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En la actualidad, la placa de circuito impreso sigue siendo el modo principal de montaje de equipos electrónicos utilizados para varios equipos y sistemas electrónicos. La práctica ha demostrado que incluso si el esquema de circuito está diseñado correctamente y la placa de circuito impreso está diseñada incorrectamente, la fiabilidad del equipo electrónico se verá afectada negativamente. Por ejemplo, si dos líneas paralelas delgadas de la placa impresa están cerca entre sí, se formará el retardo de la forma de onda de la señal y se formará el ruido reflejado en el extremo de la línea de transmisión. Por lo tanto, al diseñar la placa de circuito impreso, debemos prestar atención al método correcto.

Yo... Diseño de alambre de tierra:

• En equipos electrónicos, la puesta a tierra es un método importante para controlar la interferencia. Si la puesta a tierra y el blindaje se pueden combinar correctamente, la mayoría de los problemas de interferencia se pueden resolver. Las estructuras de alambre de tierra en equipos electrónicos generalmente incluyen tierra de sistema, tierra de recinto (tierra de blindaje), tierra digital (tierra lógica) y tierra analógica. Se prestará atención a los siguientes puntos en el diseño del alambre de tierra: 1. Selección correcta de la puesta a tierra de un solo punto y la puesta a tierra de varios puntos

En el circuito de baja frecuencia, la frecuencia de trabajo de la señal es inferior a 1MHz, su cableado y inductancia entre componentes tienen menos influencia, mientras que la corriente circulante formada por el circuito de puesta a tierra tiene mayor influencia en la interferencia, por lo que se debe adoptar una puesta a tierra de un punto. Cuando la frecuencia de funcionamiento de la señal es mayor que 10MHz, la impedancia del alambre de tierra se vuelve grande. En este momento, la impedancia del alambre de tierra debe reducirse lo más posible y se debe adoptar la conexión a tierra multipunto más cercana. Cuando la frecuencia de trabajo es de 1 ~ 10MHz, si se adopta una conexión a tierra de un punto, la longitud del cable de conexión a tierra no debe exceder la 1/20 de la longitud de onda, de lo contrario se adoptará el método de conexión a tierra de varios puntos.

• Separar el circuito digital del circuito analógico

Hay circuitos lógicos de alta velocidad y circuitos lineales en la placa de circuitos, por lo que deben separarse lo más posible, y los cables de tierra de los dos no deben mezclarse, y deben conectarse al cable de tierra del terminal de alimentación respectivamente. El área de puesta a tierra del circuito lineal se incrementará tanto como sea posible. 3. El alambre de puesta a tierra debe engrosarse lo más posible

Si el cable de puesta a tierra es muy delgado, el potencial de puesta a tierra cambiará con el cambio de corriente, lo que resulta en un nivel de señal de temporización inestable del equipo electrónico y un rendimiento anti ruido pobre. Por lo tanto, el alambre de puesta a tierra debe engrosarse tanto como sea posible, de modo que pueda pasar la corriente permitida de tres posiciones en la placa de circuito impreso. Si es posible, la anchura del alambre de puesta a tierra debe ser mayor de 3 mm.

• Convertir el alambre de puesta a tierra en un bucle cerrado

Al diseñar el sistema de cable de tierra de la placa de circuito impreso compuesta solo por circuitos digitales, hacer que el cable de tierra en un bucle cerrado puede obviamente mejorar la capacidad anti ruido. La razón es que: hay muchos componentes de circuito integrado en la placa de circuito impreso, especialmente cuando hay componentes que consumen mucha energía, debido a la limitación del grosor del alambre de puesta a tierra, se generará una gran diferencia de potencial en la unión de puesta a tierra, causando una disminución en la capacidad anti ruido. Si la estructura de puesta a tierra es un bucle, la diferencia de potencial se reducirá y la capacidad antiruido del equipo electrónico se mejorará.

II, Diseño EMC:

EMC se refiere a la capacidad de los equipos electrónicos para trabajar de manera coordinada y eficaz en diversos entornos electromagnéticos. El propósito del diseño EMC es permitir que el equipo electrónico suprima todo tipo de interferencia externa, permita que el equipo electrónico funcione normalmente en un entorno electromagnético específico y reduzca la interferencia electromagnética del equipo electrónico a otros equipos electrónicos.

• Seleccione un ancho de alambre razonable

Dado que la interferencia de impacto causada por la corriente transitoria en el alambre impreso es causada principalmente por la inductancia del alambre impreso, la inductancia del alambre impreso debe minimizarse. La inductancia de un alambre impreso es proporcional a su longitud e inversamente proporcional a su anchura, por lo que un alambre corto y preciso es beneficioso para la supresión de interferencias. El cable de señal del cable de reloj, el controlador de fila o el controlador de bus a menudo lleva una gran corriente transitoria, y el cable impreso debe ser lo más corto posible. Para circuitos de componentes discretos, cuando el ancho del alambre impreso es de aproximadamente 1,5 mm, los requisitos se pueden cumplir completamente; Para circuitos integrados, el ancho del alambre impreso se puede seleccionar de 0,2 a 1,0 mm,

• Utiliza la estrategia de cableado adecuada

El uso de encaminamiento igual puede reducir la inductancia del conductor, pero la inductancia mutua y la capacitancia distribuida entre los conductores aumentan. Si el diseño lo permite, es mejor usar la estructura de cableado de malla bien formada. El método específico es que un lado de la placa impresa está cableado horizontalmente y el otro lado está cableado longitudinalmente, y luego está conectado con el orificio metálico en el orificio transversal.

Con el fin de suprimir la conversación cruzada entre los alambres de la placa impresa, se debe evitar el cableado igual de larga distancia en la medida de lo posible durante el diseño del cableado, y la distancia entre los alambres se debe tirar lo más lejos posible. El cable de señal no debe cruzarse con el cable de tierra y el cable de alimentación en la medida de lo posible. Un cable impreso a tierra se establece entre algunos cables de señal que son muy sensibles a la interferencia, lo que puede suprimir eficazmente la conversación cruzada.

Para evitar la radiación electromagnética generada cuando las señales de alta frecuencia pasan a través del cable impreso, también se deben prestar atención a los siguientes puntos al cablear la placa de circuito impreso: ● Trate de reducir la discontinuidad del alambre impreso, por ejemplo, la anchura del alambre no debe cambiar de repente, la esquina del alambre debe ser mayor que 90 grados y el cableado circular está prohibido.

III, Suprime la interferencia de reflexión:

Con el fin de suprimir la interferencia reflejada en los terminales de las líneas impresas, excepto por necesidades especiales, la longitud de las líneas impresas debe acortarse lo más posible y se deben utilizar circuitos de velocidad lenta. Si es necesario, se puede añadir una coincidencia de terminales, es decir, se puede añadir una resistencia de coincidencia con el mismo valor de resistencia al final de la línea de transmisión a la tierra y a la fuente de alimentación. Según la experiencia, para circuitos TTL rápidos generales, se deben tomar medidas de coincidencia de terminales cuando la línea impresa es más larga de 10 cm. El valor de resistencia de la resistencia de correspondencia se determinará de acuerdo con el valor máximo de la corriente de accionamiento de salida y la corriente de absorción del circuito integrado.

IV, Configuración del condensador de desacoplamiento:

En el circuito de fuente de alimentación de CC, el cambio de carga causará ruido de fuente de alimentación. Por ejemplo, en un circuito digital, cuando el circuito pasa de un estado a otro, se generará una gran corriente de pico en la línea eléctrica, formando una tensión de ruido transitoria. La configuración del condensador de desacoplamiento puede suprimir el ruido generado por el cambio de carga. Es un método convencional para el diseño de fiabilidad de placas de circuito impreso. Los principios de configuración son los siguientes:

• El terminal de entrada de potencia está conectado con un condensador electrolítico de 10 ~ 100 uF. Si la posición de la placa de circuito impreso lo permite, el efecto anti-interferencia del condensador electrolítico de más de 100 uF será mejor.
• Configure un condensador cerámico de 0,01 uF para cada chip de circuito integrado. Si el espacio de la placa de circuito impreso es demasiado pequeño para encajar, se puede configurar un condensador electrolítico de tántalo de 1 ~ 10 uF para cada 4 ~ 10 chips. La impedancia de alta frecuencia de este dispositivo es muy pequeña. La impedancia es inferior a 12 en el rango de 500kHz ~ 20MHz, y la corriente de fuga es muy pequeña (por debajo de 0,5uA).
• Para dispositivos con capacidad de ruido débil y gran cambio de corriente al apagarse, y dispositivos de memoria como ROM y RAM, los condensadores de desacoplamiento deben conectarse directamente entre la línea de alimentación (Vcc) y el cable de tierra (GND) del chip.
• El cable del condensador de desacoplamiento no debe ser demasiado largo, especialmente el cable del condensador de derivación de alta frecuencia.

Dimensiones de la placa de circuito impreso y configuración de los componentes

El tamaño de la placa de circuito impreso debe ser moderado. Si es demasiado grande, la línea impresa será larga y la impedancia aumentará, lo que no solo reducirá la resistencia al ruido sino que también aumentará el costo; Si es demasiado pequeño, la disipación del calor es pobre, y es fácil de ser interferido por líneas adyacentes.

En términos de disposición del dispositivo, al igual que con otros circuitos lógicos, los dispositivos relacionados entre sí deben colocarse lo más cerca posible, con el fin de obtener un mejor efecto antiruido. Las entradas de reloj del generador de tiempo, el oscilador de cristal y la CPU son fáciles de generar ruido, por lo que deben estar cerca entre sí. Es muy importante que los dispositivos, circuitos de corriente pequeña, circuitos de corriente grande, etc., que son propensos a generar ruido, estén lo más lejos posible de los circuitos lógicos. Si es posible, las placas de circuito deben hacerse por separado. 5 Diseño térmico

V, Diseño térmico:

Desde la perspectiva de facilitar la disipación del calor, es mejor instalar las placas impresas verticalmente. La distancia entre las tablas generalmente no debe ser inferior a 2 cm, y la disposición de los dispositivos en las tablas impresas debe seguir ciertas reglas

• Para equipos enfriados por aire de convección libre, es mejor disponer el circuito integrado (u otros dispositivos) de manera longitudinal; Para el equipo con enfriamiento por aire forzado, es mejor disponer los circuitos integrados (u otros dispositivos) de manera horizontal:
• Los componentes del mismo cartón impreso deberán estar dispuestos en zonas en la medida de lo posible de acuerdo con su valor calorífico y su grado de disipación del calor. Los componentes con bajo valor calorífico o mala resistencia al calor (como transistores de señal pequeños, circuitos integrados a pequeña escala, condensadores electrolíticos, etc.) se colocarán en la parte superior (entrada) del flujo de aire de refrigeración, y los componentes con alto valor calorífico o buena resistencia al calor (como transistores de potencia, circuitos integrados a gran escala, etc.) se colocarán en la parte inferior del flujo de aire de refrigeración.
• En la dirección horizontal, los dispositivos de alta potencia deben estar dispuestos lo más cerca posible del borde de la placa impresa para acortar la trayectoria de transferencia de calor; En la dirección vertical, los dispositivos de alta potencia deben estar dispuestos lo más cerca posible de la parte superior de la placa de circuito impreso, para reducir el impacto de estos dispositivos sobre la temperatura de otros dispositivos durante el funcionamiento.
• Los dispositivos sensibles a la temperatura deben colocarse en el área con la temperatura más baja (como la parte inferior del equipo). Nunca los coloque directamente por encima de los dispositivos de calefacción. Múltiples dispositivos deben estar escalonados en el plano horizontal.
• La disipación del calor de la placa de circuito impreso en el equipo depende principalmente del flujo de aire, por lo que la trayectoria del flujo de aire debe estudiarse durante el diseño y los dispositivos o las placas de circuito impreso deben configurarse razonablemente. Cuando el aire fluye, siempre tiende a fluir en un lugar con pequeña resistencia. Por lo tanto, al configurar componentes en la PCB, es necesario evitar dejar un gran espacio en una determinada área. La configuración de múltiples placas de circuito impreso en toda la máquina también debe prestar atención al mismo problema.

Mucha experiencia práctica muestra que el aumento de temperatura del circuito impreso puede reducirse eficazmente mediante el uso de una disposición de dispositivo razonable, de modo que la tasa de fallas de dispositivos y equipos puede reducirse significativamente.

Los anteriores son solo algunos principios generales para el diseño de fiabilidad de las placas de circuito impreso. La fiabilidad de las placas de circuito impreso está estrechamente relacionada con los circuitos específicos. Para garantizar la máxima fiabilidad de las placas de circuito impreso, no es necesario tratar con circuitos específicos en el diseño.