چرا خریداران هوشمند PCB های چند لایه را برای طراحی های پیچیده انتخاب می کنند؟

وقتی یک PCB را برای یک محصول جدید انتخاب می کنم، فراتر از تعداد لایه ها نگاه می کنم. برد باید با محفظه مناسب باشد، سیگنال های پایدار را پشتیبانی کند، گرما را مدیریت کند، و برای ساخت عملی باقی بماند. یک PCB دو لایه ممکن است برای یک صفحه کنترل ساده مناسب باشد، اما محصولات متراکم اغلب به طراحی ساختارمندتری نیاز دارند. به همین دلیل است که بسیاری از خریداران PCB های چند لایه را انتخاب می کنند. یک PCB چند لایه حاوی چندین لایه مس است که توسط مواد عایق از هم جدا شده اند. این لایه ها می توانند سیگنال ها، نیرو و زمین را در یک برد فشرده حمل کنند. نتیجه یک چیدمان تمیزتر برای محصولاتی است که فضای محدود یا بسیاری از قطعات متصل دارند. ## فضای بیشتر برای مدارهای پیچیده محصولات مدرن اغلب پردازنده‌ها، حسگرها، ماژول‌های بی‌سیم، حافظه، کانکتورها و مدارهای برق را روی یک برد قرار می‌دهند. یک طرح دو لایه می تواند خیلی سریع شلوغ شود. من این موضوع را در تجهیزات کنترل فشرده دیده ام. طراح فضای کافی برای اجزا داشت، اما فضای مسیریابی بسیار محدود بود. آثار طولانی باید در قسمت‌های دیگر حرکت می‌کردند و بررسی طرح‌بندی سخت‌تر شد. یک PCB چند لایه مسیرهای مسیریابی بیشتری را به طراح می دهد. سیگنال ها می توانند به جای عبور از کل سطح در لایه های مختلف حرکت کنند. این به کاهش مناطق شلوغ کمک می کند و از طراحی تخته کوچکتر پشتیبانی می کند. یک ساختار لایه رایج ممکن است شامل موارد زیر باشد: - لایه بالایی برای قطعات و مسیرهای سیگنال کوتاه - لایه های داخلی برای سیگنال های پرسرعت - یک صفحه زمین برای مسیرهای برگشت سیگنال - یک صفحه قدرت برای تحویل ولتاژ پایدار - لایه پایین برای مسیریابی و اجزای اضافی. استک آپ دقیق به محصول، سرعت عملیات، مواد و برنامه تولید بستگی دارد. ## کنترل سیگنال بهتر سیگنال های پرسرعت مانند سیم های ساده رفتار نمی کنند. مسیر آنها، مسیر برگشت، فاصله و مواد اطراف آنها می تواند بر عملکرد تأثیر بگذارد. یک هواپیمای زمینی اختصاصی به سیگنال های زیادی مسیر بازگشت کوتاه تری می دهد. این می تواند به کاهش نویز ناخواسته کمک کند و از ارتباط پایدارتر بین تراشه ها پشتیبانی کند. این در محصولاتی که شامل USB، اترنت، رابط های حافظه، کنترل های موتور، یا مدارهای بی سیم هستند مفید است. من با لایه های بیشتر به عنوان تضمین عملکرد بهتر رفتار نمی کنم. یک استک آپ ضعیف همچنان می تواند مشکلاتی ایجاد کند. آرایش لایه باید با الزامات سیگنال مطابقت داشته باشد. قبل از تولید، من این موارد را بررسی می‌کنم: - عرض و فاصله ردیابی - نیازهای امپدانس کنترل‌شده - تداوم مسیر برگشت - از طریق قرارگیری - فاصله بین مدارهای پر سر و صدا و حساس - توزیع برق و زمین این بررسی به جلوگیری از تغییرات طرح بعد از ورود برد به تولید کمک می‌کند. ## بهبود توان و برنامه ریزی زمینی با افزودن پردازنده، موتور، نمایشگر یا ماژول های ارتباطی به محصول، تحویل نیرو سخت تر می شود. ردپای نازک روی یک لایه بیرونی ممکن است مناسب ترین مسیر را برای هر مدار ارائه نکند. یک هواپیمای قدرت می تواند جریان را در یک منطقه مسی بزرگتر پخش کند. یک هواپیمای زمینی می تواند از یک مرجع ثابت برای بسیاری از سیگنال ها پشتیبانی کند. این ویژگی‌ها ممکن است به کاهش افت ولتاژ و کاهش نویز کمک کند، زمانی که ضخامت مس و انباشتگی به درستی انتخاب شده باشد. به عنوان مثال، یک واحد نظارت صنعتی ممکن است شامل یک میکروکنترلر، ورودی های حسگر، بخش رله و یک پورت ارتباطی باشد. اگر مسیرهای برق و زمین به خوبی چیده نشده باشند، این مدارها می توانند بر یکدیگر تأثیر بگذارند. مناطق مسیریابی مجزا و صفحات مرجع برنامه ریزی شده به طراح کنترل بیشتری می دهد. برد همچنان به خازن های جداکننده مناسب، ضخامت مسی مناسب و قرارگیری دقیق نیاز دارد. تعداد لایه ها نمی تواند جایگزین طراحی مدار صوتی شود. ## محصول کوچکتر و تمیزتر فضا یک نگرانی عملی در دستگاه هایی مانند ابزار دستی، تجهیزات شبکه، الکترونیک خودرو و کنترلرهای کارخانه است. یک PCB چند لایه می تواند مسیرها را در داخل برد قرار دهد نه اینکه همه اتصالات را در سطوح بالا و پایین پخش کند. این ممکن است سطح مورد نیاز برد را کاهش دهد و فضای بیشتری برای اتصالات، سپرها، سوراخ‌های نصب یا قطعات حرارتی باقی بگذارد. تخته کوچکتر همیشه بهترین انتخاب نیست. بررسی می‌کنم که آیا اندازه کاهش‌یافته بر دسترسی مونتاژ، کار تعمیر، آزمایش یا حذف حرارت تأثیر می‌گذارد یا خیر. یک چیدمان جمع و جور باید همچنان به سازنده اجازه دهد که آن را با یک فرآیند پایدار بسازد و بازرسی کند. ## پشتیبانی از کنترل EMI نویز الکترومغناطیسی ناخواسته می تواند از سیگنال های سوئیچینگ سریع، مدارهای موتور، مبدل های قدرت یا بخش های بی سیم باشد. طراحی چند لایه می تواند گزینه های بیشتری برای جداسازی این مناطق ارائه دهد. هواپیماهای زمینی، مسیرهای بازگشت کوتاه و مسیریابی کنترل شده می توانند به محدود کردن کوپلینگ نویز کمک کنند. مدارهای آنالوگ حساس ممکن است دور از اجزای سوئیچینگ قرار گیرند. مسیرهای با جریان بالا می توانند از یک طرح طرح جداگانه پیروی کنند. این روش ها نیاز به آزمایش را برطرف نمی کند. عملکرد EMI به محصول کامل از جمله محفظه، کابل ها، کانکتورها، منبع تغذیه و تنظیمات نرم افزار بستگی دارد. ## روشی عملی برای انتخاب تعداد لایه ها قبل از انتخاب ساختار تابلو از بررسی گام به گام استفاده می کنم. 1. توابع مدار را فهرست کنید بخش برق، رابط های پرسرعت، ورودی های آنالوگ، مناطق بی سیم، کانکتورها و قطعات تولید کننده گرما را علامت گذاری کنید. 2. تقاضای مسیریابی را تخمین بزنید گروه های سیگنال اصلی را بشمارید و بررسی کنید که آیا طرح دو لایه می تواند مسیرهای مناسبی را بدون عبور بیش از حد یا انحرافات طولانی فراهم کند یا خیر. 3. محیط کار را مرور کنید دما، ارتعاش، رطوبت، بار فعلی و شرایط سرویس ممکن است بر انتخاب مواد، ضخامت مس و ساخت تخته تأثیر بگذارد. 4. قابلیت ساخت را تایید کنید از تامین کننده PCB در مورد حداقل عرض ردیابی، فاصله، از طریق انواع، تراز لایه ها، مس تمام شده و روش های بازرسی سوال کنید. یک طرح باید با فرآیند تامین کننده مطابقت داشته باشد. 5. هزینه کل را مقایسه کنید یک PCB چند لایه ممکن است قیمت واحد بالاتری نسبت به یک برد دو لایه ساده داشته باشد. هنگامی که اندازه برد، سیم کشی، مراحل مونتاژ یا خطر طرح بندی را کاهش می دهد، همچنان می تواند انتخاب معقولی باشد. من برنامه کامل تولید را مقایسه می کنم نه اینکه فقط به قیمت تخته بی مورد نگاه کنم. 6. یک نمونه بسازید و آزمایش کنید یک نمونه می تواند مسائل حرارتی، مشکلات سیگنال، محدودیت های مونتاژ و درگیری های مکانیکی را آشکار کند. نتایج آزمون بازبینی طرح بعدی را راهنمایی می کند. ## وقتی یک PCB چند لایه ممکن است مناسب نباشد یک PCB دو لایه می‌تواند گزینه خوبی برای بردهای LED ساده، کنترل‌های اصلی رله، رابط‌های کم‌سرعت و محصولات با فضای زیاد باشد. انتخاب لایه های بیشتر بدون نیاز مشخص ممکن است هزینه را افزایش دهد و روند طراحی را گسترش دهد. انتخاب درست به مدار بستگی دارد، نه به تعداد لایه ها به تنهایی. زمانی که محصول به مسیریابی متراکم، برنامه ریزی بهتر انرژی، مسیرهای سیگنال کنترل شده یا فرم کوچکتر نیاز دارد، PCB چند لایه را انتخاب می کنم. همچنین تأیید می‌کنم که طراحی می‌تواند بدون ایجاد مشکلات جدید تولید، آزمایش و سرویس شود. یک تصمیم هوشمند PCB با الزامات محصول شروع می شود. شمارش لایه ها بخشی از این تصمیم است. طراحی پشته‌آپ، انتخاب مواد، کیفیت چیدمان، و ارتباطات ساخت به همان اندازه اهمیت دارند.

هنگامی که یک مدار به عملکردهای بیشتری نیاز دارد اما محفظه نمی تواند رشد کند، یک PCB چند لایه راهی عملی برای استفاده کارآمدتر از فضای موجود به من می دهد. به جای اینکه هر اثری را در یک تخته بزرگ پخش کنم، می توانم لایه های مس را در بالا و پایین یکدیگر قرار دهم و بین آنها مواد عایق قرار دهم. این رویکرد به رفع مشکلات رایج طراحی کمک می کند: - مساحت برد محدود - مسیرهای سیگنال شلوغ - برق و نویز زمین - اتصالات طولانی بین قطعات - مونتاژ و آزمایش دشوار PCB چند لایه به طور خودکار انتخاب مناسبی برای هر پروژه نیست. تعداد لایه ها باید با مدار، سرعت عملیاتی، روش تولید و بودجه مطابقت داشته باشد. ## نحوه استفاده PCB های چند لایه از فضا یک تخته دو لایه مس را روی سطوح بالا و پایین قرار می دهد. یک PCB چند لایه لایه‌های مس داخلی را اضافه می‌کند که می‌توانند سیگنال‌ها، برق و زمین را حمل کنند. یک برد چهار لایه ممکن است از ساختاری مانند: - لایه بالایی برای اجزا و سیگنال‌های کلیدی - لایه داخلی برای زمین - لایه داخلی برای مسیریابی برق و سیگنال - لایه پایین برای اجزا و سیگنال‌ها استفاده کند. یک کنترلر جمع و جور، ماژول حسگر یا دستگاه ارتباطی می تواند در داخل یک کیس کوچکتر قرار بگیرد و در عین حال مسیریابی را منظم تر نگه دارد. طراحی شش لایه یا هشت لایه فضای مسیریابی بیشتری را برای پردازنده های با تعداد پین بالا، حافظه، دوربین ها، ماژول های بی سیم و رابط های صنعتی فراهم می کند. لایه‌های اضافی جایگزین کار طراحی خوب نمی‌شوند، اما فضای بیشتری را برای حل مشکلات سخت اتصال به چیدمان می‌دهند. ## مرحله 1: الزامات برد را تعریف کنید. من به جای انتخاب تعداد لایه ها بر اساس ظاهر، با نیازهای واقعی محصول شروع می کنم. بررسی می کنم: - طول و عرض برد - محدودیت ارتفاع اجزا - تعداد اتصالات سیگنال - سطوح ورودی و خروجی برق - سرعت سیگنال - نیازهای فعلی - نیازهای امپدانس - حجم تولید مورد انتظار - روش مونتاژ یک برد کوچک با یک میکروکنترلر ساده ممکن است با دو لایه به خوبی کار کند. دستگاه فشرده ای که عملکردهای پردازنده، حافظه، USB، اترنت، نمایشگر و بی سیم را ترکیب می کند، ممکن است به چهار لایه یا بیشتر نیاز داشته باشد. این بررسی اولیه از یک اشتباه رایج جلوگیری می کند: اضافه کردن لایه ها قبل از تأیید اینکه مدار به آنها نیاز دارد. ## مرحله 2: برنامه ریزی پشته لایه پشته لایه بر کیفیت سیگنال، جریان گرما، هزینه ساخت و قدرت برد تأثیر می گذارد. برای یک PCB چهار لایه، می‌توانم از موارد زیر استفاده کنم: 1. لایه سیگنال و جزء 2. سطح زمین 3. لایه قدرت و سیگنال 4. لایه سیگنال و اجزا صفحه زمین به سیگنال‌های پرسرعت مسیر برگشت نزدیک را می‌دهد. این مسیر اهمیت دارد زیرا جریان تنها از طریق ردیابی سیگنال مرئی عبور نمی کند. همچنین از طریق ساختار الکتریکی اطراف باز می گردد. یک استک آپ ضعیف می تواند مسیرهای بازگشت طولانی، نویز بیشتر و تست سازگاری الکترومغناطیسی سخت تری ایجاد کند. من قبل از شروع مسیریابی با سازنده PCB کار می کنم، زیرا ضخامت مس موجود، فاصله دی الکتریک و گزینه ها بر روی طراحی نهایی تأثیر می گذارد. ## مرحله 3: مدارهای حساس و پر سر و صدا مجزا مبدل های قدرت، موتورها، رله ها، نوسانگرهای کریستالی، رادیوهای بی سیم و رابط های پرسرعت می توانند بر مدارهای مجاور تأثیر بگذارند. من ورودی های حساس آنالوگ را دور از گره های سوئیچینگ پر سر و صدا قرار می دهم. من رد ساعت را در صورت امکان کوتاه نگه می دارم. من از اجرای یک سیگنال سریع در یک شکاف در صفحه مرجع اجتناب می کنم. یک ناحیه زمین پیوسته در زیر ردیابی معمولاً مسیر برگشت کنترل شده تری را به سیگنال می دهد. برای مثال، یک حسگر پزشکی ممکن است از یک بخش آنالوگ کوچک برای اندازه گیری سیگنال ضعیف استفاده کند، در حالی که یک پردازنده دیجیتال داده ها و ارتباطات را مدیریت می کند. اگر هر دو ناحیه در مسیریابی بی دقت مشترک باشند، ممکن است نویز سوئیچینگ در اندازه گیری ظاهر شود. یک چیدمان چند لایه به من کنترل بیشتری بر جداسازی می دهد، اما محل قرارگیری همچنان نیاز به توجه دارد. ## مرحله 4: از هواپیماهای زمینی و قدرتی با احتیاط استفاده کنید یک هواپیمای بزرگ زمینی می‌تواند نیاز به بسیاری از آثار زمینی جداگانه را کاهش دهد. همچنین به اتصال خازن‌های جداکننده به پین‌های دستگاه با مسیرهای کوتاه‌تر کمک می‌کند. زمانی که طراحی به آن نیاز دارد، یک خازن جداکننده را نزدیک هر پایه پاور قرار می دهم. اتصال خازن به سازه های برق و زمین باید کوتاه و مستقیم باشد. ردهای باریک طولانی می تواند مزیت خازن را در فرکانس های بالاتر کاهش دهد. هواپیماهای قدرت می توانند به توزیع جریان در سراسر صفحه کمک کنند. آنها همچنان باید از نظر افت ولتاژ، گرما، خلاصی و ظرفیت جریان بررسی شوند. هواپیما جایگزین محاسبه نیست. ## مرحله 5: سیگنال های پرسرعت را کنترل کنید USB، اترنت، حافظه DDR، PCIe، پیوندهای نمایشگر و اتصالات رادیویی ممکن است به امپدانس کنترل شده نیاز داشته باشند. عرض و فاصله ردیابی مورد نیاز به پشته لایه و ضخامت مواد بستگی دارد. من یک عرض ردیابی را از پروژه دیگری بدون بررسی stack-up جدید کپی نمی کنم. دو تخته با طرح کلی یکسان می توانند به ابعاد مسیریابی متفاوتی نیاز داشته باشند. جفت‌های پرسرعت باید از نظر طول نزدیک باقی بمانند، زمانی که واسط درخواست مسیریابی منطبق را می‌دهد. از تغییرات شدید مسیریابی و راه های غیر ضروری اجتناب می کنم. هنگامی که یک جفت لایه ها را تغییر می دهد، مسیر بازگشت نیز باید روشن بماند. یک ماژول دوربین فشرده یک مثال مفید است. برد ممکن است نیاز به حمل برق، سیگنال‌های کنترل، سیگنال‌های ساعت، و پیوند داده تصویر سریع در یک فضای باریک داشته باشد. لایه های اضافی می توانند مسیر را کوتاه کنند و تضاد بین سیگنال های نامرتبط را کاهش دهند. ## مرحله 6: Vias و محدودیت های تولید را بررسی کنید Vias لایه های مسی را به هم متصل می کند، اما هر کدام از طریق از فضا استفاده می کنند و نیازمندی های تولید را اضافه می کنند. من بررسی می کنم: - سوراخ از طریق اندازه - کور یا دفن شده از طریق در دسترس بودن - حداقل قطر مته - اندازه پد - فاصله از مس دیگر - از طریق قرارگیری در نزدیکی پدهای اجزاء - از طریق الزامات چادری طرحی که از ویوهای پیشرفته استفاده می کند ممکن است فضای برد را ذخیره کند، اما این فرآیند می تواند هزینه تولید را افزایش دهد یا گزینه های تامین کننده را کاهش دهد. تولید و بازرسی گذرگاه‌های استاندارد معمولاً آسان‌تر است. برای یک دوره تولید کوچک، ممکن است به جای ساختار متراکم تر، یک فرآیند چهار لایه استاندارد را انتخاب کنم. این انتخاب می تواند ساخت و تعمیر را بدون تأثیر بر عملکرد اصلی محصول آسان تر کند. ## مرحله 7: مسیرهای حرارتی را مرور کنید لایه‌های بیشتر می‌توانند به پخش گرما کمک کنند، اما گرما همچنان به مسیری دور از منبع نیاز دارد. برای یک پردازنده یا قطعه برق، ممکن است از گذرگاه های حرارتی در زیر پد در معرض دید استفاده کنم. این راه‌ها پد را به یک ناحیه مسی بزرگ‌تر در لایه داخلی یا پایینی متصل می‌کنند. طراحی باید از دستورالعمل‌های الگوی زمین سازنده قطعه پیروی کند، زیرا قرارگیری نامناسب ویزها می‌تواند بر جریان لحیم کاری تأثیر بگذارد. همچنین بررسی می‌کنم که آیا قسمت‌های مسی به اندازه کافی بزرگ هستند، آیا اجزای داغ خیلی به هم نزدیک هستند، و آیا محفظه اجازه حرکت هوا را می‌دهد یا خیر. یک برد کوچکتر ممکن است باعث صرفه جویی در فضا شود و در عین حال آزمایش حرارتی را مهم تر کند. ## یک مثال طراحی عملی یک واحد نظارت صنعتی فشرده با یک میکروکنترلر، ورودی دما، ارتباط RS-485، منبع تغذیه سوئیچینگ، LED های وضعیت، و یک ماژول بی سیم کوچک را تصور کنید. یک تخته دو لایه ممکن است طراح را مجبور کند که مسیرهای برق و خطوط ارتباطی را در همان منطقه محدود قرار دهد. گره سوئیچینگ ممکن است از نزدیکی ورودی سنسور عبور کند. بخش بی سیم همچنین ممکن است نزدیک سیگنال های دیجیتال پر سر و صدا قرار بگیرد. یک طرح چهار لایه می تواند یک صفحه زمین را در زیر لایه سیگنال اصلی قرار دهد، یک لایه داخلی را برای برق و مسیرهای انتخاب شده رزرو کند و ناحیه حسگر را از بخش سوئیچینگ جدا نگه دارد. صفحه ممکن است به همان اندازه باقی بماند در حالی که بررسی و آزمایش طرح ساده تر می شود. تعداد لایه ها به تنهایی همه مسائل را حل نمی کند. قرار دادن قطعات، زمین، هندسه ردیابی و بررسی های تولید هنوز تعیین می کند که آیا برد طبق انتظار عمل می کند یا خیر. ## نحوه انتخاب تعداد لایه ها من از یک فرآیند بررسی ساده استفاده می کنم: 1. منطقه مسیریابی مورد نیاز را تخمین بزنید. 2. بخش های برق، زمین، آنالوگ، دیجیتال و سرعت بالا را علامت گذاری کنید. 3. بررسی کنید که آیا دو لایه می توانند مسیرهای حیاتی را کوتاه و واضح نگه دارند یا خیر. 4. یک پشته چهار لایه را با اندازه و هزینه برد مورد نظر مقایسه کنید. 5. از سازنده در مورد مواد استاندارد و تلرانس ها بپرسید. 6. یکپارچگی سیگنال و نیازهای حرارتی را بررسی کنید. 7. نمونه های اولیه بسازید و مناطقی که بیشترین خطر را دارند آزمایش کنید. این روش به جای تکیه بر یک قانون ثابت، تصمیم را به محصول مرتبط نگه می دارد. PCB های چند لایه به من کمک می کنند تا عملکردهای بیشتری را در یک ردپای محدود قرار دهم، اما بهترین نتیجه از برنامه ریزی قبل از مسیریابی به دست می آید. یک استک آپ مناسب، مسیر زمینی واضح، قرار دادن دقیق اجزا و ارتباط با سازنده می تواند ساخت و آزمایش برد را آسان تر کند. هدف این است که تا حد امکان از لایه های بیشتری استفاده نکنید. هدف استفاده از لایه های کافی برای پشتیبانی از مدار، محفظه، فرآیند تولید و شرایط عملیاتی مورد انتظار است.

یک محصول الکترونیکی پیچیده می تواند از بیرون ساده به نظر برسد. در داخل، ممکن است چندین ریل ولتاژ، رابط‌های پرسرعت، مدارهای بی‌سیم، حسگرها، پردازنده‌ها و محدودیت‌های فضایی سخت‌گیرانه داشته باشد. هر عملکردی بر PCB فشار وارد می کند. من دیده ام که پروژه های بسیاری به همین دلایل کند شده اند: - شبکه برق خیلی دیر برنامه ریزی شده بود. - سیگنال های حساس فضای مشترک را با مدارهای پر سر و صدا دارند. - هیئت بررسی های اولیه را پشت سر گذاشت اما در طول آزمایش شکست خورد. - طرح در نرم افزار کار می کرد اما ساخت آن سخت بود. - گرما مسیر روشنی برای دور شدن از اجزای کلیدی نداشت. راه حل هوشمند PCB قبل از مرحله طرح شروع می شود. من به محصول به عنوان یک سیستم کامل نگاه می کنم، نه تنها به عنوان گروهی از شبکه ها و اجزا. ### با ساختار قدرت شروع کنید طراحی قدرت تقریباً بر هر قسمت از PCB تأثیر می گذارد. یک پردازنده ممکن است به یک ریل هسته ولتاژ پایین نیاز داشته باشد، حافظه ممکن است به منبع دیگری نیاز داشته باشد، و ماژول های ارتباطی می توانند پیک های جریان کوتاهی را در حین کار ایجاد کنند. با فهرست کردن موارد زیر شروع می‌کنم: - محدوده ولتاژ ورودی - ریل‌های خروجی مورد نیاز - جریان حداکثر و متوسط ​​- ترتیب راه‌اندازی - تحمل قدرت - نیازهای حفاظتی - حالت‌های آماده به کار و فعال این فهرست به من کمک می‌کند تا معماری برق مناسب را انتخاب کنم. یک برد ممکن است از ترکیبی از مبدل های DC-DC، تنظیم کننده های خطی، سوئیچ های بار، فیلترها و قطعات حفاظتی استفاده کند. انتخاب بستگی به کارایی، نویز، اندازه، گرما و هزینه دارد. یک نمونه محصول رایج یک کنترلر صنعتی فشرده با ورودی 24 ولت، پردازنده، اترنت، سنسورها و نمایشگر است. ورودی 24 ولت ممکن است صدای سوئیچینگ را از تجهیزات مجاور منتقل کند. بدون حفاظت ورودی و فیلتر، این نویز می تواند به مدارهای حساس برسد. یک مرحله ورودی مناسب، یک مسیر بازگشت روشن و قرار دادن دقیق می تواند خطر را قبل از ساخت اولین نمونه اولیه کاهش دهد. ### ایجاد پشته بر اساس نیازهای سیگنال پشته لایه فقط یک جزئیات ساخت نیست. بر امپدانس، جریان برگشتی، توزیع توان، کنترل نویز و عملکرد حرارتی تأثیر می گذارد. برای تابلویی با سیگنال‌های پرسرعت، من این موارد را بررسی می‌کنم: - لایه سیگنال و فاصله صفحه مرجع - ضخامت دی الکتریک - وزن مس - اهداف امپدانس کنترل‌شده - ساختار از طریق - قدرت و آرایش صفحه زمین یک ردیابی کوتاه با سرعت بالا همچنان می‌تواند هنگام قطع صفحه مرجع آن مشکلاتی ایجاد کند. جریان برگشتی سپس مسیر دیگری را جستجو می کند که ممکن است تشعشع را افزایش دهد یا باعث اعوجاج سیگنال شود. من ترجیح می‌دهم هر زمان که طراحی اجازه می‌دهد، سیگنال‌های پرسرعت را در کنار یک صفحه مرجع پیوسته قرار دهم. وقتی سیگنالی لایه‌ها را تغییر می‌دهد، بررسی می‌کنم که آیا مسیر برگشت آن می‌تواند از انتقال پیروی کند یا خیر. یک زمین نزدیک می‌تواند به حفظ آن مسیر کمک کند، اما راه‌حل صحیح به بسته‌بندی و نوع سیگنال بستگی دارد. ### نواحی پر سر و صدا و حساس را از هم جدا کنید تعویض رگولاتورها، درایورهای موتور، منابع ساعت و مسیرهای با جریان بالا می توانند حسگرها، مدارهای صوتی، آنتن ها و ورودی های آنالوگ را مختل کنند. من برد را به مناطق کاربردی تقسیم می کنم: - ورود برق - تبدیل و تنظیم - پردازش دیجیتال - ارتباطات پرسرعت - اندازه گیری آنالوگ - بی سیم یا RF - اتصالات و رابط های خارجی این مناطق نیازی به جداسازی تنها با فضای خالی ندارند. مسیرهای فعلی، هواپیماهای مرجع و مسیرهای بازگشت آنها نیز نیاز به توجه دارند. به عنوان مثال، یک خط سنسور آنالوگ که در کنار درایور موتور اجرا می شود ممکن است صدای ناخواسته را جمع آوری کند. نزدیکتر کردن مدار حسگر به کانکتور آن، کوتاه کردن ردیابی، افزودن فیلتر مناسب و دور نگه داشتن مسیر برگشت موتور از ناحیه آنالوگ می تواند نتیجه بهتری نسبت به افزودن قطعات بیشتر در آینده داشته باشد. ### کنترل امپدانس و مسیریابی با سرعت بالا USB، Ethernet، PCIe، HDMI، LVDS، و رابط های مشابه ممکن است به امپدانس کنترل شده و مسیریابی منطبق نیاز داشته باشند. هدف دقیق به مشخصات رابط، جمع‌آوری و فرآیند ساخت بستگی دارد. بررسی می‌کنم: - عرض و فاصله ردیابی - فاصله جفت دیفرانسیل - تعادل طول جفت - انتقال لایه - تعداد از طریق - ناحیه راه‌اندازی رابط - تداوم صفحه مرجع تطابق طول باید از نیاز الکتریکی پشتیبانی کند، نه خمیدگی‌های غیرضروری ایجاد کند. یک ردپای مارپیچی طولانی ممکن است از دست دادن و جفت شدن را افزایش دهد. من از تطبیق فقط در جایی استفاده می کنم که بودجه زمان بندی آن را می طلبد. مسیریابی با سرعت بالا نیز از قرارگیری واضح سود می برد. اگر کانکتور، قطعات حفاظتی، درایور و گیرنده در یک مسیر معقول چیده شوند، آثار می توانند کوتاه تر و تمیزتر بمانند. Layout نمی تواند هر موقعیت ضعیف جزء را ترمیم کند. ### مسیرهای حرارتی را قبل از پر شدن برد برنامه ریزی کنید. قطعات قدرت، پردازنده ها، LED ها و درایورهای موتور ممکن است به قسمت های مسی، ورودی های حرارتی، فضای جریان هوا یا اتصال به محفظه نیاز داشته باشند. من بررسی می‌کنم: - اتلاف برق جزء - مساحت مس - طراحی پد حرارتی - از نظر اندازه و الگو - ضخامت تخته - تماس با محفظه - قطعات حساس به گرما در نزدیکی یک برد برق فشرده ممکن است به خوبی روی نیمکت کار کند و دمای بالاتری را در داخل محفظه محصول نشان دهد. این تفاوت مهم است. جریان هوا، جهت نصب، موقعیت کابل و مواد اطراف همگی می توانند نتیجه حرارتی را تغییر دهند. شبیه‌سازی حرارتی می‌تواند از بررسی پشتیبانی کند، اما من هنوز طراحی را با اندازه‌گیری‌های نمونه اولیه مقایسه می‌کنم. یک ترموکوپل، دوربین مادون قرمز یا سنسور دما می‌تواند نقاط داغی را که پیش‌بینی آن‌ها از روی شماتیک به تنهایی دشوار است را نشان دهد. ### طراحی برای ساخت از ابتدا PCB می تواند از نظر الکتریکی صحیح باشد و همچنان مشکلات تولید ایجاد کند. شکاف‌های کوچک، اندازه‌های مته غیرمعمول، نقاط آزمایش شلوغ، و قطعاتی که به سختی در جای خود قرار می‌گیرند ممکن است تلاش مونتاژ را افزایش دهند یا عملکرد را کاهش دهند. من طرح را بر اساس فرآیند تولید انتخاب شده بررسی می‌کنم: - حداقل ردیابی و فضا - اندازه سوراخ‌ها - انواع مختلف - فاصله ماسک لحیم کاری - فاصله اجزاء - جهت مونتاژ - نیازهای پانل‌سازی - دسترسی بازرسی - مکان‌های نقطه آزمایش همچنین از سازنده می‌خواهم قبل از قفل شدن چیدمان، انباشتگی و الزامات ویژه را بررسی کند. یک تغییر کوچک در قانون ردپای یا فاصله می تواند از بازنگری بعدی تابلو جلوگیری کند. برای مجموعه‌های با فناوری ترکیبی، کانکتورهای سوراخ، آی‌سی‌های با گام ریز، خازن‌های بزرگ و قطعات حساس به حرارت ممکن است به ملاحظات مونتاژ متفاوتی نیاز داشته باشند. موقعیت آنها باید از لحیم کاری، بازرسی، تعمیر و آزمایش پشتیبانی کند. ### از شبیه سازی و بررسی در جایی که ارزش افزوده دارند استفاده کنید. شبیه سازی جایگزین قضاوت مهندسی نمی شود. این کمک می کند تا این قضاوت روی مناطقی متمرکز شود که بیشترین خطر را دارند. بررسی‌های مفید ممکن است شامل موارد زیر باشد: - یکپارچگی توان - یکپارچگی سیگنال - رفتار حرارتی - سازگاری الکترومغناطیسی - افت ولتاژ - چگالی جریان - عملکرد جفت دیفرانسیل من همچنین از بررسی‌های طراحی ساختاریافته استفاده می‌کنم. یک بررسی شماتیک نقشه برق را بررسی می کند. بررسی موقعیت‌یابی عملکرد و دسترسی به خدمات را بررسی می‌کند. بررسی مسیریابی مسیرهای سیگنال، هواپیماها و حلقه‌های قدرت را بررسی می‌کند. بررسی تولید محدودیت های ساخت و مونتاژ را بررسی می کند. این فرآیند مرحله‌ای، ردیابی مشکلات را آسان‌تر می‌کند. وقتی هر مشکلی در پایان ظاهر می شود، تیم اغلب گزینه های عملی کمتری دارد. ### نمونه اولیه را با یک طرح آزمایشی واضح تایید کنید یک نمونه اولیه باید به سوالات خاصی پاسخ دهد. من با آن به عنوان یک نمونه گذر یا شکست ساده رفتار نمی کنم. طرح آزمایش ممکن است شامل موارد زیر باشد: - تغییرات ولتاژ ورودی - مراحل بارگذاری - راه اندازی و خاموش شدن - پایداری ارتباط - دقت سنسور - سطوح نویز - افزایش حرارت - پاسخ حفاظت - عملکرد طولانی مدت بردی که در دمای اتاق با یک بار سبک کار می کند هنوز نشان نداده است که در محدوده کاری مورد نظر خود چگونه رفتار خواهد کرد. شرایط تست، ابزارها، نسخه‌های میان‌افزار و بازبینی‌های برد را ضبط می‌کنم. هنگامی که تغییر بعدی بر عملکرد تأثیر می گذارد، این مقایسه را آسان تر می کند. همچنین به جدا کردن مشکل PCB از یک مشکل نرم افزار، کابل، کانکتور یا محفظه کمک می کند. ### بررسی طراحی را با هدف محصول مرتبط نگه دارید یک تابلوی بزرگ همیشه تابلوی بهتری نیست. یک برد کوچکتر همیشه برد هوشمندتر نیست. طراحی مناسب عملکرد الکتریکی، محدودیت های تولید، نیازهای خدمات، هزینه و محیط محصول را متعادل می کند. سوالات عملی می پرسم: - آیا می توان برد را بدون آسیب رساندن به آن تست کرد؟ - آیا تکنسین می تواند قطعات کلیدی را تعویض کند؟ - آیا دسترسی به کانکتورها آسان است؟ - آیا مسیر برق در شرایط غیرعادی ایمن است؟ - آیا سازنده می تواند قطعات انتخاب شده را تامین کند؟ - آیا چیدمان جایی برای تعویض های تایید شده باقی می گذارد؟ - آیا طرح در شرایط دمایی و بار مورد انتظار پایدار می ماند؟ این سؤالات اغلب خطراتی را نشان می دهند که در بررسی قوانین طراحی استاندارد قابل مشاهده نیستند. مدیریت پروژه های PCB پیچیده زمانی آسان تر می شود که قدرت، چیدمان، مسیرهای حرارتی، ساخت و آزمایش به عنوان یکی از وظایف طراحی در نظر گرفته شود. من بر مسیرهای جریان روشن، صفحات مرجع پایدار، مکان یابی معقول، قوانین ساخت عملی و نتایج آزمایش قابل اندازه گیری تمرکز می کنم. بهترین راه حل PCB راه حلی نیست که بیشترین ویژگی ها را روی کاغذ داشته باشد. این یکی است که از شرایط عملیاتی واقعی محصول پشتیبانی می کند و به تیم مهندسی مسیر روشنی از مونتاژ شماتیک به مونتاژ قابل اعتماد می دهد. علاقه مند به یادگیری بیشتر در مورد روندها و راه حل های صنعت هستید؟ تماس با lingchao: mr.xu@lingchaopcb.com/WhatsApp +8613780181891.

1. IPC — 2023 — استاندارد عمومی IPC-2221B در طراحی برد چاپی 2. داگلاس جی. بروکس و یوهانس آدام — 2017 — راهنمای طراحی PCB برای از طریق و ردیابی جریان ها و دماها 3. اریک بوگاتین — 2018 — طراحی سیستم های دیجیتال با سرعت بالا 4 — 0. مهندسی سازگاری الکترومغناطیسی 5. رالف موریسون - 2016 - تکنیک‌های زمین‌بندی و محافظ