PCB diseinuaren 13 oinarrizko arauak (eta horiek saihesten dituzten akatsak)

Eskema batek ideia batek funtziona dezakeela frogatzen du; PCB diseinuak erabakitzen du benetan funtzionatzen duen eraiki ondoren. Sare-zerrenda berak plaka isil eta fabrikagarri bat edo erradiatzen duen, abiaduran huts egiten duen, berotzen den eta muntaketa-akatsak pilatzen dituen bat sor dezake — aldea kokapenean eta bideratzean datza erabat. Jarraian datozen hamahiru arauak gure ingeniariek diseinuetan gehienetan alde batera uzten direnak dira, plaka bat benetan antolatuko zenukeen ordenan antolatuta eta erabilgarri egiten dituzten zenbaki zehatzekin adierazita. Bat ere ez da exotikoa; elkarrekin, PCB diseinu eta diseinu sendoak bir-biraketa saihestu daitezkeen gehiengo zabala saihesten du.

Jarraian azaltzen denak Highleap Electronics-eko gure DFM taldeak diseinu-makeinu bat fabrikatu aurretik berrikustean bilatzen duena islatzen du.

1. Zergatik den PCB diseinua eskema baino garrantzitsuagoa

Taula bateko sare bakoitza erresistentzia, induktantzia eta kapazitantzia dituen egitura fisiko bat da, eta etxera iritsi behar duen itzulera-korronte bat. Eskema batek hori guztia ezkutatzen du; diseinuak agerian uzten du. Portaera elektromagnetikoa, abiadura handiko seinalearen osotasuna, errendimendu termikoa eta baita fabrikazio-errendimendua ere piezak non dauden eta kobrezko konektatzen diren arabera erabakitzen dira; horregatik, ingeniari esperientziadun batek diseinu marjinal bat berreskura dezake diseinuan eta arduragabea den batek eskema ona hondatu dezake. PCB diseinu-jardunbide onenak lehentasun gisa baino arau gisa hartzea da taula bat ekoizpen osoan aurreikusgarri egiten duena.

2. PCB diseinuaren 1-7 arauak: solairu-planoa, lurrerako konexioa eta potentzia

Lehenengo erabakiek —arrasto bakar baten aurretik— taula zenbaterainokoa izan daitekeen muga ezartzen dute.

1. araua — Oinplanoa ibilbidea egin aurretik

Jarri lehenik konektoreak, muntaketa-zuloak eta funtzio-bloke nagusiak, piezak funtzioaren arabera taldekatuz, seinaleak norabide bakarrean joan daitezen taula osoan. Zoru-planifikazio egoki batek sare kritikoak laburtzen ditu eta geroago konpromisoak behartzen dituen bideratze korapilatsua saihesten du.

2. araua — Mantendu korronte-begiztak txikiak

Seinale eta potentzia-bide guztiek begizta bat osatzen dute bere itzulerarekin, eta begiztaren azalera zarata irradiatzen duena eta zarata jasotzen duena da. Jarri piezak eta bideratu begizta bakoitza —batez ere seinale azkarrak eta kommutazio-erreguladoreen begizta beroak— ahalik eta txikiena izan dadin; irradiatutako isuriak begiztaren azalerarekin eskalatzen dira.

3. araua — Eman taulari lur-plano sendo bat

Lur-plano jarraitua diseinu-tresnarik indartsuena da. Inpedantzia baxuko itzulera eskaintzen du seinale ororen azpian, eta ez duzu abiadura handiko trazen azpian sartu edo zatitu behar, tarte bat zeharkatzen duen seinaleak bere itzulera-bidea galtzen duelako, bere inpedantzia jauzi egiten duelako eta irradiatzen duelako.

4. araua — Pinean deskonektatu

Jarri desakoplamendu-kondentsadore bat (normalean 0.1 µF-koa, gailuaren neurrira egina) IC bakoitzaren potentzia-pinean, potentzia- eta lurrerako planoetarako bide labur eta zabal batekin, eta gehitu kapazitantzia handi bat plakarentzat. Urrun jarritako edo trazadura luze eta mehe baten bidez konektatutako kondentsadore batek induktantzia gehitzen du eta ezin du txipak eskatzen duen korronte azkar iragankorra eman.

5. araua — Analogikoa, digitala eta potentzia bereizi

Mantendu zarata handiko atal digitalak eta kommutazio-potentziakoak analogiko eta RF sentikorretatik urrun, eta bideratu haien itzulera-korronteak zarata digitala lur analogikotik igaro ez dadin. Banatu funtzioen arabera solairu-planoan, eta lotu lurrak puntu bakar eta nahita batean, seinale mistoko atalek behar duten lekuan.

6. araua — Energia banatzeko sarea planifikatu

Eman iezaiozu errail bakoitzari inpedantzia baxuko bide bat: traza zabalak edo plano dedikatuak, planoen arteko kapazitantziarako potentzia-lurraren arteko akoplamendu estua, eta nahikoa kobre erraila karga iragankorraren pean ez hondoratzeko. Energia-banaketa sare ahul bat akats logiko gisa mozorrotutako akatsak bezala agertzen da.

7. araua — Erabili geruza nahikoa 3-6 arauak egiteko

Seinale-geruza bakoitzari erreferentzia-plano hurbil bat eman ezin badiozu eta errailak garbi eraman, gehitu geruza-pare bat. Plano egokiekin 4 geruzako plaka batek normalean 2 geruzako plaka estu bat gainditzen du, eta kobrea gehitzea merkeagoa da pilaketa kaltetu baten fidagarritasun-kostua baino.

3. PCB diseinuaren 8-13 arauak: bideratzea, inpedantzia eta fabrikazioa

Oinplanoa eta planoak ezarrita daudenean, bideratzeak planoa kobre bihurtzen du desegin gabe.

8. araua — Korrontearen eta beroaren neurri-trazak

Traza baten zabalerak eta kobrezko pisuak tenperatura igoera jakin baterako zenbat korronte daraman zehazten dute, IPC-2152ren (eta IPC-2221 zaharragoaren) arabera. Potentzia eta lur trazak nahita tamainazta ezazu seinalearen zabalera lehenetsia erabili beharrean, eta zabaldu korrontea handia den lekuetan.

9. araua — Abiadura handiko sareak laburrak, erreferentziadunak eta parekatuak mantendu

Bideratu seinale azkarrak labur eta zuzenean, beti erreferentzia-plano jarraitu baten gainetik, eta definitu haientzat inpedantzia kontrolatua pilaketan (normalean 50 Ω mutur bakarrekoa, 90-100 Ω diferentziala). Luzera-lotu denbora-kritiko taldeak eta bikote diferentzialak, eta mantendu erlojuak eta abiadura handiko lineak plakaren ertzetatik eta sare sentikorretatik urrun.

10. araua — Kontrolatu gurutzadura eta planoaren ertzak

Aplikatu 3W araua —zentrotik zentrorako tartea gutxienez hiru trazadura-zabalera— trazadura paralelo sentikorren arteko diafonia mugatzeko, eta 20H araua , planoak plakaren ertzetik atzera eramateko, ertz-erradiazioa murrizteko. Heuristika merkeak hauek EMC ustekabe garestiak saihesten dituzte.

11. araua — Geometria garbia duen ibilbidea

Erabili 45°-ko kurbak bira bortitzen ordez, eta saihestu angelu zorrotzak, fabrikazioan zehar urratzailea harrapatu baitezakete. Mantendu bidezkoak pad-etatik kanpo, beteta eta xaflatuta ez badaude behintzat, eta minimizatu geruza aldaketak sare azkarretan, bidezko bakoitzak mozketa bat eta eten bat gehitzen baititu. Bota eta josi kobrea zentzuz — kobrea isurtzeari eta bidezko josturari buruzko gure oharrek bidezkoak josteko aukera ematen dute, bai babeserako bai hedapen termikorako.

12. araua — Bero-bidea kudeatu eta muntaketarako diseinua egin

Eman osagai beroei kobrea beroa zabaltzeko, bide termikoak elikatze-plaken azpian eta konexio termikoak planoetan, plakak ondo soldatzen jarrai dezaten. Aldi berean, errespetatu osagaien patioak eta tarteak, orientatu antzeko piezak modu koherentean ikuskapen azkarra lortzeko, eta utzi tartea piezekin eta konektoreekin berriro lan egiteko — diseinuak fidagarritasuna eta muntaketa-errendimendua bultzatzen ditu.

13. araua — Gehitu proba-sarbidea eta diseinua fab gaitasunari

Eman kokapen-makinetarako fidagarriak, zirkuitu barruko edo funtzionaltasuneko probetarako proba-puntuak eta konektore eta karkasetarako babes-mekanikoak — eta gero, mantendu fabrikatzailearen gutxieneko traza/espazioa, eraztun anularra, zulagailuaren tamaina eta geruza kopuruaren mugen barruan. Teorian ideal den plaka bat ezin da egin, fabrikazio-gaitasuna gainditzen duena, eta geroago gehitzen den proba-sarbideak birbiratzera behartzen du normalean.

4. Saihestu beharreko ohiko PCB diseinu akatsak

Goiko arauak zuzenean lotzen dira gehien ikusten ditugun akatsekin, eta bakoitza bere sintomaren arabera ezagutzea lagungarria da, bere kausa soilik baino.

• EMC proban erradiazio-emisioen hutsegitea normalean seinale azkarren pean lur zatitu edo zirrikitu batera iristen da, edo ertzetik atzera egin ez diren hegazkinen pean.
• Ausazko akatsak, arakatzean desagertzen direnak normalean potentzia-osotasuna dira: txipetik urrunegi desakoplatzea edo karga iragankorren pean hondoratzen den errail bat.
• Gehiegi berotzea edo tentsio jaitsiera trenbide batean uneko tamainara inoiz neurtu ez diren zabalera lehenetsiko potentzia-trazetatik dator.
• Blokeatzen ez den abiadura handiko lotura askotan esan nahi du inpedantzia bideratzearen ondoren definitu zela, edo bikote diferentziala ez zela inoiz luzerari dagokionez bat etorri.
• Zehaztasunez probatu edo kokatu ezin den taula bat esan nahi du fiduzialak edo proba puntuak kanpoan utzi zirela — beranduegi aurkitu ziren birarik gabe konpontzeko.
• Fabrikak berandu esan du "hau ezin dugula eraiki" angelu zorrotzak, tarte minimoa edo zulatzeko alderdi-erlazio ezinezkoa seinalatzen ditu.

Guztietan eredua berdina da: maketazioan araua jarraitzearen kostua hutsala da, eta haustea berriz bira bat, huts egite bat edo multzo baztertu bat da. Diziplinak bere burua ordaintzen du taulako txanda bat lehen aldiz salbatzen duenean.

5. PCB diseinua eta DFM berrikuspena Highleap-en

Diseinu zaindu batek ere onuragarria da fabrikaren mugak ezagutzen dituen bigarren begi pare bat izatea. Highleapi diseinu bat bidaltzen diozunean, gure ingeniariek doako DFM berrikuspena egiten dute goiko arauen eta gure benetako gaitasunaren arabera —trazadura eta espazioa, eraztun anularra, zulagailuen tamainak, pilaketa eta inpedantzia, erliebe termikoa, tentsioaren tartea eta proba sarbidea egiaztatuz— ezer fabrikatu aurretik. Helburua ez da zure plaka berriro diseinatzea, baizik eta bir-biraketa edo etekin arazo gisa agertuko liratekeen arazo gutxi batzuk detektatzea.

Bidali zure Gerber edo ODB++ eta erantzun zehatz eta erabilgarria emango dizugu, eta gero fabrikatu eta muntatu nahi zenuen diseinura. Pantailan zirrikitudun plano bat edo eraiki ezin den tarte bat harrapatzeak ez du ezer kostatzen; lehenengo eraikuntzaren ondoren aurkitzeak txanda bat kostatzen du.

Lortu zure diseinuaren DFM berrikuspen doakoa

6. PCB diseinuari buruzko maiz egiten diren galderak

Zein da PCB diseinuaren arau garrantzitsuena?

Eman plakari lur-plano sendo eta jarraitua, eta ez hautsi inoiz abiadura handiko seinaleen pean. Inpedantzia baxuko itzulera-bide bat eskaintzen du zuzenean traza bakoitzaren azpian, inpedantzia kontrolatzen duena eta EMI minimizatzen duena —diseinu bateko palankarik handiena—.

Non jarri behar dira desakoplatzeko kondentsadoreak?

IC bakoitzaren elikatze-pinean bertan, elikatze- eta lur-planoetarako konexio labur eta zabal batekin, plakaren kapazitantzia handiaren babesarekin. Urrun kokatutako edo trazadura luze eta mehe baten bidez konektatutako kondentsadore batek induktantzia gehitzen du eta ezin du txiparen korronte iragankor azkarra eman.

Zein zabalera izan behar du PCB baten trazadurak?

IPC-2152 edo IPC-2221 arabera, kobrezko pisuan oinarritutako tenperatura-igoera onargarri batean korrontea eramateko bezain zabala da. Seinale-trazak estuak izan daitezke, baina potentzia- eta lur-trazak nahita neurtu behar dira eta korrontea handia den lekuetan zabaldu.

Zeintzuk dira 3W eta 20H arauak?

3W arauak traza paralelo sentikorrak gutxienez hiru trazadurako tartearekin bereizten ditu, erdigunetik erdigunera, diafonia mugatzeko. 20H arauak potentzia eta lur-planoak plakaren ertzetik atzera eramaten ditu dielektrikoaren lodieraren hogei aldiz inguru, ertz-erradiazioa murrizteko.

90 graduko izkinak arazo bat al dira benetan?

90°-ko izkinen efektu elektromagnetikoa txikia da abiadura gehienetan, baina angelu zorrotzak saihestu behar dira, fabrikazioan zehar urratzen duten substantzia harrapatu dezaketelako. 45°-ko tolesturekin fresatzea ohiko praktika garbia da.

Zergatik behar ditut fiduzional eta proba puntuak?

Fiduzialek kokapen-makinei plaka zehaztasunez kokatzen uzten diete, eta proba-puntuek zirkuitu barruko edo funtzionalitate-probak ahalbidetzen dituzte. Biak ia libreki gehi daitezke diseinuan zehar, baina askotan berriro biratzea behartzen dute kanpoan uzten badira eta geroago behar badira.

Zenbat geruza behar ditut diseinu on bat egiteko?

Seinale-geruza bakoitzari erreferentzia-plano bat emateko eta zure potentzia-errailak eramateko nahikoa. Diseinu sinpleek 2 edo 4 geruzatan funtzionatzen dute; diseinu trinkoek edo abiadura handikoek 6 edo gehiago behar dituzte lurrerako eta inpedantzia-arauak bete ahal izateko.