Navrhování desky plošných spojů je kombinací umění a vědy. Je nezbytné mít technické znalosti a uvědomit si různé faktory, jako je šířka drah, vrstvy, schémata a návrh zemnící roviny. Umělecký aspekt spočívá v rozmístění součástek, a protože neexistuje jediný správný způsob, jak je umístit, navrhování desky plošných spojů je velmi kreativní proces. Kdybychom dali stejný schéma 100 odborníkům, pravděpodobně bychom získali 100 různých rozvržení. Proto je navrhování desky plošných spojů považováno za doslova umělecký proces.

Tato pravidla nejsou seřazena v žádném konkrétním pořadí a lze je obecně aplikovat na jakýkoli návrh desky plošných spojů. Slouží jako užitečný průvodce pro začátečníky.

Image

Jak tedy začít s rozmístěním drah DPS?

Prvním krokem je stanovit maximální povolenou velikost desky plošných spojů. Počet vrstev závisí na výkonu a složitosti. Existuje několik obecných návrhových pravidel, která je třeba znát a vzít v úvahu při navrhování výrobních, funkčních a spolehlivých desek plošných spojů.

Následující seznam poskytuje některé z těchto pravidel, i když není úplný:

1. Ujistěte se, že je povolen mřížkový režim při rozmisťování součástek.
2. Umisťujte součástky v pořadí: konektory, výkonové obvody, citlivé a přesné obvody, součástky kritických obvodů (MCU, DSP, FPGA, paměti a časovače) a pak ostatní. Součástky by měly být umístěny v souladu s jejich propojením s ostatními součástkami.
3. Podobné součástky by měly být orientovány ve stejném směru, což usnadňuje proces pájení.
4. Neumisťujte součástky na stranu desky, která je určena pro součástky pro vsazovanou (through-hole) montáž.
5. Umístěte všechny součástky pro povrchovou montáž na stejnou stranu desky a součástky s průchozími otvory na horní stranu desky, abyste minimalizovali kroky při osazování.
6. Umístěte oddělovací kondenzátory co nejblíže k napájecím vývodům (Vcc) aktivních součástek.
7. Součástky, které spotřebovávají více než 10 mW nebo jimi prochází více než 10 mA, by měly být pečlivě zváženy z hlediska tepelného a elektrického zatížení. Citlivé signály by mají být odděleny rovinami od zdrojů šumu a udržovány jako impedančně řízené.

Tyto zásady pomáhají zajistit, že navrhovaná deska plošných spojů je efektivní, funkční a spolehlivá.

Další pravidla pro vedení drah PCB

Pro součástky s řízenou spotřebou je vhodné použít zemnící roviny nebo roviny pro odvod tepelného výkonu. Pokud jde o vysokoproudé spoje, je důležité zohlednit přijatelný pokles napětí pro připojení. Přechody mezi vrstvami pro dráhy s vysokým proudem by měly být navrženy s ohledem na zajištění spolehlivosti. Doporučuje se použít dva až čtyři prokovy v každém přechodu vrstev a vícenásobné prokovy v přechodu vrstev, což zvyšuje spolehlivost, snižuje odporové a indukční ztráty a zlepšuje tepelnou vodivost.

Důležitým aspektem je také vytvoření zemnící roviny, která může být buď velkou měděnou plochou na jednovrstvé desce nebo celou vrstvou určenou jako zemnící rovina na vícevrstvých deskách. Po přidání zemnící roviny je třeba pomocí prokovů nebo vias propojit všechny součástky, které mají být připojeny na zem.

Reálné měděné dráhy mají určitý odpor, což znamená, že na nich dochází k poklesu napětí, ztrátě výkonu a zahřívání při průchodu proudem. Šířka dráhy by měla být dimenzována na základě odhadovaného proudu, který jí prochází. Výkonné dráhy by měly být tedy širší, protože jimi prochází veškerý proud. Obvyklá tloušťka měděných drah na desce plošných spojů je kolem 35 mikronů.

Tyto body jsou důležité při návrhu desky plošných spojů a slouží k zajištění správného fungování, spolehlivosti a účinnosti elektronického zařízení.

Image

Minimalizujte délky cest, zaoblete rohy

Při umísťování součástek na desce plošných spojů je vhodné minimalizovat délky drah a vyhnout se úhlu 90 stupňů. Namísto toho je lepší použít dva ohyby o 45 stupňů. Důvodem je, že při výrobě desky může vnější roh s 90 stupni být pouze mírně vyleptán, což může ovlivnit impedance dráhy. Použití ohybu o 45 stupňů zkracuje elektrickou cestu mezi komponenty a snižuje riziko odrazů vysokorychlostních signálů od ostrého rohu, které by mohlo způsobovat rušení.

Je také žádoucí udržovat oddělené digitální a analogové země. Napěťové a proudové špičky z digitálních obvodů mohou v analogových obvodech způsobovat rušení, které může ovlivnit jejich správnou funkci.

Routing dle směrnic, routing dle zkušeností

Pro správné rozmístění a vedení drah je nezbytná znalost technických pravidel a doporučení. Existuje mnoho specifických směrnic pro návrh šířky drah, vrstev, schémat a dalších aspektů. Přestože neexistuje jediný správný způsob, jak umístit součástky, kreativita a zkušenosti návrháře hrají důležitou roli při dosahování optimálního výsledku.

Výsledkem procesu rozmístění a vedení drah (routing) je konečné uspořádání desky plošných spojů, které je znázorněno na výkresu. Ve výkresu jsou zaznačeny elektronické součástky s jejich pouzdrem a umístěny na pozici, kterou budou mít na finální desce plošných spojů, vzájemně jsou propojeny dráhami mezi vývody.