O czym pamiętać projektując płytki drukowane (we współpracy z NextPCB)
Wielu elektroników-amatorów wykonuje układy prototypowe metodą tzw. „na pająka”, która została zaprezentowana na fotografi 1. Jednak czy taki sposób prototypowania sprawdzi się przy bardziej złożonych konstrukcjach?
Gdy projekt się rozrasta – ilość komponentów rośnie, a to komplikuje konstrukcje na „pająku”. Już nawet w prostych projektach występują cyfrowe magistrale danych – SPI, I2C. Magistrale działają z częstotliwościami rzędu setek kiloherców a nawet paru Megaherców, więc taki design dodatkowo może powodować problemy.
Arduino Skeleton. Projekt autorstwa Jiří Praus | Źródło: jiripraus.cz
Wykonywanie płytek drukowanych | NextPCB
Konstruktorzy do niedawna sami wytrawiali płytki drukowane, z uwagi na duże koszty produkcji fabrycznych płytek. Samodzielne wykonanie płytek wymaga jednak co najmniej kilku godzin – przy czym nie wiemy czy będziemy zadowoleni z otrzymanego rezultatu. Będziemy też potrzebowali odczynników trawiących miedź. Proces trawienia miedzi musi być stale nadzorowany, by pożądane ścieżki nie zostały uszkodzone.
Na szczęście dla elektroników, w ostatnich latach zaczęły się pojawiać oferty od chińskich firm wykonujących wielowarstwowe płytki w bardzo przystępnych cenach. Dzięki temu konstruktorzy mogą szybciej prototypować swoje urządzenia, a co za tym idzie zwiększyć efektywność swojej pracy.
Jedną z takich firm jest NextPCB, wysokiej jakości producent PCB z Shenzhen w Chinach. Dzięki profesjonalnym możliwościom produkcyjnym każdy przesłany plik zostanie dwukrotnie sprawdzony przez inżynierów z ponad 10-letnim doświadczeniem. Ponadto przedsiębiorstwo może poszczycić się materiałami PCB z certyfikatami: IATF16949, ISO9001, ISO14001, UL, CQC, RoHS i REACH.
Firma obsługuje cały proces produkcji obejmujący: prototypowanie PCB, produkcję PCB, montaż PCB, testowanie, a także wysyłkę końcową. Są oni w stanie zmontować BGA, Micro-BGA, QFN i inne bezołowiowe części pakietu. NextPCB posiada również internetowy sklep z częściami.
Obecnie trwa promocja, można otrzymać płytki dwuwarstwowe za darmo. Koszt płytki 4-ro warstwowej na laminacie FR4 – o rozmiarach 100mm x 100mm – to 12 USD.
O czym pamiętać projektując PCB?
–> Kondensatorach odsprzęgających zasilanie – kondensator powinno się umiejscowić bezpośrednio na tych fragmentach dwóch ścieżek, którymi płynie prąd do układu. Pojemność stanowi zwarcie (lub stosunkowo niewielką rezystancję) dla prądów wysokiej częstotliwości, przez co blokuje zakłócenia elektromagnetyczne. Kondensator również w przypadku nagłych skoków poboru prądu przez układ zapewni stałe napięcie.
–> Prowadzeniu ścieżek sygnałowych na tyle daleko od siebie, by nie pojawiały się między nimi przesłuchy (tj. by sygnał z jednej ścieżki nie indukował się zbyt mocno w drugiej).Co ciekawe, najwięcej zakłóceń powodują sygnały z linii zegarowej (CLK), ponieważ w czasie transmisji występuje na niej ciągły impuls prostokątny (wynika to wprost ze specyfiki protokołów).
Przyjmuje się że ścieżki powinny być od siebie oddalone o odległość trzy razy większą niż ich szerokość(1). Na zdjęciu przedstawiony przekrój płytki z magistralą SPI (sygnał chip select pomijamy, ponieważ w trakcie transmisji zmienia się tylko dwa razy, więc generowane przez niego minimalne zakłócenia można pominąć).
–> Umieszczeniu i opisaniu test-pointów – specjalnych pól które można dotknąć multimetrem – w miejscach na których napięcia będą częściej mierzone, chociażby w celu kalibracji.
–> Położeniu rezystorów podciągających – pull-upy – do magistral, które tego wymagają – na przykład I2C czy 1Wire.
–> Podłączeniu nieużywanych pinów mikrokontrolera do specjalnego osobnego gniazda(niekoniecznie wyprowadzonego poza obudowę) – o ile pozwalają na to rozmiary płytki. Dzięki temu, będziemy mogli wygodnie wyprowadzić z urządzenia dodatkowe sygnały. Jest to przydatne w sytuacji kiedy chcielibyśmy dodać peryferia, albo dokładniej przetestować możliwości mikrokontroler.
–> W przypadku potrzeby użycia większej ilości peryferiów – czujników, expanderów, czegokolwiek co komunikuje się cyfrowo, należy rozważyć użycie płytki wielowarstwowej(4-ro, 6-cio, 8-io).
Dzięki temu płytkę będzie można przeprojektować tak by jeszcze bardziej zminimalizować ryzyko wzajemnego zakłócania się linii cyfrowych. Łatwiej też zmniejszać w ten sposób płytkę drukowaną – a w efekcie zmniejszyć urządzenie.
Przypisy
- Andrzej Akseńczuk, Jerzy Dora – Projektowanie obwodów drukowanych
Autor: Nikoloz Glonti
