مهم ترین اصول طراحی pcb که باید بدانید! (5 نکته اساسی)

اصول طراحی pcb

یکی از مهم ‌ترین قطعات در لوازم و وسایل الکترونیکی، Printed Circuit Board است. pcb یک برد مدار چاپی است که از چند لایه مس تشکیل شده تا قطعات الکترونیکی مانند خازن و دیود روی آن نصب شوند. مونتاژ برد smd یک عملیات بسیار مهم در ساخت مدار چاپی است زیرا کوچک ‌ترین اشتباهی می ‌تواند کارکرد آن را با مشکل روبرو کند. از مهم ترین نکات طراحی برد مدار چاپی می توان به جایگذاری صحیح قطعات الکترونیکی، تعیین زمین و مسیرهای لازم و رفع مشکل تولید حرارت اشاره نمود.

آشنایی با ویژگی ‌های برد مدار چاپی

برد مدار چاپی برای ساخت تجهیزات مختلف در صنعت پزشکی، کامپیوترهای شخصی، اتومبیل ‌ها، سیستم ‌های مخابراتی، نظامی و دفاعی مورد استفاده قرار می‌ گیرد. بنابراین جز قطعات بسیار مهم در صنعت هستند. مونتاژ قطعات pcb زمان بسیار کمتری نسبت به پنل ‌های معمولی به خود اختصاص می‌ دهد. علاوه بر این هر چه صفحه را تکان دهید، اجزای داخل آن حرکت نمی ‌کنند. یک ویژگی مهم دیگر هم این است که استفاده از برد مدار چاپی باعث از بین بردن نویز الکترونیکی می ‌شود.

5 اصل مهم در طراحی PCB یا برد مدار چاپی

آگاهی از نکات طراحی برد مدار چاپی، در کیفیت نتیجه کار و جلوگیری از صرف زمان برای اصلاح آن بسیار تاثیر گذار است. قرار گرفتن قطعات الکترونیکی در جای مناسب، در نظر گرفتن تداخل و تشخیص مسیرهای صحیح برای سیگنال و زمین برد از موارد مهم هستند.

جایگذاری صحیح قطعات الکترونیکی

یکی از اصول طراحی pcb این است که به درستی بدانید هر قطعه ‌ای را کجا قرار دهید. برای این کار هم نیاز به علم دارید و هم هنری که در کمترین فضا، بیشترین بهره‌ وری را به وجود آورید. مساله مهم این است که نحوه جایگذاری قطعه‌ ها به طور مستقیم روی عملکرد برد تاثیر می‌ گذارد. بنابراین باید این را به شکل کاملا درست و اصولی انجام دهید.

در نظر گرفتن جهت مناسب قطعه ها در برد pcb

در طراحی و جایگذاری قطعات باید قطعه‌ های مشابه را در یک جهت قرار دهید. این کار کمک می ‌کند تا فرآیند لحیم‌کاری به درستی انجام شود.

سازمان‌ دهی درست اجزا

باید قطعات را مطابق قوانین طراحی مدار چاپی SMD ‌انجام دهید. در این روش حتما باید قطعه ‌های TH در لایه‌ های بالایی قرار داده شوند تا مراحل مونتاژ به درستی انجام شده و فضای کمتری را اشغال کنند.

رعایت عدم تداخل در طراحی PCB

یکی از نکات طراحی برد مدار چاپی این است که تا حد ممکن موضوع تداخل را به حداقل برسانید. دلیل آن هم این است که ولتاژ زیاد در مدارهای قدرت می‌ توانند تداخل جدی در مدارهای ولتاژ پایین و کنترل جریان ایجاد کنند. به همین دلیل حتما باید براساس دستورالعمل ‌های استاندارد، مراحل طراحی و مونتاژ را انجام دهید.

مجزاسازی منبع تغذیه و مسیر زمین

برای هر طبقه حتما باید منبع تغذیه، زمین کنترل و قدرت را به صورت کامل جدا نگه دارید. بهتر است تا در صورت امکان اگر لازم به اتصال آن ‌ها روی برد مدار چاپی دارید؛ آن ‌ها را به انتهای مسیر برسانید.

کاهش کوپلینگ

برای کاهش کوپلاژ خازنی سعی کنید تا زمین آنالوگ را تنها در زیر خط‌ های آنالوگ قرار دهید.

قرار دادن زمین در جای مناسب

اگر صفحه زمین در لایه میانی قرار می ‌گیرد، باید در یکی از مسیرها امپدانس کوچک قرار دهید. این کار باعث می ‌شود تا هرگونه تداخل مدار قدرت کاهش پیدا کند. علاوه بر این از سیگنال‌ های کنترل هم محافظت می ‌کند.

مشخص کردن مسیرهای زمین، سیگنال و توان

بعد از اینکه قطعه ‌ها را در جای مناسب قرار دادید، وقت آن است که به سراغ مسیرهای زمین، سیگنال و توان بروید. هرچه این مرحله بهتر و صحیح ‌تر انجام شود، سیگنال شما مشکل کمتری خواهد داشت.

صفحه‌ های توان و زمین را باید در لایه ‌های داخلی مدار قرار دهید. البته که این صفحات باید به صورت متقارن و متمرکز باشند. این کار باعث می ‌شود تا برد شما خم نشود و برای تامین انرژی IC ها هم به مشکل برخورد نکنید.

توجه به نکات مسیریابی طرح‌ های PCB

یکی از اصول طراحی pcb این است که مسیرهای سیگنال را کاملا شبیه به نقشه متصل کنید. بهترین روش این است که کوتاه ‌ترین و مستقیم ‌ترین مسیر را انتخاب کنید. هرچه تعداد لایه ‌ها بیشتر شود، قوانین طراحی هم پیچیده ‌تر می ‌شود.

برطرف کردن مشکل تولید حرارت در طراحی برد pcb

یکی از معضلاتی که در اصول طراحی pcb یا همان بردهای الکتریکی با آن روبرو هستیم، گرمایش بیش از اندازه قطعه و در نتیجه آن، خرابی یا کاهش راندمان برد است. این اتفاق می ‌تواند به دلایل مختلفی رخ دهد اما عمده ‌ترین دلیل، داغ کردن بیش از حد برخی قطعات روی برد اصلی است. از مهم ‌ترین نکات طراحی برد مدار چاپی این است که بتوانید این قطعات مشکل ‌دار که حرارتی بیش از پیش بینی ما تولید مي ‌کنند را شناسایی کرده و به نحوی آنها را در مدار قرار دهیم که در نزدیکی یکدیگر نباشند.

این موضوع ممکن است با اصل جایگذاری صحیح قطعات و مسیرهای درست تناقض داشته باشد اما نکته ‌ای است که باید حتما به آن توجه کرد. در صورتی که با انجام این کار همچنان درگیر حرارت تولیدی زیادی هستید که ممکن است به برد آسیب برساند، باید از فن ‌های خنک کننده کمک بگیرید. با وجود اینکه تعیین نوع درست فن جزو اصول طراحی pcb به حساب نمی ‌آید، اما باید این مهارت را خودتان کسب کنید. برای کسب اطلاع از میزان حرارت تولیدی هر قطعه نیز باید به دیتاشیت یا همان دفترچه اطلاعات آن رجوع کرده و مقدار عددی مقاومت حرارتی آن را پیدا کنید.

تهیه چک لیست اصول طراحی pcb بر اساس استانداردهای موجود

همیشه در طراحی بردهای الکترونیکی ممکن است اشتباهاتی رخ داده یا برخی تغییرات باعث ایجاد تناقض ‌هایی در طرح اصلی شوند. از این رو طراحان باید همیشه به نکات طراحی برد مدار چاپی دقت داشته و از بهترین نرم افزارهای روز دنیا جهت طراحی ایده‌ های خود استفاده کرده تا در هر مرحله از مشکلات پیش آمده مطلع شده و بتوانند به سرعت آن را رفع کنند.

بعد از اتمام کار نیز بهتر است حتما بر اساس دو استاندارد به نام‌های ERC که در آن قوانین الکترونیک مورد بررسی قرار گرفته و همینطور DRC که اصول طراحی pcb را گوشزد کرده است، عمل کرده تا طرح شما دچار مشکل فنی نباشد. با بررسی چک لیست ‌ها و بازنگری روی هر سیگنال می ‌توانید به طرحی جامع دست پیدا کنید که عاری از هرگونه مشکل بوده و ارزش زمان و انرژی شما را داشته باشد.

نتیجه گیری

رعایت اصول طراحی برد pcb در کارایی و طول عمر آن برای وسیله مورد نظر بسیار اهمیت دارد. طراحان با در نظر گرفتن محل صحیح برای قرار دادن قطعات الکترونیکی، انتخاب مسیرهای صحیح برای زمین برد و انتقال سیگنال و به حداقل رساندن حرارت تولید شده در برد، این کار را به بهترین نحو انجام می دهند. در نهایت باید چک لیست نکات طراحی برد مدار چاپی PCB با توجه به استانداردهای ERC و DRC مورد بررسی قرار گیرد.

آیا خازنهای سه فاز ستاره میتوانند جریان راه اندازی را کاهش دهند؟