poniedziałek, 21 grudnia 2015

[0] PCB - Prowadzienie połączeń

Tym razem chciałbym opisać sposoby prowadzenia ścieżek w programach, oraz zasady jakimi należy się kierować podczas ich wykonywania.

Sposoby prowadzenia ścieżek


Można wyróżnić sposoby ręczny oraz automatyczny.

Sposób drugi jest nie do końca odpowiedni. Pozwoli on co prawda na poprowadzenie połączeń lecz często będą one chaotyczne i niedokładnie. Natomiast jest on wygodny do prowadzenia pary różnicowej, gdzie w programie definiuje się odpowiednie parametry, po czym są one robione automatycznie. Dodatkowa zaleta autorutera pojawia się w tworzeniu obwodów bardzo prostych albo bardzo skomplikowanych. W takim wypadku po zdefiniowaniu warunków można znacznie przyśpieszyć pracę. Funckje autorutera można także wkorzystać do prowadzenia pojedyńczych połączeń, co w gąszczu innych może być bardzo pomocne.


Obecnie autorutery zostały unowocześnione w stosunku do starszych edycji. Główny dodatkiem jest możliwość dokładnego definiowania parametrów, warstw czy też sposobu prowadzenia. Jednak bez wiedzy o sposobie ustawiania i definiowania użytkownik jest skazany na niepowodzenie w stosowaniu tego rozwiązania.

Rozwiązaniem najbardziej polecanym jest wykonywanie połączeń ręcznie. Tutaj podobnie jak w poprzednim przypadku można definiować odpowiednie reguły i sposoby postępowania przed przystąpieniem do pracy. Pozwoli to na stałą kontrolę pracy projektanta, tak aby nie popełniał on niepotrzebnych błędów. Dużą zaletą w porównaniu do metody poprzedniej jest fakt iż płytka jest zaprojektowana jak najlepiej, ścieżki prowadzone są logicznie i całość jest zwartym elementem. Oczywiście w tej materii dużo zależy od wiedzy i umiejętności osoby tworzącej płytkę. Wadą natomiast jest czas jaki trzeba poświęcić na jej wykonanie. Jednak lepiej wykonać raz dobrą płytkę niż poprawiać ją kilkanaście razy, co będzie skutkowało utratą zarówno pieniędzy jak i dużo większej ilości czasu.


Obciążalność prądowa połączeń


Ten parametr odnosi się do grubości warstwy miedzi jak i samej ścieżki. Związana jest z rezystancją połączeń między elementami. 

Jeśli przez ścieżkę o niewielkiej rezystancji zostanie przepuszczony duży prąd spowoduje to wzrost temperatury. Może on doprowadzić nawet do przepalenia ścieżki. Ma to głównie znaczenie w obwodach zasilających. Dla obliczeń obciążalności przyjmuje się średnio, że maksymalna wartość dla połączenia o szerokości 1mm wynosi 3A.

W większości przypadków w obwodach płynie niewielki prąd. Z tego powodu przeważnie należy się kierować możliwościami konstrukcyjnymi.

Obwody wysokiej częstotliwości

W tym przypadku na sygnał wpływa nie tylko rezystancja ale także impedancja połączeń.

Dla tego typu obwodów w których występują częstotliwości rzędu GHz czy MHz należy stosować dosyć krótkie ścieżki. Przez co elementy muszą być umieszczone blisko siebie. Połączenia powinny być wykonywane mało skomplikowanie np. proste kreski bądź łuki. Należy unikać skomplikowanych połączeń oraz załamań. Wykonanie długich połączeń powoduje występowanie takich zjawisk jak odbicia i interferencje.

Rys. 1. Prowadzenie połączeń wysokiej częstotliwości,

Połączenia dodatkowo nie mogą być wielokrotnością długości fali jaka płynie w przewodzie. Jeśli tak by się stało, to zostało by 

Sposób prowadzenia ścieżek


Wcześniej wymieniłem z jakich narzędzi można korzystać aby prowadzić ścieżki na płytce PCB. Kolejnym elementem jest sposób w jaki te ścieżki prowadzimy. Można stosować fale taką jak zaprezentowaną na rysunku 1.

Kolejnym elementem jest sposób zginania ścieżek. Zgięcia mogą występować pod kątem 45 stopni nigdy 90, dodatkowo mogą one być wykonane w postaci kawałka okręgu, czyli łagodne zaokrąglone, tak jak na przykładowej płytce zaprezentowanej na rysunku 2.

Rys. 2. Przykładowa płytka PCB [www.circuitdomain.com]

Długość magistrali


Następnym elementem jest możliwa utrata informacji jaka jest przysyłana przez linię danych. Może się ona pojawić, kiedy nie ma wyrównanych długości wszystkich linii w danej magistrali. Przesyłana dana będzie trafiała do odbiornika w niewłaściwym takcie zegarowym, przez co zostanie ona utracona. Wyrównanie długości ścieżek można ustawić w programie, i pozwolić na automatyczne ich poprowadzenie. Przeważnie będzie to wykonane w postaci sinusoidy o różnej amplitudzie.