کیفیت چیدمان برد مدار به طور مستقیم بر عملکرد، پایداری و قابلیت اطمینان دستگاه های الکترونیکی تأثیر می گذارد. چیدمان معقول برد می تواند انتقال سیگنال را بهینه کند، کارایی اتلاف گرما را بهبود بخشد، تداخل الکترومغناطیسی را کاهش دهد و عملکرد کارآمد دستگاه های الکترونیکی را تضمین کند.
1، اهمیت چیدمان برد مدار
طرح علمی و معقول می تواند انتقال موثر سیگنال های الکترونیکی را بین اجزای مختلف، کاهش تاخیر انتقال و تضعیف سیگنال را امکان پذیر کند. برای مثال، در مادربردهای سرور انتقال داده با سرعت بالا، چیدمان دقیق برد تضمین میکند که دادهها میتوانند با سریعترین سرعت بین اجزایی مانند پردازندهها، حافظه و دیسکهای سخت جریان داشته باشند و عملکرد کلی سرور را بهبود بخشد. در عین حال، چیدمان خوب به بهینه سازی طراحی اتلاف گرما، توزیع قطعات با تولید گرمای بالا به شیوه ای معقول و استفاده از وسایلی مانند هیت سینک و فن ها برای دفع به موقع گرما کمک می کند و از خراب شدن یا حتی آسیب دیدن قطعات به دلیل گرمای بیش از حد جلوگیری می کند. از نظر سازگاری الکترومغناطیسی، چیدمان معقول برد می تواند به طور موثر تداخل الکترومغناطیسی را کاهش دهد، از تداخل سیگنال بین ماژول های مدار مختلف جلوگیری کند و عملکرد پایدار دستگاه های الکترونیکی را در محیط های پیچیده الکترومغناطیسی تضمین کند.
2، اصول اولیه چیدمان برد مدار
(1) تقسیم بندی واضح ماژول های عملکردی
در ابتدای چیدمان برد، برد مدار باید بر اساس عملکردهای مدار به ماژول های مختلف تقسیم شود، مانند ماژول قدرت، ماژول پردازش سیگنال، ماژول ذخیره سازی و غیره. هر ماژول نسبتا مستقل با مرزهای واضح است تا تداخل متقابل را کاهش دهد. با در نظر گرفتن برد مدار تلفن همراه به عنوان مثال، ماژول مدیریت برق وظیفه تامین برق بخش های مختلف را بر عهده دارد و آن را به شدت از ماژول پردازش سیگنال RF متمایز می کند تا از تداخل نوسانات برق با سیگنال های RF جلوگیری کند و از برقراری ارتباط پایدار تلفن همراه و انتقال داده اطمینان حاصل کند. ماژول ها از طریق سیم کشی و واسط های معقول به هم متصل می شوند تا یک کل ارگانیک را تشکیل دهند و سیگنال ها طبق مسیر طراحی شده به شیوه ای منظم جریان می یابند.
(2) جهت جریان سیگنال را ثابت نگه دارید
جریان سیگنال را تا اجزای طرح، معمولاً در جهت ورودی به خروجی دنبال کنید تا مسیر انتقال سیگنال کوتاه و مستقیم شود و انحرافات و تقاطع ها کاهش یابد. در مدار تقویت کننده صدا، یک عنصر پیش تقویت کننده در نزدیکی رابط ورودی صدا قرار می گیرد، به دنبال آن یک عنصر تقویت کننده قدرت، و در نهایت به رابط خروجی صدا متصل می شود. این چیدمان جریان روان سیگنال های صوتی را از ورودی به خروجی تضمین می کند، از دست دادن سیگنال و خطرات تداخل را کاهش می دهد و کیفیت صدای واضح را تضمین می کند.
(3) ویژگی ها و تأثیر متقابل اجزا را در نظر بگیرید
اجزای مختلف ویژگیهای متفاوتی دارند، بنابراین هنگام چیدمان تابلو باید کاملاً مورد توجه قرار گیرد. قطعات قدرت مانند ترانزیستورهای قدرت و تراشه های قدرت در حین کار مقدار زیادی گرما تولید می کنند. آنها باید در نزدیکی منطقه اتلاف گرما قرار گیرند یا با سینک های حرارتی نصب شوند و از اجزای حساس به دما مانند سنسورها و برخی مدارهای مجتمع دور نگه داشته شوند تا بر دقت و عملکرد آنها تأثیر نگذارد. در همین حال، اجزای الکتریکی قوی و ضعیف، و همچنین اجزای-فرکانس بالا و{4}}فرکانس پایین، باید به طور جداگانه مرتب شوند تا تداخل الکترومغناطیسی کاهش یابد. در مدارهای منبع تغذیه حالت سوئیچ، لولههای سوئیچینگ ولتاژ بالا و جریان بالا در فاصله معینی از تراشههای کنترل سیگنال ولتاژ پایین و کوچک قرار میگیرند تا از تداخل الکتریسیته قوی با سیگنالهای الکتریکی ضعیف جلوگیری شود.
(4) توزیع یکنواخت و چگالی مناسب اجزاء
اجزاء باید به طور مساوی بر روی برد مدار توزیع شوند تا از متراکم یا پراکندگی محلی خودداری شود. چگالی بیش از حد می تواند منجر به مشکلات در اتلاف گرما، سیم کشی پیچیده و افزایش خطر اتصال کوتاه شود. کم بودن بیش از حد فضای برد مدار را هدر می دهد و هزینه های ساخت را افزایش می دهد. هنگام طراحی یک برد مدار ساعت هوشمند، به دلیل محدودیتهای اندازه، حسگرها، پردازندهها، تراشههای ذخیرهسازی و سایر اجزای مختلف باید بهصورت فشرده و معقول چیده شوند تا در یک فضای محدود به عملکردهای غنی دست یابند. در عین حال، لازم است از فاصله کافی بین قطعات برای برآورده کردن الزامات ایمنی الکتریکی و تسهیل جوشکاری، اشکال زدایی و نگهداری اطمینان حاصل شود.
3، نکات کلیدی چیدمان برد مدار
(1) چیدمان اجزای ورودی و خروجی
اجزای ورودی/خروجی مانند رابطها، کانکتورها و غیره باید در لبه برد مدار قرار گیرند تا اتصال آسان به دستگاههای خارجی و تا حد امکان نزدیک به ماژولهای عملکردی مربوطه باشد. به عنوان مثال، رابط USB در نزدیکی ماژول انتقال و پردازش داده، و رابط اترنت در نزدیکی ماژول ارتباطی شبکه قرار دارد، که طول خط اتصال را کاهش می دهد و تضعیف سیگنال و تداخل را به حداقل می رساند. در عین حال، باید به راحتی استفاده از رابط، جلوگیری از ایجاد مانع توسط سایر اجزا و تسهیل درج و حذف کاربر توجه شود.
(2) موقعیت تراشه های اصلی و اجزای کلیدی
تراشههای هستهای مانند پردازندهها، FPGA و غیره، «مغز» بردهای مدار هستند و باید در مرکز یا نزدیک اجزای اصلی مرتبط قرار گیرند تا خطوط اتصال با قطعات جانبی کوتاه شود. در مادربرد کامپیوتر، CPU در ناحیه مرکزی مادربرد قرار دارد و اجزای کلیدی مانند اسلات های حافظه و چیپ ست ها را محکم احاطه کرده است. برای اطمینان از پایداری و کارایی انتقال داده با سرعت بالا، از طریق خطوط کوتاه و ضخیم به هم متصل می شود. موقعیت یابی اجزای کلیدی نیز باید الزامات اتلاف حرارت، یکپارچگی سیگنال و روابط کاری مشترک با سایر اجزا را در نظر بگیرد.
(3) برنامه ریزی سیم کشی و رزرو کانال
در حین چیدمان برد باید فضای کافی و کانال های مناسب برای سیم کشی در نظر گرفته شود. ابتدا جهت خطوط سیگنال اصلی و خطوط برق را برنامه ریزی کنید و سعی کنید تا حد امکان از عبور و مرور و همپوشانی خودداری کنید. برای تختههای مدار چند لایه، انواع سیگنال را برای لایههای مختلف به طور معقول اختصاص دهید، مانند لایه قدرت، لایه زمین، لایه سیگنال با سرعت بالا، لایه سیگنال کم-و غیره. در عین حال، به عرض و فاصله سیم توجه کنید و اندازه مناسب را بر اساس اندازه فعلی و فرکانس سیگنال تعیین کنید. در مدارهای فرکانس بالا، سیمکشی ریز استریپ یا خط نواری برای کنترل ویژگیهای انتقال سیگنال و کاهش انعکاس سیگنال و تداخل استفاده میشود. علاوه بر این، موقعیتهای حفره{9}محصول، اتصال سیگنال بین لایههای مختلف را تسهیل میکنند و از یکپارچگی اتصالات الکتریکی روی برد مدار اطمینان میدهند.
4، موقعیت های خاص و استراتژی های مقابله ای چیدمان برد مدار
(1) طرح برد مدار با فضای محدود
در وسایل الکترونیکی کوچک مانند هدفون های بلوتوث و دستبندهای هوشمند، فضای برد مدار بسیار محدود است. در این مرحله، یک چیدمان فشرده باید با استفاده از اجزای کوچک شده مانند اجزای نصب سطحی و استفاده کامل از دو طرف جلو و عقب برد مدار اتخاذ شود. اجزای بزرگتر مانند باتری ها، تراشه های درایور نمایشگر و غیره را به طور منطقی در یک فضای محدود توزیع کنید و از طریق سیم کشی هوشمندانه و چیدمان اجزا به یکپارچگی عملکردی دست یابید. در عین حال، با کمک فنآوری برد مدار چند لایه، تعداد لایههای سیمکشی افزایش مییابد تا فشار فضا کاهش یابد و از تکمیل طرحبندی مدارهای پیچیده در فضاهای باریک اطمینان حاصل شود.
(2) طرح برد مدار با الزامات قابلیت اطمینان بالا
در زمینه هایی مانند هوافضا و تجهیزات پزشکی که به قابلیت اطمینان بسیار بالایی نیاز دارند، چیدمان برد مدار باید با احتیاط بیشتری انجام شود. علاوه بر پیروی از اصول مرسوم، طراحی اضافی باید برای افزایش پشتیبان گیری از اجزا و مدارهای کلیدی اتخاذ شود تا از خرابی سیستم ناشی از خرابی های یک نقطه جلوگیری شود. اقدامات حفاظتی و محافظ متعددی برای خطوط سیگنال مهم اعمال میشود، مانند قرار دادن سیمهای زمین در دو طرف خط سیگنال و افزودن لایههای محافظ، به منظور افزایش قابلیتهای ضد تداخل-. در عین حال، طراحی مقاومت مکانیکی برد مدار را تقویت کنید، سوراخ های ثابت را به طور معقول ترتیب دهید، از اتصال پایدار و قابل اعتماد بین برد مدار و قطعات در محیط های سخت مانند لرزش و ضربه اطمینان حاصل کنید و از عملکرد عادی مداوم تجهیزات اطمینان حاصل کنید.
(3) طرح برد مدار با سرعت بالا-با فرکانس بالا
با توسعه فن آوری الکترونیکی، برنامه های کاربردی مدارهای-با فرکانس بالا و-سرعت بالا به طور فزاینده ای در حال گسترش هستند. در طرحبندی صفحه مدار با فرکانس بالا و-سرعت بالا، یکپارچگی سیگنال بسیار مهم است. برای کنترل دقیق طول سیم کشی و تطابق امپدانس، خطوط کوتاه و چرخش های زاویه راست باید به 45 درجه یا گوشه های گرد تغییر داده شوند تا بازتاب سیگنال کاهش یابد. اجزای فرکانس-بالا را کاملاً چیدمان کنید، مسیرهای انتقال سیگنال را کوتاه کنید، و اثرات خازنی و القایی انگلی را کاهش دهید. برای مثال، در برد مدار RF ایستگاههای پایه ارتباطی 5G، از چیدمان و سیمکشی دقیق برای اطمینان از انتقال کارآمد سیگنالهای با فرکانس بالا بین تراشهها، دستگاههای RF و آنتنها استفاده میشود که الزامات سخت ارتباط 5G برای سرعت بالا و تأخیر کم را برآورده میکند.