แผงวงจรพิมพ์ (PCB: Printed Circuit Board) เป็นส่วนสำคัญอย่างยิ่งในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งถูกนำไปใช้ในอุปกรณ์เกือบทุกชนิดในหลากหลายสาขา ตั้งแต่ขนาดเล็กไปจนถึงขนาดใหญ่ ตั้งแต่คอมพิวเตอร์ โทรคมนาคม ไปจนถึงอุปกรณ์ทางการทหาร กล่าวโดยสรุป PCB มีบทบาทสำคัญอย่างมากในการทำให้ฟังก์ชันต่าง ๆ ของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สามารถทำงานได้
อย่างไรก็ตาม การออกแบบแผงวงจรไม่เคยเป็นงานที่ง่าย และความเชื่อมโยงจำนวนมากระหว่างชั้นต่าง ๆ ระหว่างชิ้นส่วนหรือระหว่างวงจรจะต้องได้รับการจัดการอย่างเหมาะสม การออกแบบที่ขาดการคิดอย่างรอบคอบอาจก่อให้เกิดความล้มเหลวหรือแม้แต่หายนะเมื่อมันทำงานอยู่ภายในระบบอิเล็กทรอนิกส์ แม้ว่าการออกแบบ PCB โดยตัวมันเองจะมีความยาก แต่ปัญหาบางอย่างที่มักเกิดขึ้นสามารถสรุปได้ เพื่อให้นักออกแบบ PCB ทุกคนตระหนักถึงปัญหาเหล่านี้ล่วงหน้า และเรียนรู้วิธีจัดการกับมันก่อนเข้าสู่ขั้นตอนการผลิต PCB
หมายเหตุ: บทความนี้กล่าวถึงปัญหาและแนวทางแก้ไขในการออกแบบ PCB โดยอ้างอิงจากการมีส่วนร่วมของซอฟต์แวร์ Altium Designer.
ปัญหาการออกแบบ PCB บนสเกแมติก
ปัญหาที่ 1: ตามรายงานของ ERC ไม่มีสัญญาณการเข้าถึงบนขา
การวิเคราะห์:
a. ควรกำหนด I/O บนขาเมื่อทำการสร้างแพ็กเกจ;
b. เมื่อทำการติดตั้งหรือวางคอมโพเนนต์ อาจปรับคุณลักษณะของความไม่สอดคล้องกันได้เพื่อให้ขาและเส้นยังคงหลวมอยู่
c. เมื่อทำการติดตั้งชิ้นส่วน ขาพินจะได้รับผลกระทบจากทิศทางย้อนกลับ
ปัญหาที่ 2: ส่วนประกอบเกินขอบเขตของกระดาษ
การวิเคราะห์:ไฟล์ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นที่กึ่งกลางของกระดาษในไลบรารีคอมโพเนนต์
ปัญหา#3: ไฟล์เน็ตรายการทางวิศวกรรมที่สร้างขึ้นสามารถเข้าถึง PCB ได้เพียงบางส่วนเท่านั้น
การวิเคราะห์:รายการ "global" ไม่ถูกเลือกเมื่อทำการสร้างเน็ทลิสต์
ปัญหาที่ 4: ส่วนประกอบไม่สามารถหมุนได้
การวิเคราะห์:ควรสลับวิธีการป้อนข้อมูล
ปัญหาการออกแบบ PCB บน PCB
ปัญหาที่ 1: ในกระบวนการโหลดเครือข่าย ไม่มีการรายงานโหนด
การวิเคราะห์:
a. ส่วนประกอบในแผนผังอาจใช้แพ็กเกจที่ไม่มีอยู่ในไลบรารีของส่วนประกอบ
b. ส่วนประกอบในแผนผังใช้แพ็กเกจที่ไม่เข้ากันกับแพ็กเกจที่ใช้ในไลบรารีส่วนประกอบ
ปัญหา#2: เครือข่ายรายงาน DRC ถูกแบ่งออกเป็นหลายส่วน
การวิเคราะห์:ปัญหานี้แสดงให้เห็นว่าเครือข่ายนี้ไม่ได้เชื่อมต่อกัน และสามารถใช้ CONNECTED COPPER เพื่อดูไฟล์ได้
ปัญหาที่ 3: ในระหว่างกระบวนการปฏิบัติงาน ควรใช้หน้าจอสีน้ำเงินให้น้อยที่สุด
การวิเคราะห์:ไฟล์สามารถส่งออกได้หลายครั้งเพื่อสร้างไฟล์ DDR ใหม่เพื่อลดขนาดไฟล์ ไม่แนะนำให้ใช้การเดินสายอัตโนมัติเมื่อออกแบบแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ที่ซับซ้อน
การเดินลายวงจรเป็นขั้นตอนที่สำคัญมากในงานออกแบบ PCB และทุกขั้นตอนก่อนหน้านั้นล้วนเป็นการเตรียมความพร้อมสำหรับขั้นตอนนี้ เมื่อพูดถึงการออกแบบ PCB การเดินลายวงจรเป็นส่วนที่มีความต้องการมากที่สุด การเดินลาย PCB สามารถแบ่งออกเป็นการเดินลายด้านเดียว การเดินลายสองด้าน และการเดินลายหลายด้าน มีวิธีการเดินลายอยู่สองแบบคือ การเดินลายอัตโนมัติ และการเดินลายแบบโต้ตอบ ก่อนการเดินลายอัตโนมัติ สามารถใช้การเดินลายแบบโต้ตอบล่วงหน้าสำหรับระบบที่ค่อนข้างซับซ้อนได้ เส้นสัญญาณที่ขั้วอินพุตและเอาต์พุตควรหลีกเลี่ยงการวางให้ขนานกันเพื่อไม่ให้เกิดสัญญาณรบกวน RF ควรเพิ่มเส้นกราวด์เมื่อจำเป็น และการเดินลายบนสองเลเยอร์ที่อยู่ติดกันควรตั้งฉากกัน เส้นที่ขนานกันมักทำให้เกิดการคัปปลิงปรสิต อัตราความสำเร็จของการเดินลายอัตโนมัติขึ้นอยู่กับการจัดวางที่รอบคอบ และสามารถตั้งกฎการเดินลายล่วงหน้าได้ โดยทั่วไปสามารถทำการเดินลายแบบสอบถามได้ก่อน และควรปรับให้เหมาะสมเส้นทางการเดินลายโดยรวม จากนั้นจึงทำการล็อกเส้นที่เดินแล้วและทำการเดินลายใหม่เพื่อปรับปรุงผลลัพธ์โดยรวม สำหรับการออกแบบ PCB ที่มีความหนาแน่นของอุปกรณ์สูง การใช้รูทะลุเพียงอย่างเดียวแทบไม่เพียงพอและทำให้ช่องทางการเดินลายจำนวนมากสูญเปล่า ดังนั้นตาบอดและถูกฝังผ่านเทคโนโลยีได้ถูกสร้างขึ้นมาแล้ว ไม่เพียงแต่ทำหน้าที่เหมือนรูทะลุเท่านั้น แต่ยังช่วยประหยัดช่องทางการเดินสายจำนวนมากอีกด้วย ส่งผลให้การเดินสายทำได้ง่ายขึ้น ราบรื่นขึ้น และมีประสิทธิภาพมากขึ้น
ปัญหาการออกแบบ PCB เกี่ยวกับสัญญาณรบกวนและวิธีการแก้ไข
สัญญาณรบกวนมักเกิดขึ้นกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในระหว่างกระบวนการดีบักและการใช้งาน ซึ่งมีสาเหตุมาจากปัจจัยจำนวนมาก ในบรรดาสาเหตุต่าง ๆ นั้น การวางลายวงจรที่ไม่เหมาะสมและการจัดวางชิ้นส่วนที่ไม่ถูกต้องเป็นปัจจัยที่ก่อให้เกิดสัญญาณรบกวนส่วนใหญ่ นอกเหนือจากสัญญาณรบกวนที่เกิดจากสภาพแวดล้อม สัญญาณรบกวนอาจทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าไม่สามารถทำงานได้ตามปกติหรือถึงขั้นขัดข้อง ดังนั้น ควรจำกัดหรือควบคุมสัญญาณรบกวนที่อาจเกิดขึ้นตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB)
ปัญหาที่ 1: การสร้างและการควบคุมสัญญาณรบกวนจากสายกราวด์
การวิเคราะห์และแนวทางแก้ไข:
หากเส้นกราวด์แสดงถึงศักย์ไฟฟ้าเป็นศูนย์ ความต่างศักย์สัมพัทธ์ของแต่ละจุดกราวด์ในทั้งวงจรก็ควรเป็นศูนย์เช่นกัน อย่างไรก็ตาม แทบจะเป็นไปไม่ได้ที่จะทำให้ความต่างศักย์เป็นศูนย์อย่างสมบูรณ์ และความต่างศักย์เพียงเล็กน้อยก็อาจก่อให้เกิดสัญญาณรบกวน ซึ่งจะส่งผลกระทบต่อการทำงานตามปกติของทั้งวงจรหลังจากถูกขยายผ่านวงจรขยายเสียง
เพื่อจำกัดการรบกวน สามารถใช้วิธีการต่อไปนี้ได้: a. ควรปฏิบัติตามแนวทางการต่อลงดินที่ถูกต้องอย่างเคร่งครัด; b. ควรแยกสายกราวด์ดิจิทัลออกจากสายกราวด์อนาล็อก; c. ควรทำให้สายกราวด์มีความหนามากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้; d. ควรเคลือบส่วนที่ต่อลงดินให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
ปัญหาที่ 2: การรบกวนและการจำกัดอำนาจ
การวิเคราะห์และแนวทางแก้ไขสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าอาจเกิดจากการออกแบบสคีแมติก การเดินสาย หรือเลย์เอาต์ที่ไม่มีเหตุผล ดังนั้น ในระหว่างการเดินสาย ห้ามให้ลูป AC-DC เชื่อมต่อถึงกัน และไม่ควรให้สายกราวด์วิ่งขนานไปกับลูปขนาดใหญ่ นอกจากนี้ สายไฟและสายสัญญาณไม่ควรอยู่ใกล้กันเกินไปและต้องไม่วิ่งขนานกันโดยเด็ดขาด เมื่อจำเป็น สามารถเพิ่มฟิลเตอร์ระหว่างขั้วเอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟและอุปกรณ์ได้
ปัญหาที่ 3: EMI (การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า) และการควบคุมมัน
เนื่องจากชิ้นส่วนถูกจัดวางอย่างหนาแน่น หากมีการออกแบบที่ไม่สมเหตุสมผล จะทำให้เกิด EMI เช่น การรบกวนจากพารามิเตอร์การกระจายตัวและ EMI ของชิ้นส่วน ควรมีมาตรการที่เหมาะสมเพื่อจัดการกับการรบกวนรูปแบบต่าง ๆ
การวิเคราะห์และแนวทางแก้ไข:
a. การคัปปลิงแบบปรสิตระหว่างวงจรพิมพ์ ผลของพารามิเตอร์การกระจายระหว่างลายวงจรสองเส้นที่วางขนานกันในระยะใกล้ มีความเทียบเท่ากับการมีค่าความเหนี่ยวนำและค่าคาปาซิแตนซ์ที่คัปปลิงซึ่งกันและกัน สัญญาณจะไหลผ่านลายวงจรเส้นหนึ่ง ในขณะที่สัญญาณแบบเหนี่ยวนำจะถูกสร้างขึ้นโดยอีกเส้นหนึ่ง ดังนั้น ในการออกแบบ PCB ห้ามออกแบบลายสัญญาณให้ขนานกัน หรืออาจใช้ลายกราวด์/ลายป้องกันเพื่อจำกัดสัญญาณรบกวนที่อ่อนให้หยุดการรบกวน
b. การรบกวนระหว่างชิ้นส่วนแม่เหล็ก ลำโพงและแม่เหล็กไฟฟ้าจะสร้างสนามแม่เหล็กคงที่ ในขณะที่หม้อแปลงแรงดันสูงและรีเลย์จะสร้างสนามแม่เหล็กสลับ ทั้งสองชนิดของสนามแม่เหล็กก่อให้เกิดการรบกวนต่อชิ้นส่วนรอบข้างและลายวงจรพิมพ์ และสามารถกำหนดมาตรการป้องกันที่เหมาะสมได้ตามสถานการณ์ต่าง ๆ
• ควรลดการตัดบนเส้นพิมพ์ที่เกิดจากเส้นแม่เหล็ก
• ตำแหน่งของชิ้นส่วนแม่เหล็กสองชิ้นควรรักษาให้ตั้งฉากกันตามทิศทางแม่เหล็กสองทิศทางที่แตกต่างกันเพื่อลดการคัปปลิงระหว่างชิ้นส่วนทั้งสอง
• แหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนควรได้รับการป้องกันด้วยฉนวนแม่เหล็ก และฝาครอบป้องกันควรเชื่อมต่อกับกราวด์อย่างมั่นคง
ปัญหาที่ 4: การรบกวนทางความร้อนและการยับยั้ง
การวิเคราะห์และแนวทางแก้ไขเมื่ออุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้กำลังสูงทำงานอยู่ มักจะมีอุณหภูมิสูงมากจนทำให้มีแหล่งความร้อนอยู่ในวงจร ซึ่งก่อให้เกิดสัญญาณรบกวนต่อแผงวงจรพิมพ์ ดังนั้นจึงควรจัดวางอุปกรณ์ที่ไวต่ออุณหภูมิให้อยู่ห่างจากชิ้นส่วนที่เกิดความร้อนระหว่างการทำงานการออกแบบเลย์เอาต์ PCBและแหล่งกำเนิดความร้อนควรถูกติดตั้งไว้ที่บริเวณอากาศภายนอกแผงวงจรเพื่อป้องกันไม่ให้ความร้อนที่เกิดขึ้นถ่ายเทออกไปหรือเกิดการกระจายความร้อน หากจำเป็นควรติดตั้งแผ่นระบายความร้อน
การออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) มีความซับซ้อน ต้องอาศัยการประสานงานอย่างแม่นยำระหว่างเลเยอร์ ชิ้นส่วน และวงจรไฟฟ้า การออกแบบที่ไม่ดีอาจนำไปสู่ปัญหาด้านการทำงานหรือความล้มเหลวได้ โดยการระบุปัญหาการออกแบบที่พบได้บ่อย เช่น ข้อบกพร่องในสเกแมติก ความไม่มีประสิทธิภาพในการเดินลายวงจร และปัญหาการรบกวน นักออกแบบจะสามารถจัดการกับปัญหาที่คาดการณ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อส่งมอบผลิตภัณฑ์ที่มีความเสถียรและทนทาน
PCBCart เป็นพันธมิตรที่คุณวางใจได้ในการเปลี่ยนแบบแปลน PCB ที่ซับซ้อนของคุณให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์คุณภาพสูงพร้อมใช้งาน ด้วยประสบการณ์อันยาวนานและสิ่งอำนวยความสะดวกด้านการผลิตที่ล้ำสมัย เราสามารถรับมือกับความท้าทายในการผลิต PCB และทำให้แบบของคุณกลายเป็นจริงด้วยความแม่นยำและพิถีพิถัน เรามุ่งมั่นสู่ความเป็นเลิศเพื่อให้มั่นใจว่าโครงการของคุณจะได้รับประโยชน์จากนวัตกรรมล่าสุดและมาตรฐานคุณภาพระดับแนวหน้าของอุตสาหกรรม
ขอใบเสนอราคาสำหรับการออกแบบเลย์เอาต์ PCB และการออกแบบ PCB
แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
•วิธีออกแบบแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) คุณภาพสูง
•กฎการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ที่สำคัญที่คุณต้องรู้
•แนวทางจากการออกแบบเชิงสเกแมติกสู่การออกแบบแผ่นวงจรพิมพ์โดยใช้ Altium Designer
•วิธีเอาชนะสัญญาณรบกวนในการออกแบบ PCB
•วิธีการเพิ่มความสามารถในการต้านทานสัญญาณรบกวนในการออกแบบ PCB
