PCB, abbreviazione di Printed Circuit Board (scheda a circuito stampato), è la piattaforma fondamentale per ospitare i componenti elettronici al fine di realizzare le corrispondenti funzioni. Basato sumateriale del substrato, il PCB è realizzato in conformità con i file di progettazione PCB, con il collegamento ottenuto tra gli strati della scheda, la scheda e i componenti. La funzione principale del PCB risiede nel suo ruolo di trasmissione a relè, contribuendo pienamente al collegamento elettrico tra tutte le parti che circondano la scheda elettronica. Pertanto, il PCB è solitamente considerato il nucleo dei prodotti elettronici.
Il PCB deve essere prodotto rigorosamente in conformità con i file di progettazione PCB, inclusiFile Gerber, file di foratura NC, file di progettazione dello stencil ecc., tutti i quali insieme porteranno infine a PCB reali. Questo articolo fornirà una guida rapida al layout PCB per i principianti nella progettazione di PCB, coprendo le questioni chiave relative alla progettazione e al layout dei PCB. Si spera che questo articolo possa essere una sorta di cerotto per i giovani ingegneri elettronici alle prime armi.
Che cos'è il layout PCB?
Il layout PCB comprende principalmente il posizionamento dei componenti sulla scheda, il routing, la larghezza delle piste, la spaziatura delle piste, ecc. Poiché le schede PCB sono utilizzate in quasi tutti i prodotti elettronici, i PCB sono stati ampiamente impiegati in settori quali l’elettronica di consumo, l’informatica, le telecomunicazioni, l’assistenza medica e persino l’aerospaziale.Layout PCBsvolge un ruolo essenziale nell’influenzare le loro funzioni e prestazioni attese.
Nozioni di base sul layout PCB
Nel processo di disegnare schemi conSoftware di progettazione PCB, è essenziale padroneggiare le abbreviazioni dell’elettronica poiché le prime tre lettere sono solitamente usate per indicare un termine. Per esempio, RES sta per resistore; CAP sta per condensatore; IND sta per induttore. Pertanto, è di grande importanza padroneggiare alcuni termini elettronici: tensione, corrente, Ohm, Volt, Ampere, Watt, circuito, elemento di circuito, resistenza, resistore, induttanza, induttore, capacità, condensatore, legge di Ohm, legge di Kirchhoff, legge delle tensioni di Kirchhoff (KVL), legge delle correnti di Kirchhoff (KCL), maglia, rete, rete passiva a due terminali, rete attiva a due terminali.
Questioni inevitabili da considerare nel layout PCB
•Distanza minima
Un progetto PCB dovrebbe includere una cornice e la distanza minima tra la linea della cornice e il pin del componente dovrebbe essere di almeno 2 mm; è ragionevole impostarla a 5 mm.
•Posizionamento dei componenti
Fondamentalmente, quando si tratta di un sistema di circuiti contenente circuiti digitali e circuiti analogici, essi dovrebbero essere separati in modo da rendere i sistemi sistematicamente accoppiati in circuiti appartenenti alla stessa categoria. Inoltre, i componenti dovrebbero essere posizionati in base alla direzione del flusso del segnale, alle funzioni e ai moduli.
Le unità di elaborazione del segnale di ingresso e i componenti di pilotaggio del segnale di uscita devono essere posizionati vicino al bordo della scheda, in modo da rendere le linee dei segnali di ingresso/uscita il più corte possibile e ridurre le interferenze di ingresso/uscita.
Per quanto riguarda la direzione di posizionamento dei componenti, questi possono essere posizionati solo in verticale o in orizzontale. Se è disponibile una differenza di potenziale relativamente elevata tra i componenti, la distanza tra i componenti deve essere sufficientemente grande da impedire la scarica.
Per quanto riguarda una scheda a circuito stampato con densità media, la distanza tra i componenti a bassa potenza dovrebbe essere considerata in base alla saldatura. Quando si utilizza la saldatura a onda, la distanza tra i componenti può essere compresa tra 50 mil e 100 mil.
Progettazione delle linee di alimentazione e di massa nel layout PCB
Per gli ingegneri di progettazione PCB non è un compito difficile comprendere la causa della generazione di rumore tra le linee di massa e le linee di alimentazione. Anche se il layout del PCB è eseguito in modo eccellente, le interferenze dovute a una considerazione insufficiente della disposizione delle linee di alimentazione e di massa ridurranno comunque le prestazioni del prodotto, o addirittura porteranno a un guasto totale. Pertanto, è compito dell’ingegnere di layout PCB ridurre il più possibile le interferenze di rumore, in modo da garantire la qualità del prodotto con i metodi seguenti:
a. Un ampio strato di rame viene utilizzato come linea di massa e tutte le parti inutilizzate devono essere collegate alla massa, che può essere utilizzata come linea di massa. Per quanto riguarda i PCB multistrato, le linee di alimentazione e di massa devono essere disposte rispettivamente su strati diversi.
b. Un condensatore di disaccoppiamento dovrebbe essere aggiunto tra le linee di alimentazione e di massa.
c. La larghezza delle linee di massa e delle linee di alimentazione dovrebbe essere impostata il più ampia possibile. È preferibile rendere le linee di massa più larghe delle linee di alimentazione. La disposizione delle larghezze delle linee di massa, delle linee di alimentazione e delle linee di segnale dovrebbe essere: linee di massa > linee di alimentazione > linee di segnale.
d. Su un PCB con circuito digitale si dovrebbero utilizzare ampie linee di massa per formare un anello.
Tre consigli per ridurre le EMI nel layout PCB
La manutenzione EMC (Compatibilità Elettromagnetica) è un requisito imprescindibile nel layout PCB. L’implementazione dell’EMC mira a ridurre il più possibile l’EMI (Interferenza Elettromagnetica). Per diminuire l’EMI, occorre concentrarsi sui seguenti tre elementi: sorgente di interferenza elettromagnetica, percorso di accoppiamento e vittima.
Per ottenere la compatibilità elettromagnetica (EMC), le misure dovrebbero partire dagli elementi sopra citati. Innanzitutto, è necessario analizzare la sorgente di interferenza, il percorso di accoppiamento e i dispositivi sensibili, e riassumere e adottare misure efficaci per bloccare la sorgente di interferenza, eliminare o ridurre l’accoppiamento di interferenza, diminuire la risposta dei dispositivi sensibili all’interferenza o aumentare il livello di immunità elettromagnetica.
Al fine di limitare le interferenze causate dall’uomo e di comprovare la validità delle misure tecniche applicate, devono essere adottate anche misure organizzative. Pertanto, occorre elaborare e rispettare un insieme completo di regolamenti e standard, con una distribuzione ragionevole dello spettro. Inoltre, l’uso dello spettro deve essere controllato e gestito e la modalità di funzionamento deve essere determinata in base alla frequenza, al tempo di lavoro e alla direzione dell’antenna. L’ambiente elettromagnetico deve essere analizzato e il posizionamento deve essere scelto con l’attuazione di una gestione EMC.
•Sorgente di interferenze elettromagnetiche
La sorgente EMI si riferisce a qualsiasi tipo (naturale o irradiato da dispositivi elettrici) di energia elettromagnetica che possa arrecare danno a persone o dispositivi nello stesso ambiente o che possa causare danni EMI ad altri dispositivi, sottosistemi o all’intero sistema, portando a un degrado delle prestazioni o a un guasto.
•Percorso di accoppiamento
Il percorso di accoppiamento si riferisce al mezzo di accesso o supporto utilizzato per trasmettere le EMI.
•Vittima
Per vittima si intendono gli esseri umani o i sistemi danneggiati dalle EMI, inclusi componenti, apparecchiature, sottosistemi o sistemi che subiscono un degrado delle prestazioni o un guasto.
