PIC Micronetler için PCB Tasarımının Temel İlkeleri

PIC mikrokontrollü projeler için baskılı devre kurulları (PCB) tasarlamak, güvenilir ve performans sağlamak için en iyi uygulamalara dikkat etmeyi ve bağlılık gerektirir. Proper PCB tasarımı, bir hobici veya profesyonel mühendisiniz olup olmadığınız için projenizin başarısını önemli ölçüde etkileyebilir.Bu genişletilmiş kılavuz, kalıp oluşturma dikkate almak için bileşenden kritik yönleri kapsar, PIC tabanlı tasarımlarınız için sağlam ve verimli tahtalar oluşturmanıza yardımcı olur.

Mikroçip Teknolojisinden PIC mikrokontroller, düşük maliyet, düşük enerji tüketimi ve zengin periferi setleri nedeniyle gömülü sistemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, en iyi donanım düzeni temel elektrik ve mekanik ilkeleri görmezden gelirse bile başarısız olabilir. aşağıdaki bölümler detay endüstri destekli yaklaşımlar ilk kez doğru PCB tasarımları elde etmek için.

PIC Projects için Temel PCB Layout İlkeleri

Temel ilkeleri anlamak etkili ve dayanıklı PCB yapıları yaratmaya yardımcı olur. Bunlar uygun bileşen yerleştirme, sinyal bütünlüğü ve güç dağılımı içerir.Her karar gürültü bağışıklığı, termal performans ve montaj kolaylığı sağlar.

Bitirme Strateji

PIC mikrokontrolörünüzü tüm periferiklara en aza indirmek için PCB'nizin merkezinde yerleştirin. Bu parasitik kapasitans ve indükleme azaltır, bu özellikle de osilatör ve iletişim otobüsleri gibi yüksek frekanslı sinyalleri için önemlidir (I2C, SPI, UART). İlgili bileşenleri tut - OSC ve OSC2 pins ile zeminleri kapatıp, dirençleri azaltmalıdır.

Devreye gelen Grup bileşenleri: ayrı analog bölümler (örneğin, ADC girişleri, op-amps) dijital gürültüyü hassas analog izlerinin içine sokmak için dijital gürültüyü önlemek için dijital bir boşluk veya uzayın izin verdiği bölümler arasında bir boşluk kullanın.

Orient kutuplu bileşenler (örneğin, diyotlar, konektörler) sürekli olarak montaj hatalarından kaçınmak için hava akımının yönünü göz önünde bulundurun; eğer muhafazanızın ve elemanlarınız varsa yüksek güç bileşenleri her zaman satılan formlar arasında yeterince bilgi edinin.İyi bir kontrol kuralı, Windows parçaları ve 1.0 mm arasında en az 0,5 mm'yi korumaktır.

Power Supply Design ve Decouplingling

Her Vdd ve Vss pin çiftine yakın olan sabit bir güç tedarikinin sağlanması. Tipik PIC projeleri için, bir elektrolitik kapasitör kombinasyonu (10-47 μF) yerel enerji girişi ve birden fazla seramik kapasitör (0.1 μF ve 0.0 μF) ile IC'ye mümkün olduğunca yakın bir şekilde yer alan bir zemin kullanın.

Projeniz birden fazla gerilim domaini kullanıyorsa (örneğin, 3,3V için PIC ve 5V için 3.3V), ilgili yüklere yakın bulunan ayrı doğrusal veya anahtar düzenleyicileri kullanın. Yüksek akım güç izlerinin geniş tutun - en azından 1 mm $ 0.5 A - ve büyük bir SM pedleri satmanız için kullanın. Düşük-noise analog malzemeleri için, düşük bir filtreyi göz önünde bulundurun.

Batarya destekli PIC tasarımları için, düzenleyicinin mevcutluğunu ve güç tasarrufu uyku modlarını kullanmaya dikkat edin. Cihazın bir bağlantı üzerinden desteklenebilse de kutupsallığa karşı korumayı korumak için Schottky diyot'u yerleştirin. Ayrıca, bir güç-on reset devresini ekleyin: MCLR'den Vdd'ye (tipik olarak 10 kULL) ve bir kapasitör zemine (0.1 μF) bir reset hattında filtre gürültüyü korumak için.

Signal Integrity ve En İyi Uygulamaları Geliştirmek

Proper sinyal routing ve zemining güvenilir bir işlem için önemlidir, özellikle saat hızları artar.Dört frekanslarında (8-40 MHz tipik olarak PICs için), kötü düzen yanlış davranışı, şaşırtıcı sıfırlamalara veya iletişim hatalarına neden olabilir.

Ground Plane Implementation

Sinyal tabakalarının altındaki sürekli bir zemin uçağı gürültüyü azaltmaya yardımcı olur ve tüm zemin noktaları için düşük bir geri dönüş yolu sağlar.En azından iki katmanlı bir yönetim kuruluna ciddi projeler için kullanın: bir zemine (veya bir zemin dökmeye) ve diğerine işaret eder. Tüm zemin noktalarına bağlanır - yer kayması, zemin pimleri ve IC zemin pimleri dahil - bu uçağa kısa veya delik bağlantıları ile yol.

Güçlü sebepler olmadıkça zemin uçağını bölmekten kaçının (örneğin, yüksek gerilim izolasyonu). Eğer bölmeli, sadece bir AGND pin ve pasif bir filtre ile bölünmüş bir temel düzlemde değil.

Güç kaynağı için bir yıldız zemin topolojiyi kullanmayı düşünün: tüm zemin tellerini tek bir noktaya getir - genellikle giriş gücünün sığması - zemin döngülerini önlemek için. Bu, özellikle de mikro volt seviyesindeki gürültünün doğrulukla etkilediği önemli.

Trace Routing Techniques

Örneğin, güç hatları ve hassas sinyaller için geniş izler kullanın. Örneğin, güç izlerinin düşük mevcut değişiklikler ve sinyal yansımaları önlemek için 90 ° köşeden daha az olması gerekir.

Ana oscillator gibi yüksek hızlı sinyaller için (bir dış kristal kullanarak), 10 mm'nin altındaki izlerini tutar ve mümkün olduğunca kısa sürede takip eder ve aşırı tabaka değişikliklerinden kaçınır.

Kurulum yoluyla uygun iş birliği: sinyal hattı aracılığıyla biri çoğu PIC proje için kabul edilebilir, ancak yüksek hızlı hatlar için birden fazla zincirlemeden kaçınır.Indüktör ve zemin bağlantıları için birden paralel bağlantı kullanın.For high-current ways, fill the vias with solder or use larger viascale deisy-chaining multiple vias for high- speed lines.

Decoupling ve Bypassing

Her PIC projesi yerel decoupling kapasitors içermelidir.Bir 0.1 μF seramik kapasitör 2 mm'lik her Vdd / Vs çiftine paralel olarak. Paketin çok fazla güç pimleri varsa (örneğin, PIC32, AVdd, CVdd), her bir bağımsız olarak zemine ve bir tane daha geniş bir frekans aralığına ek olarak 1 nF'ye ekin.

Tek 10 μF tantalum veya seramik kapasitör güç giriş noktasında kullanın. sadece düşük plastik kapasitörler PCB parasi ile rezonansa kontrol etmeden, küçük bir seri direnç (0.1-1 TEL) .

EMI ve EMC Bölümleri

Elektromanyetik müdahale (EMI), PIC projesinizin dış alanlara yönelik emisyon testlerini veya tecrübeleri başarısız olması için neden olabilir. Bu önlemleri elektromanyetik uyumluluk (EMC) geliştirmek için uygular.

Az önce yapılan Emisyonlar için Layout for Reduced Emissions

Yüksek frekanslı akımlar için döngü alanlarının belirlenmesi. Osilatör devresi, EMI'nin birincil kaynağıdır; mümkün olduğunca kısa süre boyunca izlerini tutar ve kristali doğrudan bir zemin uçağın üzerinde yerleştirin.Bir dizi direnç ekleyin (tipik olarak 10-100 ULLAH)

Birkaç santimetreden uzun süre boyunca, seri bir başlangıç veya ferrite bead ve bir kapasitör ekleyenler için, bu maçların tek bir noktada (bir standoff) muhafazasına bağlanıp, her çizginin kenarına bir dizi direnç veya paniğe sahip olmasını sağlar.

Filtreleme ve Suppression

Tedarik kablosu uzunsa güç girişi hatlarında ortak bir mod noktası ekleyin. TVS diyotları açığa çıkarmak için I/O pins (özellikle USB, Ethernet veya sensör hatları) elektrostatik deşarja karşı korumak için (ESD) uygun bir ESD koruma serisi kullanın; PIC'nin iç ESD diyotları doğrudan isabetle başlayamaz.

Anahtarlama düzenleyicileri için (örneğin, 12V'den 3.3V'ye doğru adım attığında), indüktör, diyot ve baskı cihazı sıkı bir döngüde oturtun. Girişi kapatıcı IC'ye kapat.

PIC PCB'lerde ısı yönetimi

PIC mikrokontroller genellikle küçük gücü tüketse de, gerilim düzenleyicileri, MOSFETs veya LEDler ısı üretebilir. Proper termal tasarım güvenilirliği sağlar ve sürüklenmelerini sağlar.

Heat Dissipation Techniques

Yüksek güç bileşenleri tanımlayın ve ısı yayılması için yeterli bakır alanı sağlayın.PC’nin kendisi gibi (özellikle QFN paketleri kapalı ped), termal pedi birden fazla termal vias aracılığıyla zemine bağlar.Kaynaklar için bir termal yardım modeli kullanın.

Sıcaklık duyarlı bileşenler (örneğin, elektrolitik kapasitörler, gerilim referansları) ısı kaynaklarından uzak dur. Doğrudan güç bileşenleri altında hassas izlerden kaçının. Üst tabakadan alta termal iletim geliştirmek için dört katmanlı bir tahta kullanın.

Manufacturability (DFM) için tasarım

Üretimin azaltılması ve montaj kusurlarının azaltılması kolay olan bir PCB, tasarımınızın üretime hazır olmasını sağlamak için bu yönergeleri takip edin.

Footprint and Pad Design

Üreticinin veri sayfası kullanarak tüm bileşenleri için ayak izi boyutunu her zaman doğrulayın. IPC-standart arazi desenleri kullanın ()IPC-7351) otomatik montaj için tutarlı bir şekilde satış merkezi için.For fine-pitch PIC paketleri (e.g., TQFP, 0,5 mm'li standart maske açma), ücretsiz maske açmasını önlemek için pedten biraz daha büyük.

Uygun bir satış makinesi ekinleri ekleyin: QFN paketleri için, termal ped üzerinde küçük kareler bir dizi doğru satılan hacimler sağlar.Grupletesine neden olabilecek çok sayıda küçük pedten kaçının.

Panelizasyon ve Test

Birden fazla tahta sipariş ederseniz, onları fare ısırıkları veya V-grooves ile panelize edin.En az 5 mm'nin tahta kenarına uygun bir şekilde ayarlayın.3 mm'lik bir dizide 3 mm'lik bir dizi ayar için araç kaplama.For programlama ve debugging için, 5pin bir başlık (Vpp, Vdd, Vs, PGD, PGC) uygun şekilde uyumlu.

Kritik sinyallerin test puanlarını ekleyin (örneğin, Vagon, Vpp, saat, reset) 100 mil kafa kafaları ile. Bu basitleştirme sırasında silme. Tasarım kuralı kontrolleri (DRC) hataları erken yakalamak için - minimum iz genişliği, izin ve delik boyutları için kontrol edin.

Başarılı PIC PCB Tasarım için Ek İpuçları

Plan ilkelerinin ötesinde, bu pratik ipuçlarını iş akışınızı kolaylaştırmak ve son yönetim kalitesini geliştirmek için düşünün.

  • [FONT:0] Bir şematik yakalama aracı kullanın: Devrenizi PCB düzeninden önce tamamen planlayın. KiCad, Eagle veya Altium Tasarımcısı gibi modern araçlar simülasyon ve net liste doğrulama sağlar.Gerarşik bloklar karmaşık projeler için doğru etiket ve hierarşik bloklar ile temizleyin.
  • [FONT:0) Önce ekmek dolabı veya perfboard ile ilgili yazı: Bir PCB'ye taahhüt etmeden önce, bir ekmek dolabında temel devreyi test edin. Bu yakalama yapılandırma hataları (örneğin, yanlış sıfırlama) ve bilgisayar korsanlığı kontrol etmek için bir osiloskop kullanın.
  • [FONT:0)Include koruma diyotları: Herhangi bir pinte, PIC'nin tedarik raylarının dışında gerilimlere maruz kalabilecektir (örneğin, sürücü çıktıları, dış sensör girişleri), serileri ekleyenler (1 khong) ve Schottky diyotlar Vdd ve Vottky diyotlar.
  • [FONT:0)Separate analog ve dijital geri dönüşler: [Dönerli bir zemin uçağı ile bile analog sinyal geri döndürür, ADC zemin pin'de buluşana kadar ayrı döndürür. ADC zemin pin'de buluşmak için dar bir kanal kullanın (veya sıfır-da direnen bir köprü) ADC altında iki zemin bölümü birbirine bağlamak için.
  • [[Dönetici:0) Dış bir sıfır kontrol cihazı kullanın:[Dönetici: 0,4][/FONT=0) Yalnızca PIC'nin iç BOR'a güvenmek yerine özel bir reset IC (e.g., MCP100) dikkate alın. Bu, güvenilir başlangıç güç dalgalanmaları altında sağlar.
  • [FONT:0) ADC girişlerinde düşük seviyeli bir filtre ekleyin: [Dönetici okumalar için, bir RC filtre (e.g., 100 ULL + 0.1 μF) sağ ADC girişi pin. Bu, aliasing ve gürültü darbesi azaltacaktır.
  • [FONT:0]Bir tasarım kontrol listesi oluşturun:[Dönlendirmeden önce, tüm izinleri, delik boyutlarını ve tabaka yığınını doğrulamadan önce. PIC'nin ayak izi belirli paketi (örneğin, SOIC, TQFP, QFN).

Bu en iyi uygulamalardan sonra, her projenin benzersiz gereksinimlerine sahip olduğunu unutmayın; her zaman belirli veri tablosu ve uygulama notları (örneğin, PIC mikrokontrol projeleriniz için Proper tasarımı sadece performansları artırmak değil, aynı zamanda uzun vadede ve kaynakları kurtarmak için).