводам заземления питания. При проектировании провод заземления аналогового сигнала должен быть как можно толще, а площадь заземления клеммы должна быть увеличена как можно больше. Вообще говоря, лучше всего изолировать входные и выходные аналоговые сигналы от схемы микроконтроллера с помощью оптопар.

При проектировании печатной платы логической схемы провод заземления должен образовывать замкнутый контур, чтобы улучшить способность схемы противостоять помехам.

Провод заземления должен быть как можно толще. Если провод заземления очень тонкий, сопротивление провода заземления будет большим, что приведет к изменению потенциала заземления с изменением тока, что приведет к нестабильности уровня сигнала, что приведет к снижению способности схемы противостоять помехам. Когда пространство для проводки позволяет, убедитесь, что ширина основного провода заземления составляет не менее 2-3 мм, а провод заземления на контакте компонента должен составлять около 1,5 мм.

Обратите внимание на выбор точки заземления. Когда частота сигнала на печатной плате ниже 1 МГц, поскольку электромагнитная индукция между проводкой и компонентами оказывает небольшое влияние, а циркуляция, образованная цепью заземления, оказывает большее влияние на помехи, необходимо использовать точечное заземление, чтобы оно не образовывало петлю. Когда частота сигнала на печатной плате выше 10 МГц, из-за очевидного индуктивного эффекта конструкции проводки печатной платы импеданс заземления становится очень большим, и циркулирующий ток, образованный цепью заземления, больше не является основной проблемой. Поэтому следует использовать многоточечное заземление, чтобы минимизировать импеданс заземления.

4. Другое

· В дополнение к расположению линии питания ширина трассы должна быть как можно толще в соответствии с размером тока. При проектировании компоновки печатной платы направление трассировки линии питания и линии заземления должно соответствовать трассировке линии данных. Работа в дизайне компоновки печатной платы В конце используйте провода заземления, чтобы покрыть нижнюю часть печатной платы, где нет трасс. Все эти методы помогают повысить способность схемы противостоять помехам.

Ширина линии данных должна быть как можно шире, чтобы уменьшить импеданс. Ширина линии данных должна быть не менее 0,3 мм (12 мил), и более идеально, если используется 0,46–0,5 мм (18–20 мил).

Поскольку переходное отверстие на печатной плате приведет к эффекту емкости около 10 пФ, что внесет слишком много помех для высокочастотных схем, поэтому при проектировании компоновки печатной платы количество переходных отверстий следует уменьшить как можно больше. Кроме того, слишком много переходных отверстий также снизит механическую прочность печатной платы.