فناوری چیدمان PCB. طرح PCB

1. مقررات عمومی

برای جلوگیری از مشکلات الکترواستاتیک و نویز، هنگام گذاشتن برد مدار چاپی باید قوانین خاصی رعایت شود. بحرانی ترین نقطه خروجی C است، زیرا به منبع تغذیه داخلی 3.3 ولت هسته MCU متصل است. بنابراین خازن فیلتر باید تا حد امکان نزدیک ترمینال قرار گیرد.

همچنین باید سیم کشی مدارهای برق و زمین را به دقت در نظر بگیرید. وعده های غذایی توسط "ستاره" پرورش می یابد. توصیه می کنیم لایه ای از زمین را در سمت نصب مستقیماً زیر کیس MK قرار دهید. خطوط Vcc و Vss باید فقط یک نقطه اتصال به بقیه مدار داشته باشند تا از تداخل به و از MCU جلوگیری شود. خازن های فیلتر (DeCaps) باید تا حد امکان نزدیک ترمینال های مربوطه قرار گیرند. اگر خیلی دور برداشته شوند، عملکرد خود را متوقف می کنند.

هنگام استفاده از تشدید کننده های کوارتز، آنها باید در حداقل فاصله از سیم های Xn(A) قرار گیرند.

در صورت امکان، خازن های فیلتر ترجیحاً باید در سمت نصب MC قرار گیرند.

2 سیم کشی برق

اتوبوس های Vcc و Vss باید نه در یک زنجیره سریال، بلکه در یک "ستاره" پرورش داده شوند. برای Vss توصیه می شود از یک چندضلعی خاکی در زیر بدنه MK که در یک نقطه با بقیه مدار متصل است استفاده کنید.

در زیر دو نمونه از سیم کشی برق بد و خوب آورده شده است.

3 خروجی فیلتر C

4 فیلتر مدار برق

خازن های فیلتر (DeCaps) مدارهای قدرت باید در مسیر جریان های برق قرار گیرند، در غیر این صورت استفاده از آنها منطقی نیست. شکل زیر این جمله را توضیح می دهد:

5 محل تشدید کننده کوارتز و سیم کشی مدارهای سیگنال

کوارتز باید تا حد امکان نزدیک به MK قرار گیرد. بنابراین، خازن های نوسانگر "پشت" کوارتز قرار خواهند گرفت.

6 اسناد اضافی

بیشتر اضافی اطلاعات دقیقمندرج در برنامه یادداشت 16bit-EMC-Guideline.

7 فهرست نتیجه گیری MK

جدول نتیجه گیری MC را نشان می دهد که برای برهمکنش های الکترومغناطیسی حیاتی است و اطلاعات مختصری در مورد اتصال آنها.

* - ممکن است در یک MK خاص وجود نداشته باشد

رازهای کوچک بردهای مسیریابی با تقویت کننده های عملیاتی و ابزار دقیق

• اینترنت اشیا،
• صدا ،
• الکترونیک برای مبتدیان

• آموزش

هنگام طراحی تابلوها
هیچ چیز آنقدر ارزان نیست
و ارزش چندانی ندارد
مانند ردیابی صحیح.

در عصر اینترنت اشیا و در دسترس بودن تولید برد مدار چاپی و نه تنها با استفاده از فناوری LUT، طراحی آنها اغلب توسط افرادی انجام می شود که کل فعالیت آنها به فناوری دیجیتال مربوط می شود.

حتی هنگام مسیریابی یک برد دیجیتال ساده، قوانین ناگفته ای وجود دارد که من همیشه در پروژه هایم و در مورد توسعه از آنها پیروی می کنم. دستگاه های اندازه گیریبا بخش های دیجیتال به آنالوگ مدارها، این امر ضروری است.

در این مقاله، من می‌خواهم طراحان تازه‌کار را به چند ترفند ابتدایی بکشانم که باید برای به دست آوردن مدار کاری پایدار و کاهش خطای اندازه‌گیری یا به حداقل رساندن ضریب اعوجاج مسیر صوتی، دنبال شوند. برای وضوح، اطلاعات در قالب در نظر گرفتن دو مثال ارائه شده است.

مثال شماره دو ردیابی یک مدار عملیاتی ساده

برنج. 2. دو گزینه برای ردیابی برد تقویت کننده روی op-amp

یک آف تاپیک کوچک که مستقیماً با موضوع مقاله امروز مرتبط نیست

اکیداً به شما توصیه می‌کنم هنگام استفاده از برق برای انواع دیگر ریزمدارها، به‌ویژه ADCها، DACها و تعداد زیادی پایه‌های پاور میکروکنترلر، از همین روش استفاده کنید. اگر از ماژول های میکروکنترلر آنالوگ داخلی - ADC، DAC، مقایسه کننده ها، منابع ولتاژ مرجع استفاده می کنید، تنبلی نکنید که به برگه داده نگاه کنید و ببینید کدام خازن های مسدود کننده را در چه مقدار و کجا قرار دهید. مدار جداسازی به صورت فیلتر یا حداقل مقاومت بین منبع تغذیه دیجیتال اصلی میکروکنترلر و آنالوگ تداخلی ایجاد نخواهد کرد. زمین آنالوگ بهتر است به عنوان یک چند ضلعی یا لایه صفحه نمایش جداگانه قرار گیرد و در یک نقطه به زمین اصلی متصل شود، در برخی موارد از طریق فیلتر مفید است.

بیایید به یک مورد جدی تر و جالب تر از حوزه اندازه گیری برویم، جایی که ردیابی می تواند بسیار مهم باشد.

مثال شماره یک ردیابی مانیتور مصرف جریان بر روی تقویت کننده ابزار دقیق

برنج. 3. مدار مانیتور جریان با استفاده از آپ امپ ابزاری

شکل یک نمودار از کنتور مصرف جریان را نشان می دهد. عنصر اندازه گیری مقاومت شنت موجود در مدار قدرت است. باری که جریان بر روی آن اندازه گیری می شود - آربار. ولتاژ اندازه گیری شده از مقاومت گرفته می شود آرشنت و با استفاده از یک مدار متقارن روی عناصر R1، R2، C1-C3 فیلتر شده است. تراشه U2 برای تامین ولتاژ مرجع عمل می کند. R4، C5 - فیلتر خروجی.

هنگام ردیابی، البته، باید تمام توصیه هایی را که در بالا داده شد، دنبال کنید.

برنج. 4. دو گزینه برای مسیریابی برد تقویت کننده بر روی یک آپ امپ ابزاری

بیایید کاستی هایی را که طرح چپ دارد تجزیه و تحلیل کنیم:

• از آنجایی که ورودی دیفرانسیل داریم، لازم است دو مدار سیگنال آن را تا حد امکان متقارن کنیم. هادی های خط سیگنال باید هم طول و نزدیک به هم باشند. در حالت ایده آل در فاصله یکسان از یکدیگر؛
• آی سی تکرار کننده منبع مرجع باید تا حد امکان نزدیک به ورودی ولتاژ مرجع تقویت کننده ابزار دقیق قرار گیرد.

در این بخش، نحوه جلوگیری از اعوجاج سیگنال دیجیتال مرتبط با انتقال آن در امتداد هادی روی برد مدار چاپی را در نظر می گیریم. اگرچه این در درجه اول وظیفه مهندس مدار است، طراح PCB نیز اغلب مقصر مشکلات سیگنال دهی روی برد و همچنین تداخل و تداخلی است که روی برد رخ می دهد.

چرا سیگنال در حین انتقال مخدوش می شود؟
اول از همه، اعوجاج مشخصه سیگنال های فرکانس بالا، با فرکانس 1 گیگاهرتز یا بیشتر است. این به دلیل تأثیر رزونانس ها و بازتاب ها بر روی بخش های جداگانه هادی ها، گذرگاه ها، انشعابات روی برد و همچنین در ورودی گیرنده ها است. با این حال، مشکل این است که سیگنال‌هایی با فرکانس‌های تا 500 مگاهرتز، که برای مدارهای دیجیتال استاندارد معمول هستند، همانطور که در زیر خواهیم دید، اغلب می‌توانند به طور قابل توجهی تحریف شوند، به این معنی که می‌توانند به عنوان فرکانس بالا نیز طبقه‌بندی شوند.

ایده انتقال بدون اعوجاج چیست؟
اصل انتقال سیگنال بدون اعوجاج این است که هادی به عنوان یک خط انتقال (یا "خط بلند") با امپدانس مشخصه (موج) ساخته شده است، به عنوان مثال. امپدانس Z 0، از منبع تا گیرنده سیگنال یکسان است که یکنواختی خط را تضمین می کند. شرط دوم سازگاری خط با منبع و گیرنده سیگنال است. برخلاف یک هادی معمولی، چنین خط انتقالی در طول انتقال سیگنال، مهم نیست که چقدر طولانی باشد، منجر به تشدید، اعوجاج و بازتاب نمی شود. خطوط انتقال را می توان با استفاده از موادی با پارامترهای شناخته شده و تامین ابعاد مورد نیاز عناصر الگوی چاپی، به راحتی بر روی برد مدار چاپی پیاده سازی کرد. بین تطبیق خط سری و موازی تمایز قائل شد و لازم است از مقاومت های پایان دهنده خاصی در خروجی منبع و / یا ورودی گیرنده سیگنال استفاده شود. خطوط انتقال تشکیل‌شده روی برد را می‌توان با استفاده از کانکتورها و کابل‌هایی با امپدانس کنترل‌شده Z 0 در خارج از برد گسترش داد.

برای چه سیگنال هایی اعوجاج قابل توجه می شود؟
با مقایسه طول هادی روی برد با طول موج بالاترین مولفه فرکانس سیگنال ارسالی (هنگام انتشار، به عنوان مثال، در مواد FR4)، می توان به اصطلاح طول الکتریکی هادی را تعیین کرد. طول الکتریکی را می توان بر حسب کسری از حداقل طول موج، یا در کسری از متقابل آن، مدت زمان جلو بیان کرد. اگر طول الکتریکی هادی بیش از حد زیاد باشد، برای جلوگیری از اعوجاج بیش از حد سیگنال، این هادی باید به عنوان یک خط انتقال ساخته شود. توجه داشته باشید که هنگام ارسال سیگنال های فرکانس بالا، خطوط انتقال باید نه تنها برای کاهش اعوجاج، بلکه برای کاهش سطح تابش الکترومغناطیسی (EMR) استفاده شود.

قانون نیمه افزایش
یک قانون کلی این است که هادی از نظر الکتریکی طولانی است (آنچه در مهندسی برق نامیده می شود. "خط طولانی") اگر زمان افزایش سیگنال از منبع تا دورترین گیرنده از نصف زمان افزایش سیگنال بیشتر شود. در این حالت است که انعکاس در خط می تواند به طور قابل توجهی جلوی سیگنال را مخدوش کند. فرض کنید دستگاه دارای تراشه هایی با زمان افزایش 2 ns است (به عنوان مثال، طبق مستندات سری FastTTL). ثابت دی الکتریک مواد PCB (FR4) روشن است فرکانس های بالانزدیک به 4.0 که سرعت جلویی حدود 50 درصد سرعت نور یا 1.5.10 8 متر بر ثانیه را می دهد. این مربوط به زمان انتشار در جلو 6.7 ps/mm است. با این سرعت، جلو حدود 300 میلی متر را در 2 ثانیه طی می کند. از این می توان نتیجه گرفت که برای چنین سیگنال هایی، "خطوط انتقال" باید فقط در صورتی استفاده شود که طول هادی بیش از نیمی از این فاصله باشد - یعنی 150 میلی متر.

متأسفانه این پاسخ اشتباه است. قانون نیم افزایش بیش از حد ساده است و در صورت عدم توجه به کاستی های آن می تواند منجر به مشکلاتی شود.

مشکلات رویکرد ساده شده
داده‌های مربوط به زمان افزایش داده‌شده در مستندات برای ریزمدارها منعکس می‌شود حداکثر مقدار، و اغلب به موقعسوئیچینگ به طور قابل توجهی کمتر است (مثلاً می تواند 3-4 برابر کمتر از "حداکثر" باشد و به سختی می توان تضمین کرد که از دسته ای به دسته ای از ریز مدارها تغییر نمی کند). علاوه بر این، جزء بارگذاری خازنی اجتناب‌ناپذیر (از ورودی‌های ریزمدارهای متصل به خط) سرعت انتشار سیگنال را در مقایسه با سرعت محاسبه‌شده قابل دستیابی بر روی یک برد مدار چاپی خالی کاهش می‌دهد. بنابراین، برای دستیابی به یکپارچگی سیگنال ارسالی کافی، خطوط انتقال باید برای هادی‌های بسیار کوتاه‌تر نسبت به قانون توصیف‌شده قبلی استفاده شود. می توان نشان داد که برای سیگنال هایی با زمان افزایش (طبق مستندات) 2 ns، توصیه می شود از خطوط انتقال از قبل برای هادی هایی استفاده کنید که طول آنها فقط از 30 میلی متر (و گاهی اوقات کمتر) بیشتر است! این امر به ویژه برای سیگنال هایی که عملکرد همگام سازی یا راه اندازی را دارند صادق است. برای چنین سیگنال هایی است که مشکلات مربوط به "مثبت کاذب"، "محاسبه مجدد"، "تثبیت داده های نادرست" و موارد دیگر معمول است.

چگونه خطوط انتقال را طراحی کنیم؟
انتشارات زیادی وجود دارد که به انواع خطوط انتقال، نحوه طراحی آنها بر روی برد مدار چاپی، نحوه بررسی پارامترهای آنها اختصاص داده شده است. به طور خاص، IEC 1188-1-2: 1988 راهنمایی دقیق در این مورد ارائه می دهد. همچنین محصولات نرم افزاری زیادی وجود دارد که به شما امکان می دهد طراحی خط انتقال و ساختار برد مدار چاپی را انتخاب کنید. اکثریت سیستم های مدرنابزار طراحی PCB دارای برنامه های داخلی است که به طراح اجازه می دهد خطوط انتقال را با پارامترهای داده شده طراحی کند. به عنوان مثال می توان از برنامه هایی مانند AppCAD، CITS25، TXLine نام برد. اکثر امکانات کاملارائه محصولات نرم افزاری از Polar Instruments.

نمونه هایی از خطوط انتقال
به عنوان مثال، ساده ترین انواع خطوط انتقال را در نظر بگیرید.

چگونه یک خط انتقال را به بهترین شکل طراحی کنیم؟
سیگنال‌های بالاترین سرعت (یا بحرانی‌ترین) باید در لایه‌های مجاور طرح زمین (GND) باشند، ترجیحاً در لایه‌ای که با طرح قدرت جداسازی جفت می‌شود. در صورتی که این طرح ها به اندازه کافی جدا شده و نویز زیادی نداشته باشند، سیگنال های بحرانی کمتری را می توان به طرح های برق هدایت کرد. هر یک از این طرح های قدرت باید با میکرو مداری که این سیگنال از آن یا به آن دریافت می شود، مرتبط باشد. بهترین نویز و ایمنی EMC توسط خطوط نواری که بین دو پلن GND اجرا می‌شوند، ارائه می‌شود، که هر کدام با طرح قدرت جداسازی خاص خود جفت شده‌اند.
خط انتقال نباید دارای سوراخ، شکاف یا شکاف در هیچ یک از پلان های پایه ای باشد که روی آن کشیده شده است، زیرا این امر منجر به تغییرات قابل توجهی در Z 0 می شود. علاوه بر این، خط نوار باید تا حد امکان از هر گونه شکاف در پلان یا از لبه پلان مرجع دور باشد و فاصله داده شدهنباید کمتر از ده برابر عرض هادی باشد. خطوط انتقال مجاور باید با حداقل سه عرض رسانا از هم جدا شوند تا تداخل از بین برود. سیگنال‌های بسیار بحرانی یا «تهاجمی» (مانند ارتباط با آنتن رادیویی) می‌توانند با استفاده از یک خط متعادل با دو ردیف ورودی نزدیک به هم از EMC بهره‌مند شوند، گویی که آن را از سایر هادی‌ها مسدود کرده و یک ساختار کواکسیال در برد مدار چاپی ایجاد می‌کند. . با این حال، برای چنین ساختارهایی، Z 0 با استفاده از فرمول های دیگر محاسبه می شود.

چگونه می توان پروژه را ارزان تر کرد؟
انواع خطوط انتقالی که در بالا توضیح داده شد تقریباً همیشه نیاز به استفاده از یک برد چند لایه دارند، بنابراین ممکن است برای ایجاد محصولات رده پایین تولید انبوه قابل استفاده نباشند. دسته قیمت(اگرچه در حجم های بالاتر، PCB های 4 لایه فقط 20-30٪ گران تر از PCB های دو طرفه هستند). اما برای طراحی های کم هزینه از انواع خطوط مانند متعادل (یکنواخت) یا همسطح نیز استفاده می شود که می توان آن ها را روی تخته تک لایه ساخت. باید در نظر داشت که خطوط تک لایه خطوط انتقال چندین برابر بیشتر از خطوط میکرواستریپ و نوار مساحت بیشتری را بر روی برد اشغال می کنند. علاوه بر این، با صرفه جویی در هزینه برد مدار چاپی، مجبور خواهید شد برای محافظ اضافی دستگاه و فیلتر نویز هزینه بیشتری بپردازید. یک قانون کلی وجود دارد که هزینه حل یک مشکل EMC در سطح پکیج 10 تا 100 برابر بیشتر از حل همان مشکل در سطح PCB است.
بنابراین، زمانی که بودجه توسعه خود را با کاهش تعداد لایه‌های PCB کاهش می‌دهید، برای دستیابی به سطح مورد نیاز از یکپارچگی سیگنال و EMC، آماده باشید که زمان و هزینه بیشتری را صرف تکرارهای متعدد سفارش تخته‌های نمونه کنید.

چگونه اثر منفی تغییر لایه ها را تضعیف کنیم؟
طبق قوانین سیم کشی معمولی، حداقل یک خازن جداکننده در نزدیکی هر ریز مدار وجود دارد، به طوری که ما می توانیم لایه نزدیک ریز مدار را تغییر دهیم. با این حال، طول کل بخش هایی که در لایه "نوار" قرار ندارند باید در نظر گرفته شود. یک قانون کلی این است که کل طول الکتریکی این قطعات نباید از یک هشتم زمان افزایش بیشتر شود. اگر تغییر بیش از حد در Z 0 ممکن است در هر یک از این بخش ها رخ دهد (مثلاً هنگام استفاده از سوکت های ZIF یا انواع دیگر سوکت های آی سی)، بهتر است سعی کنید این طول را به یک دهم زمان افزایش به حداقل برسانید. از قانون فوق برای تعیین حداکثر طول کل مجاز بخش های غیر عادی استفاده کنید و سعی کنید تا حد امکان آن را در این محدوده ها کوچک نگه دارید.
بر این اساس، برای سیگنال هایی با زمان جلو (طبق مستندات) 2 ns، باید لایه را بیش از 10 میلی متر از مرکز ریز مدار یا از مرکز مقاومت پایان دهنده تغییر دهیم. این قانون با در نظر گرفتن یک حاشیه 4 برابری برای این واقعیت ایجاد شده است که زمان سوئیچینگ واقعی می تواند به طور قابل توجهی کمتر از حداکثر با توجه به مستندات باشد. تقریباً در همان فاصله (نه بیشتر) از محل تغییر لایه، باید حداقل یک خازن جداکننده وجود داشته باشد که زمین و نقشه های برق مربوطه را به هم متصل کند. دستیابی به چنین فاصله های کوچکی هنگام استفاده از ریز مدارها دشوار است. سایز بزرگبنابراین، در طرح مدارهای پرسرعت مدرن، نمی توان از سازش اجتناب کرد. با این حال، این قانون ترجیح تراشه های کوچک را در مدارهای پرسرعت توجیه می کند و واقعیت توسعه سریع فناوری های BGA و Flip-chip را توضیح می دهد که مسیر سیگنال را از هادی روی برد به تراشه به حداقل می رساند.

مدل سازی و آزمایش نمونه های اولیه
به دلیل وجود گزینه های زیادی برای ریز مدارها و موارد دیگر بیشتراز کاربرد آنها، برخی از مهندسان ممکن است این قوانین کلی را به اندازه کافی دقیق نباشند، و برخی ممکن است آنها را اغراق آمیز بدانند، اما نقش "قوانین سرانگشتی" این است - این فقط یک تقریب تقریبی است که به شما امکان می دهد به طور شهودی دستگاه هایی را که به درستی کار می کنند طراحی کنید. .
امروزه ابزارهای مدل سازی کامپیوتری روز به روز در دسترس تر و پیشرفته تر می شوند. آنها به شما امکان می دهند پارامترهای یکپارچگی سیگنال، EMC را بسته به ساختار واقعی لایه ها و سیم کشی سیگنال محاسبه کنید. البته، کاربرد آنها نتایج دقیق تری نسبت به استفاده از تقریب های تقریبی ما به همراه خواهد داشت، بنابراین توصیه می کنیم تا حد امکان از شبیه سازی های کامپیوتری به طور کامل استفاده کنید. با این حال، فراموش نکنید که زمان تعویض واقعی ریزمدارها می تواند به طور قابل توجهی کوتاهتر از آنچه در مستندات نشان داده شده باشد، و این می تواند منجر به نتایج نادرست شود، بنابراین مطمئن شوید که مدل مراحل خروجی و ورودی با واقعیت مطابقت دارد.
مرحله بعدی بررسی عبور سیگنال حیاتی در اولین نمونه PCB "نمونه اولیه" با استفاده از یک اسیلوسکوپ فرکانس بالا است. باید مراقب بود که شکل موج به دلیل حرکت در امتداد PCB در تمام طول هادی، تحریف نشود و پیروی از قوانین فوق به تنهایی بعید است که در بار اول نتایج عالی به همراه داشته باشد، اگرچه می‌توانند بسیار خوب باشند. استفاده از یک آنالایزر میدان الکترومغناطیسی RF یا آنالایزر طیف انتشار، می تواند راه دیگری برای مطالعه یکپارچگی سیگنال و مسائل مربوط به EMC در سطح "نمونه اولیه" PCB باشد. روش های چنین تحلیلی موضوع این مقاله نیست.
حتی اگر از شبیه‌سازی مدار پیچیده استفاده می‌کنید، از یکپارچگی سیگنال و آزمایش EMC روی اولین نمونه اولیه PCB غافل نشوید.

اطمینان از امپدانس موج در مرحله تولید PCB
یک ماده معمولی FR4 که برای ساخت بردهای مدار چاپی در نظر گرفته شده است دارای مقدار ثابت دی الکتریک (Er) در حدود 3.8...4.2 در 1 گیگاهرتز است. مقادیر واقعی Er ممکن است در 25 ± درصد متفاوت باشد. مواد FR4 مشخص و تضمین شده توسط فروشنده وجود دارد که بسیار گران‌تر از مواد معمولی نیستند، اما سازندگان PCB ملزم به استفاده از درجه‌های FR4 "رتبه‌بندی شده" نیستند، مگر اینکه به طور خاص در سفارش PCB مشخص شده باشد.
تولید کنندگان PCB با دی الکتریک های ضخامت استاندارد ("پیش آغشته" و "لمینیت") کار می کنند و ضخامت آنها در هر لایه باید قبل از تولید برد با در نظر گرفتن تلرانس ضخامت (حدود 10 ٪) تعیین شود. برای ارائه یک Z 0 معین، برای ضخامت معینی از دی الکتریک، می توانید عرض مناسب هادی را انتخاب کنید. برای برخی از تولید کنندگان، لازم است که عرض هادی مورد نیاز واقعی را نشان دهیم، برای برخی دیگر - با حاشیه برای زیر برش، که می تواند به 25-50 میکرون نسبت به عرض اسمی برسد. بهترین گزینه این است که به سازنده نشان دهید چه عرض هادی در کدام لایه ها طراحی شده است تا از Z 0 مشخص شده اطمینان حاصل شود. در این حالت، سازنده می تواند عرض هادی و ساختار لایه را تنظیم کند تا پارامترهای مشخص شده را مطابق با تکنولوژی تولید خود ارائه دهد. علاوه بر این، سازنده امپدانس موج واقعی را روی هر خالی کارخانه اندازه‌گیری می‌کند و تخته‌هایی را که Z 0 روی آن‌ها در محدوده تلرانس 10% یا دقیق‌تر قرار نمی‌گیرد، رد می‌کند.
برای سیگنال های بالاتر از 1 گیگاهرتز، ممکن است نیاز به استفاده بیشتر باشد مواد با فرکانس بالا، با ثبات بهترو سایر پارامترهای دی الکتریک (مانند Duroid از Rogers و غیره).

ادبیات
1. تکنیک های طراحی برای EMC و یکپارچگی سیگنال، Eur Ing Keith Armstrong.
2. IEC 61188-1-2: 1998 تابلوهای چاپی و مجامع تابلوهای چاپی - طراحی و استفاده. بخش 1-2: الزامات عمومی - امپدانس کنترل شده، www.iec.ch.
3. طراحی بردهای مدار چاپی چند لایه با پیچیدگی بالا. سمینار فناوری PCB، 2006.
4. http://library.espec.ws/books/chooseant/CHAPTER6/6-1.htm
5. طراحی سخت افزار. والت کستر.

تعاریف:

سازگاری الکترومغناطیسی، EMC (سازگاری الکترومغناطیسی، EMC): توانایی در فرآیند عملکرد، عدم مشارکت غیر منطقی در محیط تابش الکترومغناطیسی. وقتی این شرط برآورده شود، تمام قطعات الکترونیکی به درستی با هم کار می کنند.

تداخل الکترومغناطیسی، EMI (تداخل الکترومغناطیسی، EMI): انرژی الکترومغناطیسی ساطع شده از یک دستگاه که می تواند باعث کاهش عملکرد در دستگاه دیگر شود.

ایمنی الکترومغناطیسی، EMPU (ایمنی الکترومغناطیسی،یا حساسیت، EMS): تحمل (مقاومت) در برابر اثرات انرژی الکترومغناطیسی.

طراحی EMC: 4 قانون اصلی

مشکل قوانین: هرچه قوانین بیشتری داشته باشید، پیروی از همه آنها دشوارتر است. اولویت بندی اجرای آنها متفاوت است.

بیایید بگوییم که هنگام ایجاد یک برد مدار چاپی چند لایه، باید یک سیگنال فرکانس بالا را از یک قطعه آنالوگ به یک قطعه دیجیتال هدایت کنید. به طور طبیعی، شما می خواهید احتمال مشکل سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) را به حداقل برسانید. با جستجو در اینترنت، سه توصیه را پیدا می کنید که به نظر می رسد با شرایط شما مرتبط باشد:

1. طول باس فرکانس بالا را به حداقل برسانید
2. ریل های برق و زمین را بین قسمت های آنالوگ و دیجیتال مدار جدا کنید
3. چند ضلعی های زمین را با هادی های فرکانس بالا نشکنید

دید شما از سه گزینه هاسیم کشی در شکل 1 نشان داده شده است.

در حالت اول، آثار مستقیماً بین دو مؤلفه هدایت می‌شوند و چندضلعی زمین جامد باقی می‌ماند. در حالت دوم، یک شکاف در چند ضلعی تشکیل می شود و آثار از این شکاف عبور می کنند. در حالت سوم، آثار در امتداد شکاف در چند ضلعی گذاشته می شود.

در هر یک از این سه مورد یکی از قوانین فوق نقض می شود. آیا این موارد جایگزین به همان اندازه خوب هستند زیرا دو قانون از سه قانون را برآورده می کنند؟ آیا همه آنها بد هستند زیرا هر کدام از آنها حداقل یک قانون را زیر پا می گذارند؟

اینها سوالاتی است که طراحان PCB هر روز با آن روبرو هستند. انتخاب استراتژی سیم‌کشی درست یا نادرست می‌تواند منجر به برآورده کردن تمام الزامات EMC یا مشکلات سیگنال‌های خارجی شود. در این مورد، انتخاب باید روشن باشد، اما بعداً به این موضوع باز خواهیم گشت.

مشکلات با اولویت بندی توصیه ها کاهش می یابد. توصیه های طراحی در صورتی مفید هستند که به خوبی درک شده باشند و بخشی از یک استراتژی کامل را تشکیل دهند. هنگامی که طراحان یاد بگیرند که توصیه ها را اولویت بندی کنند و بفهمند که چگونه باید از آن توصیه ها استفاده شود، می توانند PCB های خوبی طراحی کنند.

در زیر چهار قانون اصلی EMC بر اساس آن آمده است ویژگی های مشترکمحصولات الکترونیکی در بسیاری از موارد، طراحان PCB عمداً یکی از این قوانین را زیر پا می گذارند تا قوانین مهمتری را انجام دهند.

قانون 1: مسیر جریان سیگنال را به حداقل برسانید

این قانون ساده تقریباً در هر لیستی از توصیه های EMC ظاهر می شود، اما اغلب یا نادیده گرفته می شود یا به نفع سایر توصیه ها کم اهمیت می شود.

اغلب طراح PCB حتی به این فکر نمی کند که جریان سیگنال کجا جریان می یابد و ترجیح می دهد به جای فکر کردن بر اساس جریان، به سیگنال ها از نظر ولتاژ فکر کند.

دو اصل وجود دارد که هر طراح PCB باید بداند:

- جریان های سیگنال همیشه به منبع خود باز می گردند، یعنی. مسیر فعلی یک حلقه است
- جریان سیگنال همیشه از مسیری با کمترین امپدانس استفاده می کند

در فرکانس های چند مگاهرتز و بالاتر، تعیین مسیر جریان سیگنال نسبتاً آسان است زیرا مسیر با کمترین امپدانس، به طور کلی، مسیری با کمترین اندوکتانس است. روی انجیر شکل 2 دو جزء را روی یک برد مدار چاپی نشان می دهد. سیگنال 50 مگاهرتز در طول هادی بر روی چند ضلعی از جزء A به جزء B منتشر می شود.



می دانیم که سیگنالی با همان اندازه باید از جزء B به جزء A منتشر شود. فرض کنید که این جریان (بیایید آن را بازگشتی بنامیم) از ترمینال جزء B با برچسب GND به پایانه جزء A که GND نیز نامیده می شود جریان یابد. .

از آنجایی که پیوستگی چند ضلعی تضمین شده است، و پین های مشخص شده به عنوان GND، هر دو جزء نزدیک به یکدیگر قرار دارند، این به این نتیجه می رسد که جریان کوتاه ترین مسیر را بین آنها طی خواهد کرد (مسیر 1). با این حال، این درست نیست. جریان های فرکانس بالا مسیر کمترین اندوکتانس (یا مسیری با کمترین مساحت حلقه، مسیر کمترین چرخش) را طی می کنند. بیشتر جریان برگشتی سیگنال از طریق چند ضلعی در یک مسیر باریک مستقیماً زیر رد سیگنال (مسیر 2) جریان می یابد.

اگر یک چند ضلعی به هر دلیلی با یک بریدگی ساخته شده باشد، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، بریدگی 1 تأثیر کمی بر یکپارچگی و انتشار سیگنال خواهد داشت. شکاف 2 دیگر می تواند منجر به مشکلات قابل توجهی شود. با توصیه 2 مغایرت دارد. مساحت حلقه به طور قابل توجهی افزایش می یابد. جریان های معکوس آنقدر شدید هستند که در امتداد مرز ناپیوستگی جریان دارند.



در فرکانس‌های پایین (به طور کلی، کیلوهرتز و کمتر)، مسیر کم‌ترین امپدانس، مسیری با کمترین فرکانس سیگنال است. همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است، برای یک برد مدار چاپی با چند ضلعی های جریان برگشتی جامد، مقاومت چند ضلعی ها جریان را از بین می برد به طوری که جریانی که بین دو نقطه دور می گذرد، می تواند در ناحیه بزرگتری از برد منتشر شود.



در یک برد سیگنال مختلط با اجزای آنالوگ و دیجیتال فرکانس پایین، این می تواند مشکل ساز باشد. شکل 5 نشان می‌دهد که چگونه یک ناپیوستگی خوب در یک صفحه زمین می‌تواند با گرفتن جریان‌های برگشتی فرکانس پایین که از طریق زمین در یک منطقه تعیین‌شده جریان دارند، وضعیت را اصلاح کند.



قانون 2: چند ضلعی سیگنال بازگشت را منفجر نکنید

این درست است. ما به تازگی یک مثال عالی را در موقعیتی به شما نشان دادیم که در آن ایجاد شکست در مسیر جریان سیگنال برگشت تصمیم درستی بود. با این حال، به عنوان مهندسان EMC معمولی، به شما توصیه می کنیم که هرگز این کار را انجام ندهید. چرا؟ زیرا بسیاری از پیشرفت هایی که از افراد کاملاً درک شده با آنها مواجه شده ایم، نتیجه شکستن ناخواسته قانون 1 و ایجاد شکاف در چند ضلعی های برگشتی بوده است. علاوه بر این، اغلب شکاف بی اثر و غیر ضروری بود.

یک پیشنهاد این است که جریان برگشتی سیگنال آنالوگ باید همیشه از جریان برگشتی سیگنال دیجیتال جدا شود. این ایده زمانی به وجود آمد که مدارهای آنالوگ و دیجیتال در فرکانس های کیلوهرتز کار می کردند. به عنوان مثال، تخته‌هایی که برای صدای دیجیتال استفاده می‌شوند، اغلب به دلیل تأثیر جریان‌های سیگنال دیجیتال با فرکانس پایین که در زیر ناحیه برد که تقویت‌کننده‌های حساس آنالوگ در آن قرار داشتند، دارای مشکلات نویز بودند. مدتی پیش طراحان صدا سعی کردند با جداسازی چند ضلعی های جریان برگشتی برای کنترل مسیرهای برگشت و با حذف مدارهای جریان آنالوگ از مدارهای دیجیتال، از این مشکل جلوگیری کنند.

دانشجویان ما برای حل یک مشکل طراحی که نیازمند محافظت از اجزای حساس آنالوگ (معمولاً تقویت‌کننده‌های صوتی یا نوسان‌گرهای قفل‌شده فاز) از بخش دیجیتالی مدار است، با تقسیم چند ضلعی جریان برگشتی سیگنال به‌گونه‌ای که جریان‌های LF ایزوله و HF هستند، به چالش کشیده می‌شوند. جریان تداخل ایجاد نمی کند. معمولاً مشخص نیست که چگونه می توان این کار را انجام داد، و اغلب شکاف ها در چند ضلعی ها بیشتر از آن که حل کنند، مشکلاتی ایجاد می کنند.

وضعیت مشابهی هنگام سیم کشی لاستیک برای تجهیزات رادیویی الکترونیکی خودرو یا هوانوردی ایجاد می شود. در چنین تجهیزاتی، جریان‌های برگشتی مدار دیجیتال اغلب از محفظه مشترک جدا می‌شوند تا از آسیب دیدن مدار دیجیتال توسط جریان‌های LF بالا که می‌توانند از ساختار فلزی خودرو عبور کنند، محافظت کنند. فیلتراسیون تداخل الکترومغناطیسیو حفاظت گذرا معمولاً به اتصالات به قاب نیاز دارد، در حالی که سیگنال باید نسبت به گذرگاه سیگنال برگشتی دیجیتال منتقل شود.

هنگامی که مدار بسته و چند ضلعی های جریان برگشتی دیجیتال از یک گذرگاه مشترک استفاده می کنند، به صورت یک چندضلعی ناپیوسته ظاهر می شوند. این گاهی اوقات سردرگمی ایجاد می کند که یک قطعه جداگانه باید به کدام زمین متصل شود. در این شرایط، سیم کشی اتوبوس شاسی و برگشت دیجیتال در اتوبوس های جداگانه، معمولا ایده خوبی است. چند ضلعی برگشتی دیجیتال باید جامد باشد و ناحیه زیر تمام اجزای دیجیتال، ردپاها و رابط ها را پوشش دهد. اتصال به شاسی باید به ناحیه برد نزدیک کانکتورها محدود شود.

بدون شک، شرایطی وجود دارد که نیاز به یک شکست مناسب در مسیر جریان برگشتی است. با این حال، مطمئن ترین روش یک چند ضلعی جامد برای تمام جریان های سیگنال برگشتی است. در مواردی که جداگانه سیگنال فرکانس پایینحساس به پیکاپ (قابلیت اختلاط با سیگنال های دیگر روی برد)، از یک ردی بر روی یک لایه جداگانه برای بازگشت این جریان به منبع استفاده می شود. به طور کلی، هرگز در یک چند ضلعی جریان برگشتی سیگنال تقسیم یا قطع نکنید. اگر هنوز متقاعد شده اید که برای حل مشکل جداسازی فرکانس پایین، برش در چند ضلعی ضروری است، با یک متخصص مشورت کنید. به دستورالعمل‌های طراحی یا برنامه‌های کاربردی تکیه نکنید و سعی کنید مداری را که برای شخص دیگری در طراحی مشابه کار کرده است پیاده‌سازی کنید.

اکنون که با دو قانون اصلی EMC آشنا شدیم، آماده بررسی مجدد مشکل در شکل هستیم. 1. کدام یک از گزینه ها بهترین است؟ اولین مورد تنها موردی است که قوانین را نقض نمی کند. اگر به دلایلی (خارج از میل طراحی)، شکاف در چند ضلعی خاکی مورد نیاز بود، گزینه سوم سیم کشی قابل قبول تر است. ردیابی در امتداد ناپیوستگی مساحت حلقه جریان سیگنال را به حداقل می رساند.

قانون 3: مدارهای پرسرعت را بین کانکتورها قرار ندهید

این یکی از بیشترین است مشکلات رایجدر میان طرح‌های تخته‌ای که در آزمایشگاه خود بررسی و ارزیابی کردیم. که در تخته های سادهکه باید بدون هیچ هزینه و تلاش اضافی تحت تمام الزامات EMC هیچ نقصی نداشت، محافظ و فیلتر خوب باطل شد زیرا این قانون ساده زیر پا گذاشته شد.

چرا قرار دادن کانکتور بسیار مهم است؟ زیر چند صد مگاهرتز، طول موج در حد یک متر یا بیشتر است. هادی های روی برد - آنتن های احتمالی - طول الکتریکی نسبتاً کوتاهی دارند و بنابراین عملکرد ناکارآمدی دارند. با این حال، کابل ها یا سایر دستگاه های متصل به برد می توانند آنتن های کاملاً مؤثری باشند.

جریان های سیگنالی که از طریق هادی ها جریان می یابند و از چند ضلعی های جامد باز می گردند، افت ولتاژ کوچکی بین هر دو نقطه در چند ضلعی ایجاد می کنند. این ولتاژها متناسب با جریان عبوری از چند ضلعی هستند. وقتی همه کانکتورها روی یک لبه برد قرار می گیرند، افت ولتاژ ناچیز است.

با این حال، عناصر مدار با سرعت بالا که بین کانکتورها قرار می‌گیرند، می‌توانند به راحتی اختلاف پتانسیل بین کانکتورها تا چندین میلی ولت یا بیشتر ایجاد کنند. این ولتاژها می توانند جریان های تحریک را به کابل های متصل القا کنند و تشعشع آنها را افزایش دهند.

تابلویی که همه را اجرا می کند الزامات فنیهنگامی که کانکتورها در یک لبه قرار می گیرند، می تواند برای یک مهندس EMC یک کابوس باشد اگر حتی یک کانکتور با یک کابل متصل در طرف مقابل برد قرار گیرد. محصولاتی که این نوع مشکل را نشان می‌دهند (کابل‌هایی که ولتاژهای القا شده از طریق زمین جامد را حمل می‌کنند) به‌ویژه رفع مشکل هستند. اغلب این نیاز به یک غربالگری نسبتاً خوب دارد. در بسیاری از موارد، اگر کانکتورها در یک طرف یا در گوشه ای از برد قرار می گرفتند، به هیچ وجه به این محافظ نیازی نبود.

قانون 4. کنترل زمان انتقال سیگنال

هیئت در حال اجرا است فرکانس ساعت 100 مگاهرتز هرگز نباید شرایط لازم برای عملکرد 2 گیگاهرتز را برآورده کند. یک سیگنال دیجیتالی که به خوبی شکل گرفته باشد در هارمونیک های پایین تر قدرت زیادی خواهد داشت و در هارمونیک های بالاتر قدرت زیادی نخواهد داشت. با کنترل زمان انتقال سیگنال، می توان قدرت سیگنال را در هارمونیک های بالاتر کنترل کرد که برای EMC ارجحیت دارد. زمان های انتقال بیش از حد طولانی می تواند منجر به یکپارچگی سیگنال و مشکلات حرارتی شود. در فرآیند توسعه و طراحی، باید بین این پیش نیازهای رقیب سازش حاصل شود. زمان انتقال تقریباً 20٪ از دوره سیگنال منجر به شکل موج قابل قبولی می شود که مشکلات ناشی از تداخل و تشعشع را کاهش می دهد. بسته به کاربرد، زمان انتقال ممکن است بیشتر یا کمتر از 20 درصد دوره سیگنال باشد. با این حال، این زمان نباید غیر قابل کنترل باشد.

سه راه اصلی برای تغییر لبه سیگنال های دیجیتال وجود دارد:
- استفاده از ریزمدارهای دیجیتال سری که سرعت آنها با سرعت مورد نیاز مطابقت دارد.
- قرار دادن یک مقاومت یا سلف روی فریت به صورت سری با سیگنال خروجی و
- قرار دادن یک خازن به موازات سیگنال خروجی

راه اول اغلب ساده ترین و موثرترین است. استفاده از مقاومت یا فریت به طراح کنترل بیشتری می دهد فرآیند انتقالو تاثیر کمتری بر تغییراتی که در خانواده های منطقی در طول زمان رخ می دهد دارد. مزیت استفاده از خازن برای کنترل این است که در صورت عدم نیاز به راحتی می توان آن را جدا کرد. با این حال، باید به خاطر داشت که خازن ها جریان منبع RF را افزایش می دهند.

توجه داشته باشید که تلاش برای فیلتر کردن سیگنال تک سیم در مسیر جریان برگشتی همیشه است ایده بد. به عنوان مثال، هرگز یک رد فرکانس پایین را از طریق شکاف در چند ضلعی بازگشتی در تلاش برای فیلتر کردن نویز فرکانس بالا هدایت نکنید. پس از در نظر گرفتن دو قانون اول، این باید واضح باشد. با این حال، تخته هایی که از این استراتژی نادرست استفاده می کنند، گاهی در آزمایشگاه ما یافت می شوند.

به طور کلی در فرآیند طراحی ساختار و چیدمان برد باید رعایت قوانین EMC را در اولویت قرار داد. هنگام تلاش برای پیروی از سایر توصیه های EMC نباید این قوانین به خطر بیفتد. با این حال، چند توصیه اضافی وجود دارد که شایسته توجه است. برای مثال، جداسازی کافی ریل برق، کوتاه نگه داشتن سیم‌های ورودی/خروجی و فیلتر کردن سیگنال‌های خروجی مهم است.

همچنین ایده خوبی است که دستگاه های فعال را با دقت انتخاب کنید. همه اجزای نیمه هادی سازگار با پین از نظر نویز معادل نیستند. دو دستگاه با مشخصات یکسان، اما ساخته شده توسط سازنده های مختلف، می توانند به طور قابل توجهی از نظر نویز در پایه های ورودی، خروجی و پاور متفاوت باشند. این امر به ویژه برای مدارهای بسیار یکپارچه مانند ریزپردازنده ها و مدارهای مجتمع خاص برنامه های بزرگ (ASIC) صادق است. این ایده خوبی است که در صورت امکان اجزای سازنده‌های مختلف را ارزیابی کنید.

و در نهایت، طرح خود را دوباره بررسی کنید. حتی اگر شما یک طراح PCB باتجربه و متخصص EMC هستید، خوب است فردی را داشته باشید که در مورد تجزیه و تحلیل EMC آگاه باشد و با طراحی PCB آشنا باشد. از او بخواهید طرح شما را به طور انتقادی بررسی کند.

به توصیه چه کسی می توان اعتماد کرد؟ به هر کسی که توصیه های او به وضوح به شما کمک می کند تا چهار قانون اصلی را انجام دهید اعتماد کنید. کمی توجه بیشتر در طول طراحی می تواند باعث صرفه جویی در زمان، هزینه و تلاش زیادی شود که در تلاش برای به کار انداختن یک محصول بدون سازش به درستی هدر می رود.

ترجمه مقاله:
دکتر. تاد هابینگ، دکتر. تام ون دورن
طراحی برای EMC: 4 دستورالعمل برتر
طراحی و ساخت مدار چاپی، ژوئن 2003

دکتر. تاد هیوبینگ، استاد ممتاز مهندسی برق و علوم کامپیوتر، دو بار جایزه "انتشارات بهترین سمپوزیوم" سمپوزیوم بین المللی موسسه مهندسین برق و الکترونیک را دریافت کرد.

دکتر. تام ون دورن، استاد مهندسی برق و کامپیوتر در آزمایشگاه سازگاری الکترومغناطیسی دانشگاه میسوری رول.

کمی در مورد "شنل" هنگام طراحی تابلوها.
معمولی ترین خطا در مدارهای برق سیم کشی در بسیاری از طرح ها: ظرفیت های مسدود کننده برای منابع تغذیه "+" و "-" آپ امپ به لایه زمین دور از یکدیگر پرتاب می شود، یعنی جریان کانتور مصرف. آپ امپ از لایه زمین عبور می کند. این ظروف باید به گونه ای قرار گیرند که فاصله بین نقاط اتصال آنها به لایه زمین حداقل باشد. مسدود کردن فرکانس بالا - خازن های SMD سایز 1206 به راحتی در زیر کیس DIP-8 و 1210 با مهارت قرار می گیرند. طبیعتاً مساحت مدار جریان جریان حاصله نیز باید حداقل باشد، این ناگفته نماند.

مقاومت در مدارهای قدرت هر آی سی سیم کشی را بسیار ساده می کند، زیرا. به عنوان جامپر عمل می کنند و اجازه می دهند منابع تغذیه "+" و "-" به یکدیگر نزدیک شوند، که برای کاهش تابش سیگنال / جریان های خروجی توسط مدارهای قدرت بسیار مطلوب است.

همچنین یک روش زیبا (اما بسیار پر زحمت) برای سرکوب صدای زمین بدون جداسازی صریح از زمین وجود دارد، به ویژه در هنگام استفاده از تخته های دو طرفه مفید است - حداکثر حفظ یک لایه زمین در یک طرف (یعنی در واقع، تک لایه سیم کشی مدار در طرف دیگر، با حداقل "پرش")، تجزیه و تحلیل کامل خطوط جریان های منبع تغذیه در امتداد این صفحه زمین و یافتن نقاط هم پتانسیل، به عنوان مثال. نقاط، اختلاف پتانسیل بین آنها، هنگامی که جریان از طریق "زمین" در مدارهای قدرت / بار جریان می یابد، نزدیک به صفر باقی می ماند. این نقاط به عنوان نتیجه گیری از زمین "سیگنال" استفاده می شود. در صورت لزوم می توان با ایجاد برش های اضافی و یا بالعکس با ایجاد جامپر در برش های لایه زمین که در شرایط سیم کشی به وجود آمده است، نوع خطوط جریان جریان را تغییر داد.

دقیق ترین مطالعه توپولوژی / جریان جریان و غیره هنگام ایجاد روش‌هایی برای طراحی دستگاه‌هایی انجام شد که در برابر پالس EMP که در هنگام انفجار سلاح‌های هسته‌ای یا ژنراتورهای پالس EMP رخ می‌دهد، مقاوم باشند. متأسفانه، نشریات در مورد این موضوع پراکنده هستند، و علاوه بر این، آنها اغلب هنوز "زیر مهر" هستند. من یکی از مقاله های گویا را اسکن کردم، اما نمی توانم آن را در اینجا ضمیمه کنم - محدودیت تعداد پیوست ها انتخاب شده است.

در مورد طراحی نرم افزار
فوراً باید توجه داشت که رویکرد گاهی اوقات ساده - "هرچه لایه های بیشتر - بهتر" - برای مدارهای صرفا آنالوگ (و تا حدی برای دیجیتال) "رول نمی شود". عوامل مؤثر بیش از حد.

PCBهای یک/دو لایه روی getinaks/fiberglass بدون آبکاری سوراخ در حال حاضر فقط برای دستگاه های بسیار ساده در یک سری بزرگ (>> 10000) کافی هستند. معایب اصلی قابلیت اطمینان پایین در شرایط عملیاتی سخت (به دلیل لایه لایه شدن لنت ها / هادی ها در طول ارتعاشات مکانیکی و چرخه های حرارتی، مجموعه ای از رطوبت / شار از طریق دیواره سوراخ ها)، و همچنین پیچیدگی (و هزینه بالا) است. کیفیتهر سیم کشی طرح های پیچیده. تراکم نصب کم است (معمولاً بیش از 3 ... 4 پین در هر سانتی متر مربع از کل مساحت تخته نیست). مزیت - سادگی و ارزانی فوق العاده در تولید (با حجم زیاد و هنجارهای طراحی در حد 0.38 میلی متر - کمتر از 0.3 دلار / dm مربع) به دلیل عدم متالیزاسیون و امکان جایگزینی سوراخ های حفاری با پانچ آنها.

الزامات برای افزایش تراکم نصب با حفظ قابلیت اطمینان در تولید کیس های BGA و تجهیزات قابل حمل منجر به توسعه فناوری میکروویا شده است، زمانی که علاوه بر ویای های معمولی (از طریق)، سوراخ های کور روی برد در یک یا هر دو طرف ایجاد می شود. (معمولاً توسط لیزر) - سوراخ های کور-انتقال به لایه زیرین، متالیز شده در یک چرخه با متالیزاسیون سوراخ های از طریق. اندازه منطقه تماس برای چنین انتقالی (0.2 ... 0.3 میلی متر) بسیار کوچکتر از یک سوراخ است، مسیریابی در لایه های دیگر مختل نمی شود. علاوه بر این، در برخی موارد، میکروویا را می توان روی پد یک عنصر SMD بدون خطر باقی ماندن قسمت قابل توجهی از لحیم کاری در سوراخ به دلیل اندازه و عمق کوچک آن (حداکثر 0.1 ... 0.15 میلی متر) قرار داد. . این به شدت چگالی سیم کشی را افزایش می دهد، زیرا. به عنوان یک قاعده، vias های معمولی را نمی توان روی پدهای عناصر SMD قرار داد. میکروویا همچنین می تواند در لایه های داخلی تشکیل شود، اما ساخت آن بسیار دشوارتر و گران تر است.

چند کلمه در مورد ضخامت مس و پوشش تخته ها. قسمت اصلی تخته ها روی موادی با ضخامت فویل 35، 18 و 9 میکرون ساخته شده است، در حالی که در حین متالیزاسیون سوراخ ها در لایه های بیرونی، 15-25 میکرون دیگر مس ساخته می شود (باید ~ 20 میکرون باشد. در سوراخ ها). تخته‌هایی با استانداردهای طراحی 0.127 یا کمتر معمولاً بر روی موادی با ضخامت فویل ~ 9 میکرومتر ساخته می‌شوند (هرچه فویل نازک‌تر باشد، اعوجاج کمتری در شکل الگو به دلیل برش جانبی هادی‌ها ایجاد می‌شود). نگران "بخش کوچک مس" نیست، زیرا. هادی های چاپ شده، به دلیل خنک کنندگی خوب، تراکم جریان بسیار بالاتری را (~ 100 A / mm مربع) نسبت به سیم نصب (3 ... 10 A / mm مربع) می دهند. ضخامت نهایی در لایه های بیرونی، به دلیل رسوب مس در حین متالیزاسیون سوراخ ها، به طور طبیعی بیشتر از فویل اصلی است. مقاومت هادی های مسطح به هندسه آنها بستگی دارد قانون ساده: مقاومت مربع x تعداد مربع. مقاومت یک مربع به اندازه مطلق آن بستگی ندارد، بلکه فقط به ضخامت و رسانایی ماده بستگی دارد. یعنی مقاومت یک هادی با عرض 0.25 میلی متر و طول 10 میلی متر (یعنی 40 مربع) با عرض 2.5 و طول 100 برابر است. برای یک فویل مسی 35 میکرون این مقدار حدود 0.0005 اهم / مربع. در تخته‌های صنعتی، وقتی سوراخ‌ها روی فویل فلزی می‌شوند، لایه اضافیمس، به طوری که مقاومت مربع نسبت به موارد فوق 20 درصد دیگر کاهش می یابد. قلع‌بندی، حتی "چربی"، تأثیر کمی بر مقاومت دارد، هدف آن افزایش ظرفیت گرمایی هادی‌ها است تا در اثر جریان موج کوتاه مدت نسوزند. تولیدکنندگان با اعمال تصحیح ماسک نوری (یعنی اصلاحات برای کم‌ترشینگ) و اچ ناهمسانگرد، از تولید تخته‌هایی با ضخامت فویل اولیه تا 30 تا 40 درصد از استانداردهای طراحی اطمینان حاصل می‌کنند. هنگام استفاده از ضخیم ترین فویل 105 میکرون (و با در نظر گرفتن رسوب مس - در حدود 125-130 میکرون)، استانداردهای طراحی می تواند از 0.3 ... 0.35 میلی متر باشد.

محدودیت قابل توجه تر برای مدارهای قدرت این است که جریان مجاز عبور شده از طریق واسط عمدتاً به قطر آن بستگی دارد، زیرا ضخامت متالیزاسیون در آن کوچک است (15 ... 25 میکرون) و، به عنوان یک قاعده، به آن بستگی ندارد. ضخامت فویل . . برای سوراخی با قطر 0.5 میلی متر و ضخامت تخته 1.5 میلی متر، جریان مجاز حدود 0.4 A است، برای 1 میلی متر - حدود 0.75 A. قرار دادن به ترتیب "شطرنج" یا "لانه زنبوری" - در راس های یک شبکه ای از شش ضلعی ها تکرار vias همچنین باعث افزایش قابلیت اطمینان می شود، بنابراین اغلب در مدارهای بحرانی (از جمله مدارهای سیگنال) هنگام توسعه تجهیزات برای برنامه های کاربردی حیاتی (به عنوان مثال، سیستم های پشتیبانی از زندگی) استفاده می شود.

پوشش های هادی تخته عایق و/یا محافظ هستند. "Soldermask" یک پوشش عایق محافظ است که در آن پنجره ها در لنت ها تشکیل می شود. هادی ها را می توان مس رها کرد یا با لایه ای از فلز پوشانده شد که از خوردگی آنها محافظت می کند (قلع / لحیم کاری، نیکل، طلا و غیره). هر نوع پوشش دارای مزایا و معایبی است. پوشش ها لایه نازک، کسری به ضخامت یک میکرون (به عنوان یک قاعده، شیمیایی) و لایه ضخیم (گالوانیکی، قلع کاری داغ) هستند. ماسک لحیم کاری به بهترین وجه روی مس لخت یا پوشش لایه نازک اعمال می شود، هنگامی که روی مسیرهای قلع کاری شده اعمال می شود، بدتر نگه می دارد و هنگام لحیم کاری، یک اثر مویرگی ظاهر می شود - نشت لحیم کاری / پارگی ماسک. آبکاری طلا از هر دو نوع است، شیمیایی (نازک) و گالوانیکی (مثلاً روی یک کانکتور به اتصال الکتریکی هادی ها نیاز دارد). در تولید در مقیاس بزرگ، پوشاندن لنت های مس خالص (غیر قلع) تخته ها با لاک شار مانند (پوشش ارگانیک) نیز رایج است. انتخاب نوع پوشش بستگی به تکنولوژی نصب و نوع قطعات دارد. برای نصب دستی (و نصب خودکار برای قطعات با اندازه 0805 و بزرگتر) در اکثر موارد بهترین گزینه- پدهای حلبی داغ (HASL) با ماسک مسی. برای قطعات کوچکتر و نصب اتوماتیک، در صورتی که نیازی به نشتی های بسیار کوچک روی برد نباشد، یکی از بهترین گزینه ها طلای شیمیایی (غوطه وری) (Flash Gold) یا قلع غوطه وری است. Himzoloto در دنیای معمولی بسیار ارزان است، به اندازه قلع کاری داغ، و در عین حال صندلی های کاملاً یکنواخت را برای عناصر بدون برآمدگی لحیم فراهم می کند. با این حال، هنگام ساخت تخته های مدار در فدراسیون روسیه، اغلب بهتر است یک روکش نه با طلای غوطه ور، بلکه با قلع سفارش دهید - راه حل های آن چندان صرفه جویی نمی کند. هنگام لحیم کاری تخته های لحیم کاری با روکش های نازک، از جمله فلش گلد، باید به سرعت لحیم شوند و/یا با شار خنثی پر شوند تا از اکسید شدن مس از طریق منافذ پوشش جلوگیری شود، و هنگام لحیم کاری خودکار، همچنین مطلوب است که از یک محیط گاز خنثی استفاده شود. نیتروژن، فریون).

در زیر قابل فهم ترین (به نظر من) ادبیات در مورد است این مسالهو همچنین نمونه ای از یک برد کامپیوتری دولایه از یک میکروپروفیل متر (پروفیلومتر) که حدود 10 سال پیش توسط من ساخته شد، که در آن اقدامات تضمین کیفیت توپولوژی بدون تعصب، فقط تا حدی اعمال می شود. با این حال، حتی این نیز برای ارائه وضوح چندین اتم بدون هیچ گونه محافظ کافی بود، در یک رایانه شخصی در حال کار با تداخل آن (و قسمت قدرت خود - کنترل موتور کموتاتور)، بیش از چندین برابر الزامات TOR ( آپ امپ های مورد استفاده فقط TL084 / LM324 هستند. این دستگاه تا همین اواخر تولید می شد و تنها پروفیلومتر از کلاس دقت 1 در فدراسیون روسیه بود.

کاربر انجمن: sia_2