Обзор конструкции печатной платы: развязка, шунтирование и заземление

Травление печатных плат дома — это весело, но этот процесс делает проектирование печатных плат немного сложным для таких любителей, как мы. Наиболее важным ограничением является то, что трудно сделать металлизированные сквозные отверстия. И это необходимо для пайки компонентов на двусторонние платы, такие как ваша.

Если ваша плата изготовлена ​​в мастерской, вы получите все переходные отверстия и отверстия для печатных плат с покрытием, как показано на рисунке ниже. Это хорошо, потому что вы можете припаять все компоненты к нижней части платы и покончить с этим. Это возможно, потому что все дорожки сверху будут связаны с нижним слоем через отверстия с покрытием, что обеспечит непрерывность.

^{(Изображение с сайта RobotRoom.com )}

Если вы не освоите гальваническое покрытие сквозных отверстий в домашних условиях (процесс, в котором используются неприятные химические вещества), вы не сможете покрыть эти отверстия. Конечным результатом является то, что вам придется припаивать контактные площадки компонентов к верхней части платы всякий раз, когда до них доходит дорожка.

Пайка на верхнем слое может быть в лучшем случае неудобной или просто невозможной, в зависимости от компонента и конструкции печатной платы. Например, к разъемам легко получить доступ снизу, но они обычно имеют пластиковую опору, которая придает им механическую прочность и устанавливается заподлицо с верхней частью платы. DIP-разъемы также создают проблемы, поскольку они также расположены заподлицо сверху.

Припой компонентов на верхнем слое обычно является плохой идеей еще и потому, что это затрудняет техническое обслуживание. Вы можете собрать свою плату в порядке, обеспечивающем доступ к труднодоступным контактным площадкам, но когда все компоненты будут размещены, вы можете остаться без доступа к этим контактным площадкам. По моему опыту, из-за того, что до этих контактных площадок труднее добраться, страдает качество пайки, и эти контактные площадки в конечном итоге выходят из строя первыми.

Чтобы обойти эти проблемы, я предлагаю вам сделать следующее:

1. Создавайте односторонние доски всякий раз, когда вы можете. Например, используйте вашу схему в качестве упражнения. Старайтесь аккуратно размещать его компоненты, чтобы упростить одностороннюю разводку, и постарайтесь развести все возможные дорожки на нижнем слое. Обычно я меняю назначение выводов, если это упрощает маршрутизацию. Если вам нужно пересечь дорожки, используйте простые перемычки (я обычно использую для этого остатки сквозных компонентов). Я использую верхний слой для представления перемычек. Кроме того, планируйте использовать резисторы и конденсаторы в качестве перемычек. Я сделал именно это на картинке ниже, на ATmega328P контакты 2 и 3 - последовательные TX и RX.

2. Если по какой-то причине вы не можете сделать одностороннюю плату, убедитесь, что ваши дорожки меняют сторону только в переходных отверстиях, как в местах, отмеченных оранжевым цветом на рисунке ниже, а не на контактных площадках компонентов. Затем вы можете припаять кусок провода с обеих сторон платы к этим переходным отверстиям. Это будет гораздо более надежным решением, чем пайка на контактных площадках компонентов.

3. Сделайте отверстия действительно большими (я использую 0,07 дюйма или ~ 1,8 мм). Если вы следуете приведенному выше правилу № 2 и заставляете дорожки менять стороны только в переходных отверстиях, эти большие переходные отверстия — единственные элементы, которые вам нужно будет совместить между обеими сторонами вашей платы. Большие переходные отверстия облегчают процесс регистрации двусторонних плат.

4. Я также стараюсь придерживаться 0,05-дюймовой сетки на Eagle, делать повороты только на 45° и оставлять как можно больше места для дорожек и пэдов с разными сигналами.

Учитывая ваш дизайн и тот факт, что вы будете гравировать его дома, а также предполагая, что вы не можете сделать металлизированные желоба, у вас будут проблемы с кварцем генератора и всеми вашими разъемами. Я бы посоветовал вам использовать трюк, выводя дорожку из контактных площадок в сквозное отверстие, а затем пересекая ее на другую сторону для этих компонентов.

Вы можете припаять керамические конденсаторы и резисторы к верхнему слою, но я не рекомендую этого делать. Я бы просто перенаправил вашу плату, чтобы попытаться перенести большинство, если не все дорожки на нижний слой.

Я не знаю, есть ли проблемы с внешними компонентами, которые вы планируете использовать (например, NRF905), но я бы посмотрел, если они используют высокочастотные сигналы для их управления (все, что выше 500 кГц).

Ниже моя (быстрая и грязная) попытка сделать одностороннюю версию вашей платы. Простите меня, если я допустил какие-либо ошибки, но это должно дать вам представление о том, как попытаться развести большинство дорожек на нижнем слое. Мне пришлось использовать 5 перемычек, но вы можете сделать лучше.

Теперь я понимаю, что моя версия 14-контактного разъема зеркально отражена по отношению к вашей, что упростило разводку моей версии. Но, если у вас нет каких-либо программных или аппаратных ограничений, вы можете переназначить контакты MCU на разъем, чтобы упростить маршрутизацию и вашей версии.

Надеюсь, это поможет.

Как это еще никто не упомянул?

Добавьте развязывающие конденсаторы!!

Ваш MCU, вероятно, будет работать и включать и выключать множество транзисторов (внутри) на частоте 8/16/20 МГц. Он будет периодически потреблять более высокий ток в каждом такте. Поскольку трассы имеют некоторую индуктивность и не могут мгновенно передавать ток, вам следует добавить конденсатор для обеспечения этих пиков тока для MCU. Этот конденсатор также шунтирует шум на землю.

Очень часто на каждый контакт питания микроконтроллера кладут керамический колпачок 0,1 мкФ как можно ближе к микроконтроллеру. Также часто рядом с платой размещают некоторую объемную емкость.

Развязка заголовка RF-модуля, которую вы там получили, вероятно, избыточна, если RF-модуль имеет локальную развязку (что, как я предполагаю, будет).