Nyomtatott áramköri lapok tervezése - Hogyan rendezzük el az alkatrészeket a NYÁK-on? (2.rész)

Az alapelv az az, hogy az igényesebb alkatrészek a csatlakozóhoz közel, a kevésbé igényes komponensek pedig távolabb foglalnak helyet. Néha nem lehet megfelelni minden ajánlásnak, de mindig törekedni kell a kompremisszumokra, és legalább egy szabályt betartani (persze ideálisis esetben minél többet.)

Az alkatrészek elhelyezésére vonatkozó alapelvek:

1. A magasabbtól az alacsonyabb frekvencia sávszélesség felé haladva helyezzük el őket
2. Az egyes funkciós blokkokat válasszuk el egymástól (analóg, digitális, I / O áramkörök, tápegység…)
3. Minimalizáljuk a távolságokat, hogy elkerüljük az áramhurkok keletkezését

Nagyon fontos a földelés. Kétféle módon kapcsolhatjuk össze az alkatrészek földelő kivezetést a közös földdel (GND):

1. Egypontos soros – A
2. Egypontos párhuzamos – B
3. Többpontos – C

A többpontos földelés alkalmas nagyfrekvenciás, numerikus alkalmazásokhoz. . Többrétegű NYÁK használata ajánlatos. Az egyes rétegek sorrendjét és vastagságát a kívánt teljes impedancia függvénye határozza meg (Z0 = 50 Ω). Folyamatos vezetőképes GND felületet feltételezünk a nyomtatott áramkör legalább egyik rétegén. Az eljárás elve azon alapszik, hogy minden kivezetés, ami a GND-hez csatlakozik, a legrövidebb úton csatlakozik az áramkörhoz. Ugyanezt az elvet kéne alkalmaznunk a tápellátást biztosító pinek esetében is. A közös GND-hez használt vezető felulet a minimálisra csökkenti az áramhurkokat és a vezetősávok parazita induktivitását a NYÁK-on.
Az áramellátást blokkoló kondenzátorok használata a földeléssel együtt a legfontosabb szabályok egyikei, melyekre mindenképpen érdemes odafigyelnünk a NYÁK-tervezés során. A szétválasztó kondenzátorok szükségessége onnan ered, hogy a "tápegység a berendezéstől távol helyezkedik el". Tegyük fel, hogy a HCMOS kapu fogyasztása 3,5 ns alatt 15 mA, a késleltetési jel a NYÁK -on (és ezáltal a tápáram is) nagyobb, mint 0,1 ns/cm, a stabilizátor reakcióideje nagyságrendileg ~ 1 µs. Ezután a kaput energiával kell ellátni egy nagyon közeli és gyors feszültségforrásból, amely egy blokkoló konenzátor. A blokkoló kondenzátorok megfelelő működése a kapacitás értékétől és a kondenzátor helyétől függ a NYÁK -on.

Rendeltetésük szerint háromféle blokkoló kondenzátort különböztetünk meg:

1. Szűrő (Bypassing) – szélessávú szűrőként szolgálnak a teljes kártya vagy egy részének tápellátására. Csökkenti a tápegység vezetékeinek induktivitását. (C1, C2, C8; C1 és C8 ≈ 10µF až 1000µF). A NYÁK lehetőségei szerint válasszuk mindig a lehető legnagyobb kapacitást.
2. Leválasztó (Decoupling) – – az alkatrsézek helyi energiaforrásai és csökkentik az impulzus áram értékét, amelyek az egész nyákon áthaladnának. Ezek akondenzátorok kiváló nagy frekvenciás jellemzőkkel kell hogy rendelkezzenek. A lehető legközelebb kell elhelyezni őket az alkatrséz kivezetéséhez (C4, C5, C6, C7 ≈ 100pF - 0,1µF)
3. Gyűjtő (Bulk) – energiaforrásként szolgálnak több kapacitív terhelés egyidejű töltésére. A mikroprocesszor közelében elhelyezett C3 ≈ 10µF.

A blokkoló kondenzátorokat mindig a tápforrás és a fogyasztó közé helyezzük el. Minden kapcsolatot úgy kell megtervezni, hogy a felületi áramhurok felülete minél kisebb legyen. Lecsökkenteni a kapcsolatok impedanciáját (mindenekelőtt az L1-L4 parazita indukciót) a vezetőfelületek minél rövidebb csatlakozásaival. A parazita induktivitás automatikusan megszűnik.

Mi a helyzet a digitális áramkörök esetében?

A minőségi digitális áramkör tervezése már az alapoknál kezdődik, azaz az elektromos kapcsolási rajzok tervezésénél. Mindenekelőtt minimalizálni kell a kisülési áramot, mivel a digitális áramköröknél ez a logikai kapuk kapcsolásáról szól. Törekedni kell a minél kisebb számú azonos időben történő kapuk kapcsolására. Ez főképp szoftverkérdés. Kiválasztani a bemeneti kapacitás és impulzus áram fogyasztásának szempontjából megfelelő logikai sort. Kiszámolni a blokkoló kondenzátorok értékeit (impulzus-fogyasztás, zaj immunitás, pinek leterhelése). Szintén szükséges még a használaton kívüli bemenetek kezelése. Sokszor előfordul, hogy az integrált áramkör több ki- és bemenettel rendelkezik, amelyek nem kerülnek kihasználásra. Ezeket a meghatározott állapotba kell módosítani, hogy ne maradjanak üresen.

Tervezésnél törekedni kell a felületi áramhurok felületeinek minimalizálására. Ez főként az alábbi módon érhető el: megfelelő tervezésű buszok és táplálás, valamint a kimeneti csatlakozók jelosztása, SMD alaktrészek használata (kisebbek a furatszerelteknél), alulról, az integrált áramkör táplálásánál SMD kondenzátorokkal a tápellátás blokkolása és aljat használatának mellőzése a nagyon gyors áramköröknél.

Mit kell feltüntetni a NYÁK tervezésél, hogy ne veszélyeztessük a berendezését épségét?

A nyáklap tervezésénél be kell tartani az elektromágneses összeférhetőségre vonatkozó elvet (EMC). Az elektromos berendezések elektromágneses összeférhetősége abban rejlik, hogy az elektromos berendezés elektromágneses zavarok környezetében is zavartalanul működjön. A PCB tervezése az elektromágneses összeférhetőség szempontjából olyan tevékenység, amely már az elektromos kapcsolási rajz tervezésénél kezdődik. Elmondhatjuk, hogy az az elektronikus eszköz, amely "nem sugárzik", ellenáll az interferenciának.

Az elektromágneses összeférhetőség szempontjából a NYÁK tervezésénél az alábbi alapvető szabályok szerint járunk el:

1. Az elektromos erősség csökkentése – ezt a megfelelő típusú áramkörök és bemeneti impedancia kiválasztásával lehet elérni.
2. A frekvenciaszint minimalizálásával – mellőzzük a fölöslegesen gyors áramköröket, a szükségtelenül gyors adatátvitelt… Ezzel szintén érdemes már a kapcsolási rajz tervezésénél foglalkozni.
3. Feszültség szűrése és a bemeneti sorkapcsok védelme – elektrosztatikus kisülés elleni védelem (ESD- Electrostatic Discharge).
4. Áramhurkok minimalizálása – ezt az alkatrészek megfelelő elosztásával, a kötések vezetőképsességével, földeléssel, áramellátással és az áramellátást blokkoló kondenzátorok használatával érhetjük el.
5. Földelés – a sugárzás elnyomása és tartósság növelése.

A nyomtatott áramköri lapoc EMC szempontjából történő tervezése viszonylag bonyolult művelet. Nem tudjuk bizton állítani már az elején, hogy ha így és így csináljuk, akkor működni is fog. Azt azonban elmondhatjuk, hogy az előírtaknak megfelelően járunk el, nyugodt szívvel állíthatjuk, hogy mindent megtettünk a cél érdekében.

Következő cikkünkben a nyomtatott áramköri lapok tesztelésével fogunk foglalkozni.
Elsők között értesülhet legfrissebb cikkeinkről! Iratkozzon fel Ön is hírleveleinkre!
Bejelentkezés