Altijd ontmoedigd door signaalinterferentie, slechte warmteafvoer en rommelige routing bij het ontwerpen van PCB's? Eigenlijk, zolang je de kerntechnieken beheerst, kun je gemakkelijk alle soorten lay-out uitdagingen aan! Vandaag hebben we 9 super praktische hybride PCB-lay-out methoden samengesteld, van componentplaatsing tot afscherming van de onderste laag, allemaal boordevol praktische informatie en zonder franje, waardoor beginners snel aan de slag kunnen!

I. Componentplaatsing: Volg de "Regels" om componenten correct te plaatsen en omwegen te vermijden

Verkeerde componentplaatsing maakt alle daaropvolgende routing nutteloos! Bij het plaatsen van componenten moet je niet alleen de signaalpaden in het schema volgen en voldoende ruimte laten voor sporen, maar je moet ook deze 5 principes onthouden:

• Voedingen moeten compact worden gegroepeerd, met ontkoppelingsontwerpen om een stabiele voeding te garanderen;
• Ontkoppelingscondensatoren moeten dicht bij componenten worden geplaatst om stroomlussen te verkorten en ruis te verminderen;
• Connectoren moeten direct aan de rand van de printplaat worden geplaatst voor eenvoudige aansluiting van externe apparaten zonder de kernruimte in te nemen;
• Hoogfrequente componenten moeten strikt volgens de schematische stroom worden geplaatst om signaalcorruptie te voorkomen;
• Processors, klokgeneratoren, grote opslagapparaten en andere "kerncomponenten" moeten in het midden van de printplaat worden geplaatst voor een gemakkelijke verbinding met omliggende circuits.

II. Analoge + Digitale Modules: Afzonderlijke lay-out, geen interferentie
Analoge en digitale signalen staan vaak op gespannen voet; het delen van gebieden kan gemakkelijk leiden tot wederzijdse interferentie, wat resulteert in slechte circuitprestaties! De juiste aanpak is om de twee volledig te scheiden. Belangrijke punten zijn hier:

• Plaats precisiecomponenten (zoals versterkers en referentiespanningsbronnen) op het analoge vlak en wijdt het digitale vlak aan logische besturing, timingblokken en andere "ruisgevoelige componenten";
• ADC's (Analoge-naar-Digitale Converters) en DAC's (Digitale-naar-Analoge Converters) verwerken gemengde signalen, dus ze behandelen als analoge componenten is betrouwbaarder;
• Hoogstroom ADC/DAC-ontwerpen moeten afzonderlijke analoge en digitale voedingen hebben (DVDD aangesloten op het digitale gedeelte, AVCC aangesloten op het analoge gedeelte);
• Microprocessors en microcontrollers genereren aanzienlijke warmte, dus ze in het midden van de printplaat en dicht bij aangesloten circuitblokken plaatsen, resulteert in een efficiëntere warmteafvoer.

III. Routing: Neem het kortste en rechtste pad, vermijd deze valkuilen

Nadat de componenten zijn geplaatst, gaat routing over "het bouwen van signaalkanalen." Onthoud deze 8 principes voor een soepelere signaaloverdracht:

• Hoe korter en rechter het signaalpad, hoe beter, waardoor vertraging en interferentie worden verminderd;
• Een aardvlak moet naast hoogfrequente signaallagen worden geplaatst om een normale signaalretour te garanderen;
• Hoogfrequente circuits moeten strikt volgens het schematische signaalpad worden gerouteerd en mogen niet willekeurig worden gewijzigd;
• Gebruik korte, rechte en brede voedingssporen om de inductie te verminderen;
• Vermijd het maken van sporen en vias in "antennevormen" om extra interferentie te voorkomen;
• Houd digitale en analoge circuitsporen geïsoleerd, zonder kruising of overlapping;
• Besteed extra aandacht aan aardingssporen die digitale en analoge zones verbinden;
• Vermijd onnodige omwegen en vias gedurende het hele proces, waardoor het pad wordt vereenvoudigd en signaalverlies wordt verminderd.

IV. Voedingsmodule: Nabijheid voeding + isolatieontwerp – Stabiliteit is cruciaal

De voeding is het "hart" van het circuit; een onjuiste lay-out kan gemakkelijk leiden tot een totale storing. Er zijn twee belangrijke punten:

• De voedingsmodule moet zich dicht bij de voedingscomponenten bevinden en tegelijkertijd geïsoleerd zijn van andere circuits om ruisverspreiding te voorkomen;
• Voor complexe apparaten met meerdere voedingspinnen, gebruik speciale voedingsmodules voor zowel analoge als digitale secties om digitale ruisinterferentie met analoge signalen volledig te elimineren;
• Stroomleidingen moeten het principe "kort, recht, breed" volgen om de inductie en stroombeperkingen te verminderen, wat resulteert in een stabielere voeding.

V. Ontkoppelingsontwerp: Een ruisarme omgeving creëren voor het maximaliseren van de prestaties van het apparaat

De kern van ontkoppeling is "het filteren van voedingsruis." De Power Supply Rejection Ratio (PSRR) bepaalt direct de prestaties van het apparaat. Deze 5 praktische methoden zijn essentieel:

• **Combineren van condensatoren: Laag-inductieve keramische condensatoren filteren hoogfrequente ruis, elektrolytische condensatoren fungeren als "opslagreservoirs" om laagfrequente ruis te filteren, en ferrietkralen kunnen worden geselecteerd om de isolatie te verbeteren;
• **Plaats ontkoppelingscondensatoren dicht bij de voedingspinnen van het apparaat en sluit ze aan op een laag-impedantie aardvlak met behulp van korte sporen of vias om de serie-inductie te verminderen;
• **Plaats kleine condensatoren (0,01μF-0,1μF) naast de voedingspinnen om apparaatonstabiliteit te voorkomen wanneer meerdere uitgangen tegelijkertijd schakelen;
• **Houd elektrolytische condensatoren (10μF-100μF) niet meer dan 1 inch verwijderd van de voedingspinnen; te veel afstand heeft invloed op de filterprestaties;
• **Ontkoppelingscondensatoren kunnen in een T-vorm worden aangesloten op het aardvlak via naast de GND-pin van het apparaat, waardoor het proces wordt vereenvoudigd zonder extra bedrading.

VI. PCB-lagen: Plan lagen van tevoren en optimaliseer retourpaden

Bepaal de lagenindeling voordat je gaat routen, anders heeft dit invloed op het signaalretourpad. Verschillende laagnummers vereisen verschillende ontwerpoverwegingen:

• Hoogwaardige data-acquisitiesystemen moeten prioriteit geven aan PCB's met 4 of meer lagen; dubbellaagse boards zijn geschikt voor eenvoudige circuits.
• Typische 4-laags board lay-out: Bovenste laag (digitale/analoge signalen), tweede laag (aardlaag, vermindert IR-spanningsval en beschermt signalen), derde laag (voedingslaag), onderste laag (hulp signalen);
• Voedings- en aardlagen moeten dicht bij elkaar liggen, waarbij de interlaagcapaciteit wordt gebruikt om hoogfrequente ontkoppeling te bereiken;
• Meerlaagse boards kunnen blinde vias en begraven vias gebruiken om lagen te verbinden, waardoor de ruimte voor oppervlaktesporen wordt verminderd en de lay-out schoner wordt.

VII. PCB-koperweerstanden: De juiste koperdikte kiezen om fouten te verminderen
Kopersporen zijn de kern van circuitverbindingen en aardvlakken. Overmatige weerstand kan leiden tot signaalfouten. Onthoud deze punten:

• Standaard PCB's gebruiken 1oz koper; hoogvermogensecties gebruiken 2oz of 3oz koper (koperweerstand is 1,724 × 10⁻⁶ Ω/cm bij 25℃);
• 1oz koperfolie is ongeveer 0,036 mm dik, met een weerstand van 0,48 mΩ/vierkant. Een spoor van 0,25 mm breed heeft bijvoorbeeld een weerstand van ongeveer 19 mΩ/cm;
• Voor precisiecircuits met lage impedantie (zoals 16-bits ADC's) moet je letten op de weerstand van de kopersporen om te voorkomen dat er extra fouten worden geïntroduceerd. Verbreed de sporen of verhoog de koperdikte indien nodig.

VIII. Aardingsontwerp: Twee opties, kies op basis van behoeften

Aarding is cruciaal voor het onderdrukken van interferentie. Het kiezen van de juiste optie is belangrijk voor verschillende systemen. Twee gangbare methoden worden in detail uitgelegd:

1. Enkele aardlaag (aanbevolen voor lage digitale stroom ADC/DAC-systemen)

• Het gebruik van een enkele solide aardlaag zorgt ervoor dat de retourstroom het pad met de minste weerstand volgt, waardoor gemengde signaalinterferentie wordt vermeden.
• Laagfrequente retourstroom stroomt langs de aardreferentielijn van het apparaat, terwijl hoogfrequente retourstroom terugstroomt langs het signaalpad, waardoor lusinterferentie wordt verminderd.

2. Onafhankelijke analoge aarde + digitale aarde (aanbevolen voor complexe hoogstroomsystemen)

• Het verdelen van de aardlaag in analoge aarde en digitale aarde, verbonden via een "steraarde" (het snijpunt is een steraarde), waardoor consistente referentieniveaus voor beide worden gegarandeerd.
• De AGND-pin van mixed-signal apparaten is verbonden met analoge aarde en de DGND-pin is verbonden met digitale aarde, waardoor hoog-ruis digitale stroom wordt geïsoleerd.
• Meerlaagse PCB's moeten volledige isolatie garanderen tussen de AGND- en DGND-vlakken, en overlapping is niet toegestaan.

IX. Elektromagnetische interferentie-afscherming: Creëer een Faraday-kooi om externe interferentie te elimineren

Na het aanpakken van interne interferentie, is het cruciaal om te beschermen tegen externe elektromagnetische interferentie (EMI). Anders kunnen communicatieonderbrekingen, corruptie van sensorgegevens en componentstoringen optreden. Hier zijn enkele afschermingstechnieken:

• Gebruik voldoende metalen afscherming om een "Faraday-kooi" te creëren, die het circuit volledig van alle zes de zijden bedekt, en sluit deze aan op het aardvlak voor optimale afscherming.
• Het afschermingsontwerp moet rekening houden met de warmteafvoervereisten en signaalinvoer/-uitvoerkanalen reserveren. Afscherming mag de normale werking van het circuit niet verstoren.
• Voor hoogfrequente, hoog-interferentieomgevingen moet de afschermlaag een naadloze verbinding garanderen om "afschermingsgaten" te voorkomen.

Beheers deze 9 hybride PCB-lay-outtechnieken. Of je nu een beginner bent of een ervaren PCB-optimaliseerder, je kunt gemakkelijk verschillende lay-outuitdagingen aan, waardoor de circuitstabiliteit en -prestaties direct worden verdubbeld!