5 دستورالعملی که هر طراح PCB باید بداند!

PCB Design
2

ترفندهای طراحی PCB

نکات کلیدی برای طراحی یک برد حرفه‌ای چیست؟ اجازه دهید 5 دستورالعمل برتر که بهتر است در طراحی PCB بعدی‌تان در نظر بگیرید، بررسی کنیم.

5 دستورالعمل طراحی PCB برای مهندسین

هنگامی که یک طراحی جدید را شروع می‌کنیم، راحت تر این است که دستورالعمل‌های طراحی PCB را کنار گذاشته و بعدا به آن فکر کرده و بیشتر وقت خود را بر روی طراحی مدار و انتخاب قطعات متمرکز کنیم. اما در آخر کار، متوجه خواهیم شد که سهل انگاری نسبت به این دستورالعمل‌ها، باعث خواهد شد برد ساخته شده برد ضعیفی بوده و برای سازنده مشکلاتی را فراهم کند. پس چگونه طرح روی کاغذ را به یک طرح واقعی تبدیل کنیم؟! در ادامه به بررسی این نکات خواهیم پرداخت.

تنظیم و جای‌گذاری خوب قطعات

مرحله جای‌گذاری قطعات در فرآیند طراحی PCB هم یک هنر است و هم به دانش نیاز دارد و باید فضای در دسترس روی برد مورد توجه قرار گیرد. اگر چه این فرآیند ممکن است چالش بر انگیز باشد، اما نحوه چینش قطعات میزان سادگی ساخت برد را مشخص می‌کند.

با این‌که دستورالعمل‌های کلی برای جای گذاری قطعات مختلف وجود دارد، اما چند دستورالعمل خاص که باید در ذهن داشت عبارتند از:

  • جهت: مطمئن شوید جهت چینش قطعات مشابه، یکسان باشد تا روند لحیم‌کاری آن بهینه و بدون خطا باشد.
  • چینش: اجتناب از قرار دادن قطعات ریز در پشت قطعات و کانکتورهای DIP
  • سازماندهی: پیشنهاد می‌شود تمامی قطعات SMD در یک طرف برد باشند و تمامی قطعات DIP در لایه رویی برد قرار گیرند تا تعداد مراحل مونتاژ کمتر شود.

باید در ذهن داشت ( هنگامی که هم قطعات DIP و هم قطعات SMD داریم) که سازنده برای مونتاژ برد، ممکن است به فرآیندهای اضافه‌تری نیاز داشته باشد که سبب اضافه شدن قیمت خواهد شد.

طراحی PCB
راست: چینش ضعیف قطعات و چپ: چینش خوب قطعات
طراحی PCB
راست: جهت دهی ضعیف به قطعات و سمت چپ: جهدت دهی خوب به قطعات

نحوه رسم خطوط تغذیه، زمین و سیگنال

پس از چینش قطعات، نوبت به رسم خطوط تغذیه، زمین وسیگنال می‌رسد. خطوط (Trace) باید طوری باشد تا مطمئن شویم سیگنالی تمیز و عاری از خطا در آن جاری می‌شود. در ادامه چند دستورالعمل که در این مرحله باید مدنظر قرار گیرد، ذکر می‌شود.

جهت و صفحات تغذیه و زمین

پیشنهاد می‌شود همیشه صفحات تغذیه و زمین در لایه‌های داخلی برد به صورت قرینه و هم مرکز استفاده شود. این کار از خم شدن برد جلوگیری کرده و همچنین بر محل چینش قطعات نیز اثر می‌گذارد. برای تغذیه آی‌سی‌ها توصیه می‌شود برای هر منبع، خطوط مشترک استفاده شود، خطوط پهن و قلع گرفته شده باشند و از خطوط تغذیه‌ی زنجیر وار بین بخش‌های مختلف اجتناب شود.

اتصال مسیرهای سیگنال

نکته بعدی، اتصال خطوط سیگنال مطابق شماتیک طراحی شده‌است. پیشنهاد می‌شود مسیرها تا جای ممکن مستقیم و نزدیک باشد. اگر چینش قطعات به نحوی است که شما را وادار می‌کند از خطوط افقی در یک طرف برد استفاده کنید، مسیرهای طرف دیگر برد را همیشه عمودی بکشید؛ به عبارت دیگر تار و پود را رعایت کنید.

تعریف عرض مسیرها

به احتمال زیاد، بردمان طوری خواهد بود که شامل خطوطی با جریان‌های مختلف است و عرض این خطوط باید متناسب با جریان‌شان باشد. در حالت کلی به خاطر داشته باشید برای جریان‌های کم سیگنال‌های آنالوگ و دیجیتال، عرض 0.01 اینچ توصیه می‌شود. برای خطوطی که جریانی بیشتر از 0.3 آمپر عبور می‌دهند، باید عرض خطوط بیشتر شود. ابزارهای رایگانی در اینترنت موجود است که این محاسبات را برای شما انجام می‌دهند.

طراحی PCB
مسیر (Trace) کشی مناسب (فلش نشان دهنده جهت پخش لحیم است)
طراحی PCB
مسیر (Trace) کشی غیر مناسب (فلش نشان‌دهنده جهت پخش قلع است)

بخش‌های مختلف از یکدیگر جدا باشند

ممکن است قبلا تاثیر ولتاژهای بزرگ در مدارات قدرت و جرقه‌های جریان را بر روی ولتاژ و جریان‌های کوچک مدارات کنترلی دیده‌باشید. برای کاهش این تداخل‌ها دستورالعمل‌های زیر را رعایت کنید:

جداسازی. مطمئن شوید که زمین قدرت و زمین مدارات کنترل، برای هر طبقه از منبع تغذیه جدا باشد. اگر مجبور شدید آن‌ها را به یکدیگر وصل کنید، مطمئن شوید در انتهای مسیر منبع این اتفاق افتاده است.

چینش. اگر صفحه زمین را در لایه وسط گذاشتید، مطمئن شوید که برای استفاده از آن، از مسیرهایی با امپدانس پایین استفاده کرده‌اید تا به این ترتیب خطر هرگونه تداخلی از مدارات قدرت از بین برود و از سیگنال‌های کنترلی حفاظت شود. همچنین می‌توان برای کاهش تداخل‌ها و خطاها، زمین آنالوگ و دیجیتال را از یکدیگر جدا کرد.

کوپلاژ. به خاطر قرارگیری یک صفحه زمین بزرگ و خطوط عبور داده شده از زیر و روی آن، سعی کنید از زمین آنالوگ فقط برای خطوط آنالوگ استفاده کنید تا ظرفیت خازنی کوپلاژ کم شود.

 

طراحی PCB
مثالی از جداسازی قطعات آنالوگ و دیجیتال

برطرف کردن مشکلات مربوط به گرما

آیا تا به‌حال شده عملکرد مدارتان کاهش یابد یا مدارتان به خاطر مسائل گرمایی خراب شود؟ اگر انتقال حرارت در برد در نظرگرفته نشود، مشکل حرارت برای طراحان دردسرهای زیادی ایجاد خواهد کرد. در ادامه چند دستورالعمل برای جلوگیری از مشکلات حرارتی بیان می‌شود.

شناسایی قطعات دردسر ساز!

اولین قدم در ملاحضات حرارتی، مشخص کردن قطعاتی است که بیشترین گرما را روی برد تولید می‌کنند. برای این منظور می‌توان از اطلاعات موجود در دیتا شیت (Thermal resistance) استفاده کرد و سپس به دنبال دستورالعمل‌های مناسب برای انتقال حرارت تولید شده گشت. البته هیت‌سینک‌ها و فن‌های خنک کننده می‌توانند برای پایین نگه داشتن دمای قطعات استفاده شوند. همچنین به یاد داشته‌باشید که قطعات مهم و حیاتی را از منابع حرارت بالا دور نگه‌ دارید.

اضافه کردن پدهای حرارتی

اضافه کردن پدهای حرارتی، به طور باور نکردنی برای تولید یک برد کارخانه‌ای و حرفه‌ای مناسب است. پدهای حرارتی برای تولید و مونتاژ بردهای چند لایه و همچنین کارخانه‌هایی که از wave soldering برای لحیم کاری استفاده می‌کنند، بسیار حیاتی است. زیرا نگه داشتن دما حین فرآیند لحیم‌کاری کار سختی است و به همین خاطر توصیه می‌شود همیشه از پدهای حرارتی در قطعات DIP استفاده کنید تا با کاهش نرخ انتقال حرارت به قطعه، فرآیند لحیم‌کاری آسانتر شود.

به عنوان یک دستورالعمل کلی، برای تمامی وایا و سوراخ‌هایی که به زمین یا تغذیه متصل‌اند، از الگوی پدهای حرارتی استفاده کنید. علاوه بر پدهای حرارتی، می‌توانید از teardrops در محل اتصال خطوط با پدها استفاده کنید. این گزینه به کاهش استرس‌های حرارتی و مکانیکی کمک می‌کند.

طراحی PCB
الگوی متداول در پدهای حرارتی

بررسی چیدمان

معمولا هنگامی که در تلاش برای جایگذاری قطعات باقی مانده هستیم، نسبت به اخر کار طراحی‌مان دستپاچه می‌شویم. اما با بررسی دوباره و سه باره پروژه در این مرحله، موفقیت و شکست پروژه تعیین می‌شود.

برای کمک در فرآیند کنترل کیفیت، پیشنهاد می‌شود ERC و DRC مربوط به پروژه چک شود. توسط این دو ابزار، می‌توان به راحتی قسمت‌های مختلف از جمله عرض خطوط، اتصال کوتاه‌ها، فاصله بین خطوط و… را چک کرد.

هنگامی که ERC و DRC خطایی را گزارش ندادند، سپس پیشنهاد می‌شود مسیر هر سیگنال چک شود و مطمئن شوید که خط سیگنالی را فراموش نکرده‌اید و البته مطمئن شوید که موارد طرح PCB‌تان با شماتیک‌تان همخوانی دارد.

آنچه در این مقاله بیان شد، 5 نکته کاربردی در طراحی PCB بود تا بتوانید بدون هدر دادن وقت و هزینه، بردی مناسب و با کیفیت طراحی کنید.

برای اینکه یک طراح PCB موفق باشید، بهتر است از شیوه‌ها و دستورالعمل‌های خوب در کارتان استفاده کنید. دستورالعمل‌های گفته شده در این مقاله، دستورالعمل‌های پایه‌ای بود و برای پیشرفت کارتان فقط به این‌ها اکتفا نکنید. همانطور که قبلا نیز گفته شد، طراح PCB، علاوه بر دانش فنی، باید معماری خوش سلیقه هم باشد!

منبع:

Top 5 PCB Design Guidelines Every PCB Designer Needs to know 

https://resources.altium.com/pcb-design-blog/top-pcb-design-guidelines-every-pcb-designer-needs-to-know

Choose your Reaction!
دیدگاه خود را بنویسید

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

redronic.com