Поради щодо правильного проектування/компонування друкованої плати (друкованої плати)

Розділи

Загальні поради
- Зробіть важливі вузли доступними
- Дайте простір між компонентами
- Розміщуйте компоненти з однаковою орієнтацією
- Роздрукуйте макет, щоб побачити, чи відповідають розміри компонентів
- Обмінюйтесь напрямками проводки між шарами
- Виберіть ширину рядків залежно від струму
- Знати технічні характеристики виробника
- Уникайте кутів 90 ° зі слідами
- Використовуйте шовковий шар
- Використовуйте схематичне порівняння порівняння макета
- Створіть площину землі
- Розмістіть байпасні конденсатори
- Прокладіть паралельно траси диференціальних сигналів
- Розглянемо плями тепла
- Робіть паралельні сліди, щоб важко знайти компоненти
Поради щодо ланцюгів живлення
- Тримайте окремо місця живлення та контролю
- Використовуйте внутрішній шар для контрольного грунту
- Зробіть сліди потужності ширшими, щоб протистояти більшим струмам
Поради для схем змішаного сигналу
- Тримайте цифрові та аналогові підстави окремо
- Захистіть аналогові підстави від шуму
Поради щодо монтажу друкованої плати
- Паяти від дрібних до великих деталей
- Пам'ятайте про холодні пайки
- Використовуйте флюс для легкої пайки
- Не довіряйте тесту безперервності мультиметра

Загальні поради

Зробіть важливі вузли доступними

Врешті-решт станеться так, що ви намагаєтеся з’ясувати, чому щось не працює, і ви хочете виміряти сигнал всередині вашої друкованої плати. Перш ніж проектувати друковану плату, вам слід подумати, які точки будуть важливі для усунення несправностей у вашій схемі, і, якщо вони будуть важкодоступні, додайте тестову точку десь підключеним до них. Існують різні форми контрольних точок, але ті, що утворюють петлю, чудово підходять для тестових зондів із гачками.

Дайте простір між компонентами

Спокусливо упакувати компоненти якомога ближче, лише усвідомивши, що місця для прокладання проводів немає. Дайте трохи місця між компонентами, щоб дроти могли поширюватися. Чим більше контактів у компонента, тим більше місця йому буде потрібно. Відстань не тільки полегшить автоматичну маршрутизацію, але і полегшить пайку.

Розміщуйте компоненти з однаковою орієнтацією

Компоненти, як правило, мають стандартну нумерацію контактів, з контактом №1 у верхньому лівому куті. Якщо всі компоненти орієнтовані однаково, ви не помилитесь при пайці або огляді компонента.

Роздрукуйте макет, щоб побачити, чи відповідають розміри компонентів

Виклавши всі компоненти, роздрукуйте макет. Помістіть кожен компонент поверх макета, щоб перевірити, чи збігаються вони. Іноді таблиці даних можуть мати помилки.

Обмінюйтесь напрямками проводки між шарами

Намалюйте вертикальні сліди з одного боку, а горизонтальні - з іншого. Це полегшує проводку ліній, які повинні перетинати інші. Для декількох шарів чергуйте напрямки.

Виберіть ширину рядків залежно від струму

Більша ширина зменшує опір, що, в свою чергу, зменшує тепло, спричинене розсіюванням. Ширина ліній повинна бути розміром відповідно до розрахункового струму, який протікає через них. За допомогою цього онлайн-калькулятора можна розрахувати їх ширину. Тому лінії електропередач повинні бути ширшими, оскільки весь струм подається за допомогою цих проводів.

Знати технічні характеристики виробника

Кожен виробник має свої власні технічні характеристики, такі як мінімальна ширина сліду, відстань, кількість шарів тощо. Перед початком проектування слід розглянути, що вам потрібно, і знайти виробника, який відповідає вашим вимогам. Ваші вимоги також включають сорт матеріалів друкованої плати. Існують сорти від FR-1 (паперово-фенольна суміш) до FR-5 (скляна тканина та епоксидна смола). Більшість виробників прототипів друкованих плат використовують FR-4, але FR – 2 використовується у великих споживчих програмах. Тип матеріалу впливає на міцність, довговічність, вологопоглинання та вогнестійкість друкованої плати (FR).

Уникайте кутів 90 ° зі слідами

Різкі повороти під прямим кутом важко утримати постійною шириною сліду. Це є причиною занепокоєння щодо вузьких слідів, де невелика різниця становить значну частку сліду. Кращий підхід - зробити два вигини на 45 °.

Використовуйте шовковий шар

Цей шар є досить стандартним для професійних виробників друкованих плат і надзвичайно корисний для маркування. Позначте свої компоненти на етикетці (це зазвичай робить програмне забезпечення для друкованої плати) та додайте інформацію про те, про що йдеться в платі, номер редакції та автора/власника.

Використовуйте схематичне порівняння порівняння макета

Багато програмних засобів розміщення друкованих плат мають інструмент порівняння між схемою та версткою. Використовуйте його, щоб гарантувати, що ваш макет відповідає схемі.

Створіть площину землі

Особливо в аналогових схемах важливо, щоб "земля" означала однакову напругу на друкованій платі. Якщо ви використовуєте сліди для прокладання сигналу заземлення, їх опір створить падіння напруги, що зробить різні "підстави" в друкованій платі різними потенціалами. Щоб уникнути цього, слід створити заземлювальну площину, тобто велику площу міді (або ще краще, зарезервувати шар для площини), де компоненти, що з'єднуються з землею, можуть робити це безпосередньо через проміжки. Заземлювач може бути повністю заповнений міддю (краще для розсіювання тепла) або у квадратній сітці, як на малюнку нижче.

Одним з недоліків літака є труднощі з припоюванням компонента, оскільки тепло швидко розсіюється через площину. Щоб уникнути цього, контакти з площинами можна здійснювати через тонкі сліди, як на малюнку нижче.

Розмістіть байпасні конденсатори

Байпасні конденсатори використовуються для фільтрування компонентів змінного струму від постійного джерела живлення. Вони зменшують шум, пульсації та інші небажані сигнали змінного струму. Вони роблять це, минаючи ці коливання змінного струму на землю, що дає їм назву. Тому вони, як правило, пов’язані між тим, де напруга, яку ми хочемо відфільтрувати (напруга живлення, опорні сигнали тощо), і землею.

Хороше місце для вибору цих конденсаторів - на вході живлення до вашої друкованої плати: дроти, що підключають блок живлення до вашої друкованої плати, зазвичай довгі і виконують роль антен, збираючи багато радіочастотних сигналів. Ще одне ефективне місце - це близько до мікросхем (як можна ближче до виводів живлення та заземлення), щоб зменшити будь-який шум, що додається всередині вашої друкованої плати. Те саме стосується опорних висновків або будь-якого іншого виводу, де вам потрібна дуже стабільна напруга.

Значення конденсаторів залежать від частот компонентів змінного струму. Кожен конденсатор має свою власну частотну характеристику, що визначається його опором та еквівалентною послідовною індуктивністю (ESL), яка налаштована на діапазон частот. Наприклад, для фільтрації низьких частот потрібен конденсатор більшого розміру. Як правило, конденсатора 0,1-1µF достатньо для середніх частот, якщо у вас повільні коливання, ви можете вибрати близько 1-10µF, а для високочастотних шумів ви можете використовувати конденсатори 0,001-0,1µF. Ви також можете використовувати будь-яку комбінацію байпасних конденсаторів для видалення більш широкого діапазону частот. Для мікросхем, які живлять багато струму, ви можете встановити конденсатори 10 µF - 100 µF як буфери. Якщо значення конденсатора дозволяє, використовуйте монолітні керамічні конденсатори, оскільки вони невеликі та дешеві.

Маршрутизуйте диференціальні сигнали паралельно

Диференціальні сигнали часто використовуються для підвищення стійкості до шуму та посилення динамічного діапазону. Це ефективно лише в тому випадку, якщо сліди обох сигналів йдуть за однаковими шляхами, так що шум однаково порушує обидва шляхи. З цією метою дві лінії диференціального сигналу слід робити паралельно одна одній і якомога ближче.

Розглянемо плями тепла

Тепло може погіршити роботу ланцюгів і навіть пошкодити їх, якщо вони погано розсіюються. Поміркуйте, які компоненти споживають більше енергії та як відводиться тепло, яке виробляється пакетом. Таблиця має параметр, що називається "Термічний опір", який визначає, наскільки підвищується температура на ват потужності за певних умов. Умови можуть бути, наприклад, з площею міді x на y мм під IC. Для більш сильного відведення тепла слід додати радіатори або навіть вентилятор для охолодження мікросхеми. Крім того, тримайте критичні частини друкованої плати ізольованими від цих джерел тепла.

Робіть паралельні сліди, щоб важко знайти компоненти

Часто ви використовуєте компоненти, які зазвичай недоступні для продажу, або ціни на два компоненти з однаковою функціональністю коливаються, і ви хотіли б придбати найдешевші. Це випадки, коли ви воліли б змінити компонент залежно від зовнішніх факторів, навіть якщо вони не мають однакового розміру, але залишають конструкцію друкованої плати незмінною. Якщо площа дошки не викликає особливого занепокоєння, ви можете підготувати свій дизайн з кількома відбитками паралельно для певного блоку, щоб змонтувати деталь, яка доступна на даний момент, а інші залишити порожніми.

Поради щодо ланцюгів живлення

Тримайте окремо місця живлення та контролю

Великі стрибки напруги та струму в ланцюгах живлення можуть створювати перешкоди в ланцюгах управління, які, як правило, мають низьку напругу та струм. Для кожного етапу живлення слід тримати окремо заземлення та контрольний заземлювач. Якщо ви зв’язуєте їх між собою в друкованій платі, зробіть це в точці біля кінця тракту живлення (особливо біля підключення заземлення друкованої плати).

Використовуйте внутрішній шар для контрольного грунту

Якщо ви думаєте про використання багатошарової друкованої плати, використовуйте верхній шар для слідів потужності, нижній шар для слідів управління та внутрішній шар для контрольної землі. Велика площина заземлення в середньому шарі забезпечить малий шлях імпедансу для будь-яких перешкод від силових ланцюгів і захистить шляхи управління від нього.

Зробіть сліди потужності ширшими, щоб протистояти більшим струмам

Це насправді загальна порада, але це важливіше для ланцюгів живлення. Ви повинні розмірити ширину дроту кожного силового тракту відповідно до струму, який проходить через нього. Якщо цього не зробити, це може призвести до надмірного нагрівання та спалення проводів. За допомогою цього онлайн-калькулятора можна розрахувати їх ширину.

Поради для схем змішаного сигналу

Тримайте цифрові та аналогові підстави окремо

Що стосується випадку ланцюгів живлення, ви повинні тримати цифрову та аналогову основи окремо. Причина та ж: стрибки напруги та струму від цифрових схем можуть створювати перешкоди (шум) в аналогових схемах, що впливає на їх роботу. Якщо ви зв’язуєте їх між собою в друкованій платі, зробіть це в точці біля кінця шляху живлення (особливо біля підключення заземлення друкованої плати). Хоча існують й інші точки зору на цю проблему, вона є найбільш прийнятою.

Захистіть аналогові підстави від шуму

Будь-які перешкоди в аналоговому заземленні мають такий самий ефект, як і в сигнальних лініях (важливо лише перепад напруги між будь-якою точкою і землею). Ви хочете, щоб велика площина заземлення зменшила її опір, але це також робить її більш сприйнятливою до ємнісного зчеплення з лініями, прокладеними вище або під нею. З цією метою аналогова земля повинна мати лише аналогові лінії, що перетинають її, і однакова для цифрових. Це зменшує ємнісну зв'язок між аналоговими та цифровими схемами.

Поради щодо монтажу друкованої плати

Паяти від дрібних до великих деталей

Якщо ви почнете паяти великі компоненти, вони заблокують доступ для пайки наступних компонентів. Починати слід з дрібних компонентів, таких як пристрої для поверхневого монтажу (SMD), і закінчувати великими компонентами, такими як наскрізні конденсатори або клемні блоки.

Пам'ятайте про холодні пайки

Холодний паяний з’єднання - це коли, роблячи паяний з’єднання, гарячий припій витікає на холодний з’єднання і видає сіруватий наліт припою, який погано прилипає до з’єднання. Це також може статися, коли для припою не було достатньо тепла, щоб припій плавився належним чином, або поверхня, що паяється, була недостатньо чистою. Іноді це можна побачити оголеними очима (при спробі зрушити штифт ви зробите пайку), інший раз виглядає як добре зроблений припій. Наслідки цих паяних з'єднань можуть бути статичними шумами, переривчастими вирізами та іншими. Щоб вирішити цю проблему, ви можете або переплавити наявний припій, або висмоктати його, очистити місце і знову припаяти. Щоб уникнути холодних паяних з'єднань, спочатку нагрійте стик кінчиком паяльника, потім торкніться стику з припоєм. Гаряче з'єднання розплавить припій, і воно потече і поглине з'єднання належним чином. Хороший спосіб уникнути холодної пайки та полегшити пайку в цілому - це використання флюсу.

Холодний припой. Зверніть увагу на тріщину навколо штифта. Кредити: Короній.

Використовуйте флюс для легкої пайки

Паяльний флюс - це хімічний агент, який робить пайку шматочком пирога. Це робиться за рахунок поліпшення змочувальних характеристик рідкого припою. Просто додайте трохи флюсу в поверхню, що паяється, і гарячий припій негайно з’явиться клей до штифта.

Подивіться це в дії у цьому відео

Не довіряйте тесту безперервності мультиметра

Звичайний мультиметр має режим перевірки безперервності, який подає звуковий сигнал, коли опір між двома зондами невеликий. Це зазвичай використовується для перевірки безперервності, оскільки вам не потрібно переходити між переглядом місця, куди ви поставили зонди, і значенням мультиметра. Однак опір у кілька Ом все одно видає звуковий сигнал, хоча це ознака поганої пайки. Припускаючи лінії низького опору і кілька точок припою, опір повинен бути нижче 1 Ом. Використовуйте режим вимірювання опору, щоб гарантувати, що опір між двома точками буде настільки низьким, наскільки це повинно бути, що також означає хороші пайки.