การออกแบบ PCB Power Ground Plane Overlap Rule
Jun 09, 2020
การเดินสายเป็นส่วนสำคัญของการออกแบบ PCB และยังเป็นส่วนที่ใหญ่ที่สุดและใช้เวลามากที่สุดในการออกแบบ PCB ทั้งหมด เมื่อดำเนินงานโครงร่าง PCB วิศวกรจะต้องปฏิบัติตามกฎพื้นฐานบางอย่างเช่นกฎลบมุม 3 กฎ W ฯลฯ
กฎของลูปกราวด์
กฎขั้นต่ำของลูปคือพื้นที่ของลูปที่เกิดจากสายสัญญาณและลูปควรเล็กที่สุดเท่าที่จะทำได้ พื้นที่ลูปที่เล็กลงรังสีจากภายนอกที่น้อยลงและการรบกวนที่ได้รับน้อยกว่าจากโลกภายนอก ในการตอบสนองต่อกฎนี้เมื่อแบ่งระนาบพื้นการกระจายตัวของระนาบกราวด์และร่องรอยสำคัญจะต้องได้รับการพิจารณาเพื่อป้องกันปัญหาที่เกิดจากการ slotting ของระนาบกราวด์; ในการออกแบบบอร์ดสองชั้นในกรณีที่มีที่ว่างเหลือพอสำหรับแหล่งจ่ายไฟส่วนที่เหลือควรจะเต็มไปด้วยพื้นอ้างอิงและควรเพิ่มจุดเชื่อมต่อที่จำเป็นเพื่อเชื่อมต่อสัญญาณภาคพื้นดินได้อย่างมีประสิทธิภาพและลอง เพื่อใช้การแยกดินสำหรับสัญญาณสำคัญบางอย่าง สำหรับการออกแบบที่มีความถี่สูงควรพิจารณาปัญหาห่วงสัญญาณภาคพื้นดินเป็นพิเศษ ขอแนะนำให้ใช้บอร์ดแบบหลายชั้น
กฎการป้องกันโล่
สอดคล้องกับกฎลูปกราวด์ ในความเป็นจริงมันเป็นไปเพื่อลดพื้นที่ลูปของสัญญาณ มันพบได้ทั่วไปในสัญญาณที่สำคัญบางอย่างเช่นสัญญาณนาฬิกาและสัญญาณซิงโครไนซ์ สำหรับสัญญาณที่สำคัญโดยเฉพาะที่มีความถี่สูงควรพิจารณาสายเคเบิลทองแดง การออกแบบโครงสร้างการป้องกันคือเส้นที่จะกระจายออกจากพื้นดินด้านซ้ายด้านขวาและพื้นดินและจำเป็นต้องพิจารณาวิธีการรวมพื้นป้องกันด้วยระนาบพื้นจริง
กฎควบคุม Crosstalk
Crosstalk หมายถึงสัญญาณรบกวนที่เกิดจากการเดินสายขนานยาวระหว่างเครือข่ายที่แตกต่างกันบน PCB ส่วนใหญ่เกิดจากการกระจายความจุและการเหนี่ยวนำแบบกระจายระหว่างเส้นขนาน มาตรการหลักในการเอาชนะ crosstalk คือ:
เพิ่มระยะห่างของการเดินสายแบบขนานและปฏิบัติตามกฎ 3 W
แทรกบรรทัดการแยกที่มีสายดินระหว่างบรรทัดขนาน
ลดระยะห่างระหว่างชั้นการเดินสายไฟและระนาบกราวด์
3 กฎ W
เพื่อลด crosstalk ระหว่างบรรทัดระยะห่างบรรทัดควรมีขนาดใหญ่พอ เมื่อระยะห่างระหว่างศูนย์กลางบรรทัดไม่น้อยกว่า 3 เท่าของความกว้างของเส้น 70%% ของสนามไฟฟ้าสามารถป้องกันไม่ให้รบกวนซึ่งกันและกัน สิ่งนี้เรียกว่ากฎ 3 W หากคุณต้องการบรรลุ 98% ของสนามไฟฟ้าไม่รบกวนซึ่งกันและกันคุณสามารถใช้ระยะห่าง 10 W
กฎการควบคุมเส้นทาง
กฎการควบคุมทิศทางการเราต์คือทิศทางการจัดเส้นทางของเลเยอร์ที่อยู่ติดกันทำให้เกิดโครงสร้างแบบมุมฉาก หลีกเลี่ยงการวางสายสัญญาณที่แตกต่างกันในทิศทางเดียวกันบนเลเยอร์ที่อยู่ติดกันเพื่อลดสัญญาณรบกวนระหว่างชั้นที่ไม่จำเป็น เมื่อโครงสร้างของบอร์ดมี จำกัด (เช่น backplanes บางตัว) มันเป็นเรื่องยากที่จะหลีกเลี่ยงสถานการณ์นี้โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่ออัตราสัญญาณสูง ควรพิจารณาแยกสายแต่ละชั้นด้วยระนาบกราวด์และแยกแต่ละสายสัญญาณด้วยสายสัญญาณกราวด์
กฎการตรวจสอบวงเปิดสำหรับการจัดตำแหน่ง
โดยทั่วไปจะไม่ได้รับอนุญาตให้มีสายลอยที่ปลายด้านหนึ่ง (สาย Dangling) ส่วนใหญ่เพื่อหลีกเลี่ยงการ" ผลเสาอากาศ" และลดการแผ่รังสีรบกวนที่ไม่จำเป็นและการยอมรับมิฉะนั้นอาจทำให้เกิดผลลัพธ์ที่คาดเดาไม่ได้
กฎการตรวจสอบลูปปิดเส้นทาง
ป้องกันไม่ให้สายสัญญาณเกิดการวนซ้ำตัวเองระหว่างเลเยอร์ต่างๆ ปัญหาดังกล่าวมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในการออกแบบแผงแบบหลายชั้นและการวนซ้ำด้วยตนเองจะทำให้เกิดการรบกวนที่แผ่รังสี
กฎ Chamfer
การออกแบบ PCB ควรหลีกเลี่ยงมุมที่คมชัดและถูกต้องเนื่องจากจะทำการฉายรังสีโดยไม่จำเป็นและประสิทธิภาพของกระบวนการที่ไม่ดี
กฎการแยกอุปกรณ์ออก
เพิ่มตัวเก็บประจุแยกส่วนที่จำเป็นบนแผ่นพิมพ์เพื่อกรองสัญญาณรบกวนบนแหล่งจ่ายไฟและทำให้สัญญาณไฟมีความเสถียร ขอแนะนำให้เชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟกับตัวจ่ายไฟหลังจากตัวเก็บประจุตัวกรอง
กฎความสมบูรณ์ของระนาบกราวด์
สำหรับพื้นที่ที่มีจุดอ่อนหนาแน่นควรใช้ความระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการเชื่อมต่อระหว่างหลุมในพื้นที่กลวงออกของแหล่งจ่ายไฟและชั้นล่างซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของชั้นระนาบซึ่งจะทำลายความสมบูรณ์ของชั้นระนาบและ จึงทำให้พื้นที่ลูปของสายสัญญาณในชั้นล่างเพิ่มขึ้น เพื่อหลีกเลี่ยงการทำลายเลเยอร์เครื่องบินอย่างน้อยระยะห่างผ่านควรแน่ใจว่าหนึ่งบรรทัดสัญญาณสามารถใช้เมื่อทำการ Fanout
กฎของพื้นระนาบการทับซ้อนของกำลัง
ชั้นพลังงานที่แตกต่างกันควรหลีกเลี่ยงการทับซ้อนกันในพื้นที่ วัตถุประสงค์หลักคือเพื่อลดการรบกวนระหว่างแหล่งจ่ายไฟที่แตกต่างกันโดยเฉพาะอย่างยิ่งระหว่างแหล่งจ่ายไฟที่มีแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันมาก จะต้องหลีกเลี่ยงการทับซ้อนกันของระนาบพลังงาน เมื่อมันยากที่จะหลีกเลี่ยงคุณสามารถพิจารณาการก่อตัวช่วงกลาง
20 กฎ H
เนื่องจากสนามไฟฟ้าระหว่างชั้นพลังงานและชั้นพื้นดินมีการเปลี่ยนแปลงการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกแผ่ออกไปที่ขอบของบอร์ด สิ่งนี้เรียกว่าเอฟเฟกต์ขอบ การแก้ปัญหาคือการหดชั้นพลังงานเพื่อให้สนามไฟฟ้าดำเนินการเฉพาะในช่วงของชั้นดิน ใช้หนึ่ง H (ความหนาปานกลางระหว่างแหล่งจ่ายไฟและพื้นดิน) เป็นหน่วยถ้าการหดตัว 20 H สามารถ จำกัด 70% ของสนามไฟฟ้าไปที่ขอบของชั้นดิน การหดตัว 100 H สามารถ จำกัด 98% ของสนามไฟฟ้าได้