Каковы правила разводки печатных плат?

Разводка печатной платы — самый трудоемкий и утомительный процесс во всем проектировании печатной платы, который напрямую влияет на производительность печатной платы. В этой статье мы расскажем о некоторых основных правилах, которые необходимо соблюдать в процессе разводки печатной платы.

Некоторые правила, которые необходимо соблюдать при проектировании разводки печатных плат

1. Правила снятия фасок

Избегайте острых и прямых углов при проектировании печатных плат, которые будут создавать ненужное излучение и снижать производительность процесса

2. Правила развязки устройств

Добавьте необходимые развязывающие конденсаторы на печатную плату, чтобы отфильтровать сигналы помех на источнике питания и стабилизировать сигнал источника питания. Рекомендуется подключать источник питания к выводу питания после прохождения через конденсатор фильтра.

3. Правила контура заземления

Правило минимального контура, то есть площадь контура, образованная сигнальной линией и ее контуром, должна быть как можно меньше. Чем меньше площадь контура, тем меньше внешнее излучение и меньше помех, получаемых из внешнего мира.

4. Правила защиты экранирования

Соответствуя правилу контура заземляющего провода, оно фактически заключается в том, чтобы максимально минимизировать площадь контура сигнала, что чаще встречается в некоторых важных сигналах, таких как сигналы часов и сигналы синхронизации; Для некоторых особенно важных и высокочастотных сигналов следует рассмотреть конструкцию экранирующей структуры медного кабеля, то есть провода изолированы сверху вниз и слева направо заземляющими проводами, а также следует рассмотреть, как эффективно объединить экранирующее заземление с фактической заземляющей плоскостью.

5. Правило 3W

Чтобы уменьшить перекрестные помехи между проводами, расстояние между проводами должно быть достаточно большим. Когда расстояние между центрами проводов не менее чем в 3 раза больше ширины провода, 70% электрических полей могут не мешать друг другу, что называется правилом 3W. Если 98% электрических полей не мешают друг другу, можно использовать интервал в 10 Вт

6. Правило 20H

Поскольку электрическое поле между слоем питания и слоем заземления меняется, электромагнитные помехи будут излучаться наружу на краю платы. Это называется краевым эффектом. Решение состоит в том, чтобы сжать слой питания так, чтобы электрическое поле проводилось только в пределах диапазона слоя заземления. Принимая один H (толщину диэлектрика между источником питания и землей) за единицу, если внутренняя усадка составляет 20H, 70% электрического поля можно ограничить краем слоя заземления; если внутренняя усадка составляет 100H, можно ограничить 98% электрического поля.

Каковы требования к последовательности разводки печатной платы?

Для достижения наилучшей разводки печатной платы последовательность разводки должна определяться в соответствии с чувствительностью различных сигнальных линий к перекрестным помехам и требованиями к задержке передачи проводов. Сигнальные линии, которые прокладываются в первую очередь, должны иметь как можно более короткие соединительные линии. Как правило, разводка должна выполняться в следующем порядке:

1. Аналоговые линии малых сигналов;

2. Сигнальные линии и линии малых сигналов, которые особенно чувствительны к перекрестным помехам;

3. Линии системных тактовых сигналов;

4. Сигнальные линии, которые предъявляют высокие требования к задержке передачи проводов:

5. Общие сигнальные линии;

6. Линии статического потенциала или другие вспомогательные линии.

Как рассчитать ширину дорожки печатной платы？

Расчет правильной ширины дорожки печатной платы имеет жизненно важное значение для обеспечения безопасной работы вашей схемы. Слишком узкие дорожки могут перегреться или выйти из строя под действием высокого тока. Я помню свой первый проект печатной платы для небольшого робота. Я использовал тонкие дорожки для линий питания двигателя, и они расплавились за считанные минуты. Эта ошибка научила меня важности правильного подхода.

Вот основной процесс:

1. Определите максимальный ток: это зависит от компонентов. Например, светодиод может потреблять 20 мА, а двигатель может потреблять несколько ампер. Я использую мультиметр для измерения тока в существующих цепях или проверяю спецификации компонентов для новых конструкций.
2. Знайте толщину меди: большинство печатных плат используют медь толщиной 1 унция (35 мкм) или 2 унции (70 мкм). Более толстая медь выдерживает больший ток. Дорожка толщиной 2 унции может проводить примерно в 1,5 раза больше тока, чем дорожка толщиной 1 унция при той же ширине.
3. Определите повышение температуры: обычная цель — повышение на 10 °C или 20 °C. Более высокое повышение температуры опасно для чувствительных компонентов. Для собранного мной автомобильного стереоусилителя я стремился к температуре 10°C, чтобы избежать перегрева в замкнутом пространстве.

025/03/PCB-Trace-1024x652.png)

Существует два основных способа расчета ширины дорожки:

• Формулы: Стандарт IPC - 2152 содержит формулу, которая связывает ток, ширину дорожки, толщину меди и повышение температуры. Например, для 1 унции меди и 1 А с повышением на 10 °C формула может предложить ~10 мил (0,25 мм). Для 5 А это может быть ~50 мил (1,27 мм).
• Онлайн-калькуляторы: Такие инструменты, как ExpressPCB или ADC, проще. Просто введите ток, толщину меди и повышение температуры. Я всегда округляю результат до ближайшей стандартной ширины (например, 12 мил вместо 10 мил) для безопасности.

Не забывайте о падении напряжения и длине дорожки. Длинные дорожки (более 10 см) для цепей низкого напряжения (например, 3,3 В) могут привести к значительной потере напряжения из-за сопротивления. В проекте датчика WiFi дорожка длиной 15 см для 5 В вызывала падение на 0,5 В, пока я не расширил ее до 20 мил.

Как читать печатные платы и определять компоненты？

Чтение печатной платы начинается с понимания ее маркировки и компонентов. Однажды я потратил часы на ремонт сломанного маршрутизатора, определяя компоненты один за другим. Вот как это сделать:

1. Используйте слой шелкографии

Шелкография (обычно белая печать на печатной плате) маркирует каждый компонент кодом:

• R1, R2...: Резисторы
• C1, C2...: Конденсаторы
• U1, U2...: Интегральные схемы (ИС)
• Q1, Q2...: Транзисторы
• D1, D2...: Диоды

На печатной плате старого USB-зарядного устройства я увидел «C5» рядом с цилиндрическим компонентом со знаком «-», поэтому я знал, что это электролитический конденсатор.

2. Определите компоненты по внешнему виду

• Резисторы: Резисторы для сквозного монтажа имеют цветные полосы. Например, коричневый — черный — красный — золотой = 1 кОм ±5%. Резисторы для поверхностного монтажа имеют числовые коды, например, «104» = 100 кОм (10 x 10^4).
• Конденсаторы: Керамические конденсаторы маленькие и прямоугольные (часто с кодом «C»). Электролитические конденсаторы больше, цилиндрические и имеют метки полярности.
• ИС: У них много контактов и номер детали (например, «ATmega328» — это микроконтроллер Arduino). Я ищу номера деталей на Digi - Key или Mouser, чтобы найти технические описания.
• Транзисторы: У большинства три вывода. Транзисторы NPN (например, 2N2222) распространены в усилителях; PNP (например, 2N3906) в коммутационных схемах.

3. Используйте инструменты для справки

• Мультиметр: Тестирование сопротивления (для резисторов), емкости (для конденсаторов) или диодного режима (для проверки диодов). Однажды я использовал его, чтобы найти неисправный резистор, который выглядел нормально, но его значение дрейфовало.
• Увеличительное стекло/USB-микроскоп: Они помогают читать крошечные метки на компонентах поверхностного монтажа. Я использую USB-микроскоп за 20 долларов, чтобы увидеть коды, например «225» на конденсаторе размера 0402 (2,2 мкФ).
• Схема (если есть): Сопоставьте метки печатной платы со схемой. Если схемы нет, проследите соединения с помощью режима непрерывности мультиметра.

4. Понимание схем разводки печатной платы

• Компоненты питания: Регуляторы напряжения (например, LM7805), большие конденсаторы и предохранители находятся рядом с входом питания.

• Основные микросхемы: Микроконтроллеры или процессоры часто находятся в центре, а более мелкие компоненты (резисторы, конденсаторы) — вокруг них.

• Разъемы: USB-порты, разъемы или переключатели находятся по краям. На печатной плате Raspberry Pi HAT разъем GPIO четко обозначен на краю.

Заключение

Освоение этих навыков требует времени, но каждый проект укрепляет вашу уверенность. При расчете ширины дорожки всегда отдавайте приоритет безопасности, а не минимальной ширине. При чтении печатных плат начинайте с простых плат и постепенно переходите к сложным.

Я до сих пор помню, как в первый раз успешно преобразовал печатную плату в схему для сломанной лампы. Увидев схему на бумаге, я понял, что ремонт очевиден: перегорел неисправный резистор. С этими навыками вы сможете уверенно устранять неполадки, модифицировать и создавать электронику. Продолжайте практиковаться и не бойтесь просить о помощи или искать ресурсы, когда застрянете. Удачной пайки!