עקרונות מרכזיים של עיצוב PCB עבור פרויקטים של PIC Microcontroller

תכנון לוחות מעגלים מודפסים (PCBs) לפרויקטים של PIC microcontroller דורש תכנון קפדני ודבקות בפרקטיקה הטובה ביותר כדי להבטיח אמינות וביצועים. עיצוב PCB תקין יכול להשפיע באופן משמעותי על הצלחת הפרויקט שלך, בין אם אתה חובב או מהנדס מקצועי.זה מדריך מורחב מכסה היבטים קריטיים מן הרכיב לשיקולי ייצור, עוזר לך ליצור לוחות חזקים ויעילים עבור עיצובים שלך.

מיקרו-בקרים PIC מטכנולוגיית Microchip משמשים באופן נרחב במערכות משובצות בשל העלות הנמוכה שלהם, צריכת חשמל נמוכה ומערכת היקפית עשירה. עם זאת, אפילו הקושחה הטובה ביותר יכולה להיכשל אם הפריסה החומרה מתעלמת מעקרונות חשמליים מכניים בסיסיים.הסעיפים הבאים המפורטים בתעשייה כדי להשיג עיצובים נכונים במשרה ראשונה.

עקרונות מימון PCB עבור פרויקטים

הבנת עקרונות הליבה מסייעת ליצור פריסות PCB יעילות ועמידות.אלה כוללים מיקום רכיב הולם, יושרת אות וחלוקת כוח.כל החלטה משפיעה על חסינות רעש, ביצועים תרמיים וקלות האסיפה.

אסטרטגיה של Placement

להציב את המיקרובקר PIC במרכז ה- PCB שלך כדי למזער אורך עקבות לכל היקפיים.זה מקטין את קיבולי קצבה parasitic ואת inductance, אשר חשוב במיוחד עבור אותות גבוה קידוד כמו אוסטרטור ואוטובוסים תקשורת (I2C, SPI, UART) לשמור רכיבים קשורים - כגון גבישי quartzs, סדרות התנגדות, decoupling, כמו קפיטורים קצרים, כמו שבבים, כמו C2C, למשל, 000 C2C, 000, 000, 000, 000 משיכה, 000 משיכה קצר משיכה משיכה משיכה משיכה משיכה משיכה משיכה משיכה משיכה משיכה משיכה משיכה משיכה משיכה משיכה משיכה משיכה משיכה משיכה משיכה משיכה משיכה משיכה משיכה משיכה ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ , , ⁇ משיכה , כמו ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

רכיבים קבוצתיים על ידי פונקציה: סעיפים אנלוגיים נפרדים (למשל, ADC קלטות, דגימה) מקטעים דיגיטליים כדי למנוע רעש דיגיטלי מהפיכה לשרידים אנלוגיים רגישים. השתמש פער פיזי או מכנה קרקע בין חלקים אלה אם החלל מאפשר.עבור PICs חתומה מעורב (למשל, PICFJ סדרה עם DAC משולב), לטפל ב ⁇ האנלוגי עם טיפול נוסף - טיקטקטורטקטורט עם טיקטציה עם קדמית עם קדמית עם קדמית עם קדמית עם קדמית עם קדמית קדמית עם קדמית קדמית קדמית קדמית קדמית קדמית .

מרכיבים מקוטבים (קפיפי קיבול אלקטרוניים, דידות, מחברים) באופן עקבי כדי להימנע מטעויות של איסוף.חשב את הכיוון של זרימת האוויר אם המתחם שלך יש vents; להציב רכיבים בעלי עוצמה גבוהה ליד הממצה.תמיד להשאיר מספיק ברור בין רכיבים עבור ייצור מלא מכר ובדיקה.כלל טוב של הוא לשמור על לפחות 0.5 מ"מ בין חלקי SMD ו 1.0 עבור מ"מ באמצעות רכיבי חור.

עיצוב אספקה ו Decoupling

להבטיח אספקת חשמל יציבה על ידי כולל פרויקטים טיפוסיים של PIC, להשתמש בשילוב של capacitor אלקטרוליטי גדול (10-47 μF) ליד קלט הכוח ומספר רב של קפיצות קרמיקה (0.1 μF ו 0.01F) ממוקם קרוב ככל האפשר ל- IC.

אם הפרויקט שלך משתמש במספר תחומים מתח (למשל, 3.3V עבור PIC ו 5V עבור חיישנים), השתמש במשכי ליניארי נפרד או מעבר רגולטורים הממוקם ליד העומס המתאים. שמור את נקודות הכוח הנוכחיות רחבות - לפחות 1 מ"מ ל-0.5 A - ולהשתמש כריות הקלה תרמיות עבור חור דרך חור או כריות SMD גדולות כדי לסייע.

עבור עיצובים מופעלים סוללות, לשים לב זרם של הרגולטור ולהשתמש מצבי שינה חוסכים כוח. Place a Schotky diode כדי להגן מפני קוטביות הפוכה אם המכשיר יכול להיות מופעל באמצעות מחבר.בנוסף, כולל מעגל איפוס כוח על כוח: התנגדות מ MCLR ל Vd (ply 10 k ⁇ ) ו aacitor לקרקע (F0.1) כדי לסינון מחדש על קו.

אותות אינטגרטיביות ושמירה על שיטות הטובות ביותר

אותות מתאימים routing וקרקע הם חיוניים עבור פעולה אמינה, במיוחד כאשר השעון מאיץ את העלייה.אפילו בתדרים בינוניים (8-40 MHz טיפוסי עבור PICs), פריסה גרועה יכולה לגרום להתנהגות לא נכונה, לאפסות מעוררות או שגיאות תקשורת.

הטמעת מטוסים

מטוס קרקע מתמשך מתחת לשכבות האות עוזר להפחית רעש ומספק נתיב החזרה להפחתה נמוכה לכל הנוכחים. השתמש לפחות לוח שתי שכבות לפרויקטים רציניים: להקדיש שכבה אחת שלמה לקרקע (או שפך קרקע) והשני עבור אותות וכוח.חבר את כל נקודות הקרקע - כולל ע"י ערימה, לחבר פיות קרקע, ו- IC משטחים - ישירות אל תוך זה עם חיבורים קצרים או קצרים דרך חור.

להימנע מפיצות המטוס הקרקע אלא אם יש לך סיבות חזקות (למשל בידוד גבוה) אם אתה חייב לפצל, אותות נתיב על פני הפיצול רק דרך נתיב של מחסור נמוך כגון קיבול או fer bead. עבור עיצובים מעורבים-signal, להשתמש במטוס קרקע מוצק יחיד ובודד פיזית את החלקים האנלוגיים והדיגיטליים; לא ליצור מטוס אנלוגי נפרד אלא אם אתה משתמש מסנן מסור עם מסנן פסיבי.

שקול באמצעות טופולוגיה של הקרקע כוכב עבור נתיב החזרת כוח: להביא את כל החוטים הקרקע לנקודה אחת - בדרך כלל הטרמינל השלילי של כוח קלט - כדי למנוע לולאות קרקעיות.זה חשוב במיוחד אודיו או מעגלים שבהם אפילו רעש ברמה מיקרו-וולת משפיע על דיוק.

טכניקות גילוח

השתמש בסימנים רחבים לקווי חשמל ולסימנים רגישים.לדוגמה, עקבות כוח צריך להיות לפחות 0.5 מ"מ (20 מילימטרים) עבור זרם נמוך, עד 2 מ"מ עבור 2 A. לשמור על עקבות חדות בין שכבות אות צמודות כדי להפחית את החצוצרה, ולהימנע מריצה ארוכה של אותות לא קשורים. השתמש 45 מעלות ולא 90 מעלות כדי למנוע שינויים והשתקפות אותות.

עבור אותות מהירים כמו אוסטרטור הראשי (אם משתמשים גביש חיצוני), לשמור על אורך העקב מתחת 10 מ"מ ולסלול אותם כצמד שונה אם אפשרי.לעבור את הoscillator עקבות עם עקבות שמירה המחוברים לאדמה באמצעות מספר רב של דרכים למנוע קרינה.עבור I2C וקווי SPI, הגבלת קפיפטנס (בדרך כלל 20F על קו) על ידי שמירה על עקבות קצרות והימנעות משינויים מופרזים.

עובד תקין באמצעות מיקום: אחד באמצעות קו אות מקובל על רוב הפרויקטים PIC, אבל להימנע מ- daisy-chaining מרובים באמצעות קווי מהירות גבוהה. השתמש במספר מקבילות באמצעות חשמל וחיבורי קרקע כדי להפחית את ההשכלה.עבור מסלולים עתיריים גבוהים, למלא את דרך עם מכר או להשתמש בקוטר גדול יותר באמצעות קוטרים (0.6 מ"מ גמור).

חתלתול ועוקף

כל פרויקט PIC חייב לכלול capacitors המקומי decoupling. Place 1 0.1 μ capacitor בתוך 2 מ"מ של כל זוג Vd / Vss. אם החבילה יש מספר רב של pins כוח (למשל, PIC32 עם AVd, CVd), decouple כל אחד באופן עצמאי. עבור ⁇ גבוה, להוסיף 1F ל 10Ftor ב capacitor בכיסוי קצר.

השתמש ב 10 μF טנטלום או קרמיקה בנקודה הכניסה כוח.אל להסתמך רק על ציפוי קרמיקה נמוכים ללא בדיקה עבור התחדשות עם parasitics PCB; סדרה קטנה התנגדות (0.1-1 ⁇ ) עשוי להיות נחוץ כדי לח מצלצל.

EMI ו-EMC שיקולים

הפרעה אלקטרומגנטית (EMI) יכולה לגרום לפרויקט PIC שלך להיכשל בדיקות פליטות קרינה או ניסיון רגישות לתחומים חיצוניים. ליישם אמצעים אלה כדי לשפר תאימות אלקטרומגנטית (EMC).

המונחים: mitd Emissions

מינילאה אזורים עבור זרמים גבוהים. מעגל אוסקטור הוא מקור עיקרי של EMI; לשמור את עקבותיו קצרים ככל האפשר ומניח את הקריסטל ישירות על פני מטוס קרקע. השתמש מגן יכול על הגביש אם יש צורך. להוסיף סדרה התנגדות (בדרך כלל 10 עד 100 ⁇ ) בקו הפלט של אוסטר כדי לחות יתר על פני פתרון ולהפחית את הנזקים.

עבור I / O שורות יותר מאשר כמה ס"מ, להוסיף סידרה התנגדות (22-47 ⁇ ) ליד רצף פלט PIC. זה תואם עכבות ולהפחית מצלצל. עבור מחברים, להציב אותם בקצה הלוח ולסינון כל קו עם סדרה התנגדות או fer bead או fer trite bead ו acapacitor כדי קרקע.אם יש לך מתכת, לחבר את הקרקע כדי למנוע לוקומטרה יחיד (נקודת עצירה) כדי לעמוד (conaconsocara) כדי למנוע לולאה) רצפה).

סינון ודיכוי

כולל חנק משותף על קווי קלט חשמל אם ההיצע הוא ארוך.הוספת טלוויזיות על גבי סיכות I / O חשופים (במיוחד USB, Ethernet, או קווי חיישן) כדי להגן מפני פריקה אלקטרוסטטית (ESD) להשתמש מערך הגנה אדפטית תואם עבור קווים מרובים; דיודות ESD הפנימי של PIC לא יכול להתמודד עם להיטים ישירים.

עבור מעבר הרגולטורים (למשל, כאשר יורד מ 12V ל- 3.3V), להציב את אינדוקטור, דיודה, ופלט capacitor בלולאה הדוקה. שמור את ה-Freceacitor הקלט קרוב ל- IC. השתמש שפך קרקע נפרדת עבור החלפת הרגולטור ולחבר אותו אל הקרקע העיקרית במסוף הקרקע.

ניהול ההרחבה PIC PCB

בעוד מיקרובקרים PIC בדרך כלל לצרוך מעט כוח, רכיבים כמו רגולטורים מתח, MOSFET, או LEDs יכול לייצר חום. עיצוב תרמי נכון מבטיח אמינות ומונע סחף.

טכניקות למניעת מחלות

לזהות רכיבים בעלי עוצמה גבוהה ולספק שטח נחושת מתאים להפצת חום.עבור רכיבי SMD כמו PIC עצמו (במיוחד חבילות QFN עם משטח חשופים), לחבר את המשטח התרמי אל המטוס דרך תרמי באמצעות מספר תרמי באמצעות שימוש דפוס הקלה תרמי על המשטח כדי למנוע מלמכור וויקלינג לתוך דרך זרימה מחדש.עבור הרגולטורים, להשתמש בטמפרטורות מאוישות אם יש צורך אוויר חם סביב; לשקול את החלקים שלך הוא סגור לקיר המצורף.

מיקום רכיבים רגישים לטמפרטורה (למשל, capacitors אלקטרוליטיים, הפניות מתח) הרחק ממקורות חום. להימנע מחשיפת עקבות רגישים ישירות תחת רכיבי כוח. השתמש בלוח ארבע שכבות עם מטוסים קרקעיים שכבתיים פנימיים כדי לשפר את ההתנהלות התרמית מן השכבה העליונה לתחתית.

עיצוב עבור Manufacturability (DFM)

PCB קל לייצר להפחית את העלות ואת פגמים ההרכבה.עקוב אחר הנחיות אלה כדי להבטיח שהעיצוב שלך הוא מוכן ייצור.

עיצוב ו-Falture

תמיד לאמת את גודל טביעת הרגל עבור כל הרכיבים באמצעות גליון הנתונים של היצרן. השתמש בדפוסי הקרקע הסטנדרטיים של IPC (ראה FLT:0IPC-735103FLT:1) עבור מכירת עקבית.עבור חבילות PIC ®pitch (למשל, TQFP עם 0.5 מ"מ), להבטיח כי פתח הנמכר הוא מעט גדול יותר מאשר את ה- Inc. ducout עבור סימני איסוף אוטומטי אחד עבור 2Cal עבור 2.

הוסף תצלומים של meder הנמכרים כראוי: עבור חבילות QFN, מערך של ריבועים קטנים על המדף התרמית מבטיח נפח מוכר הנכון. להימנע מעמודים גדולים יותר שיכול לגרום לחצץ. השתמש פינות מעוגלות על לוחות מתווה כדי למנוע סיבים ספירת גלי זכוכית במהלך depaneling.

פאנל ובדיקה

אם הזמנת לוחות מרובים, לצל אותם עם נשיכות עכבר או V-grooves. שמור על קצה קצה של לפחות 5 מ"מ ממרכיבים לחוד החנית.כולל חורים של 3 מ"מ בארבע פינות להיערכות.עבור תכנות ו debugging, להוסיף 5piner (Vpp, Vd, Vd, Vs, PGD, PGC) תואם ל-FLTit של Ip.

כולל נקודות מבחן עבור אותות קריטיים (למשל, Vd, Vpp, שעון, איפוס) עם 100 מילימטריים ראשים.זה פשטות מבוכות במהלך Prototyping. לבצע בדיקות כלל עיצוב (DRC) כדי לתפוס שגיאות מוקדם - לבדוק את רוחב המעקב המינימלי, ניקוי וגודלי חור. השתמש השוואות נטויות בין schematic לבין פריסה לאמת קישוריות.

טיפים נוספים עבור עיצוב מוצלח של PCB

מעבר לעקרונות הפריסה, שקול את הטיפים המעשיים האלה כדי לייעל את זרימת העבודה שלך ולשפר את איכות הלוח הסופי.

  • (FLT:0)Use כלי לכידת סכימטי: אנדרל 1 (תוכנית המעגל שלך ביסודיות לפני הפריסה PCB. כלים מודרניים כמו קיפאד, Eagle, או Altium Designer מאפשרים סימולציה ו אימות נטורליסט.
  • (FLT:0)Prototype עם לוח לחם או perfboard ראשון:FLT 1 לפני ביצוע PCB, לבדוק את המעגל הליבה על לוח לחם.זה תופס שגיאות תצורה (למשל, קוטבי לאפס) ומאמת את קושחה. השתמש oscilloscope כדי לבדוק את ההפעלה ואת מסילות הכוח.
  • (FLT:0) תכלול את התחנות להגנת הכלל: (1) על כל סיב שניתן להיחשף למתחים מחוץ למסילות האספקה של PIC (למשל, תפוקת נהגי העברה, קלטי חיישן חיצוניים), מוסיפים סדרות התנגדות (1 k ⁇ ) ו- Schotky diodes ל- Vd ו- Vs.The PICs הפנימי של ESDs אינם מתוכננים לכדי רצף מתמשך.
  • (FLT:0) תשואות אנלוגיות ודיגיטליות: ראט'ר 1 (אפילו עם מטוס קרקע מוצק, לשמור על אותות אנלוגיים חוזרים נפרדים עד שהם נפגשים ב- ADC קרקע סיכה. השתמש ערוץ צר (או גשר אפס-אום) כדי לחבר את שני החלקים הקרקעיים תחת ADC.
  • (FLT:0) השתמש בקר לאפסה חיצוני: FLT:1 עבור יישומים שבהם גילוי חום-out הוא קריטי, לשקול איפוס ייעודי IC (למשל, MCP100) ולא להסתמך רק על BOR הפנימי של PIC.זה מבטיח סטארט-אפ אמין תחת תנודות כוח.
  • (FLT:0)Add a low-pass filter on ADC קלטות:FLT 1 לקריאות אנלוגיות, להציב מסנן RC (למשל, 100 ⁇ + 0.1 μF) ממש ב- ADC קלט.זה מקטין את ההשלמה והפיכה רעש.ה capacitor צריך להיות נמוך קרמיקה.
  • (FLT:0)Create a design Checklist: FIRLT:1 לפני ההזמנה, לאמת את כל הניקוי, גדלים חור, ו- ערימה-up. לאשר כי טביעת הרגל של PIC מתאימה לגרסה הספציפית (למשל, SOIC, TQFP, QFN).

בעקבות שיטות אלה הטובות ביותר יעזור לך ליצור אמין, יעיל וקל-ל-מניפסט PCB עבור הפרויקטים שלך מיקרובקר עיצוב נכון לא רק לשפר ביצועים, אלא גם חוסך זמן ומשאבים בטווח הארוך.זכור שלכל פרויקט יש דרישות ייחודיות; תמיד מתייחס להערות הספציפיות של PIC נתונים והערות יישום (למשל, LT:0Microchip Note ANFreas) עבור ההמלצות של 1LT.