Nguyên tắc bố trí dây I Nguyên tắc bố trí PCB • • • • Sau đặt xong linh kiện, cấu trúc khí, tản nhiệt, nhiễu điện từ, tính thuận tiện việc dây để bố trí linh kiện hợp lý Thông qua việc di chuyển, xoay, đảo điều chỉnh việc bố trí linh kiện để thỏa mãn yêu cầu Trong trình bố trí linh kiện, cần ý tới lưới, ký hiệu… Việc bố trí linh kiện đặt linh kiện mặt mạch in cách hợp lý Đây bước trình thiết kế mạch in công việc tốn nhiều tinh thần nhất, phải qua nhiều lần bố trí tương đối thỏa mãn yêu cầu Đây bước quan trọng định thành công việc thiết kế mạch in thỏa mãn yêu cầu thiết kế Một bố trí tốt, trước hết phải thỏa mãn đặc tính thiết kế mạch điện, giới hạn không gian lắp ráp Khi giới hạn kích thước, phải bố trí cho linh kiện có mật độ cao nhất, giảm thiểu kích thước, giảm thiểu chi phí sản xuất Để tạo mạch in có chất lượng tốt, giá hợp lý, gia công nhanh, việc bố trí mạch in cần tuân thủ nguyên tắc sau: Nguyên tắc đặt linh kiện - Tuân theo nguyên tắc: Khó trước-dễ sau, lớn trước-nhỏ sau Trước tiên, bố trí IC bán dẫn mạch - Ở điều kiện thông thường, linh kiện nên bố trí mặt mạch in, mật độ linh kiện mặt Top cao, chuyển số linh kiện có chiều cao hạn chế phát nhiệt như: điện trở dán, tụ điện dán, IC dán …đặt mặt Bottom, hình vẽ - Với yêu cầu đảm bảo đặc tính điện, linh kiện nên bố trí ô lưới đặt song song thẳng hàng với nhau, để gọn gàng, đẹp Thông thường, không cho phép chồng chéo linh kiện, linh kiện cần bố trí dày, linh kiện đầu vào, đầu bố trí cách xa - Các linh kiện loại nên bố trí hướng X Y; Các linh kiện có cực tính loại cần bố trí hướng X Y, giúp bố trí đối xứng với mạch cấu trúc trình sản xuất điều chỉnh - - - - Tụ lọc nguồn IC đặt gần chân nguồn IC có thể, nguyên tắc tần số cao gần nhất, tạo thành đường phản hồi ngắn nguồn đất Các tụ đặt phân bố xung quanh mạch IC Khi bố trí linh kiện, tính tới việc bố trí linh kiện dùng chung nguồn gần nhau, thuận tiện việc phân chia nguồn sau Giữa số linh kiện đường mạch có điện tương đối cao, nên tăng độ cách ly chúng, tránh tượng phóng điện, xuyên tâm dẫn đến ngắn mạch không mong muốn Các linh kiện mang điện áp cao nên bố trí vị trí động tới trình điều chỉnh Các linh kiện đặt biên bo mạch cách biên bo mạch lần độ dày bo mạch Đối với linh kiện có chân, không thực việc lật chuyển, tránh xảy tượng lắp ráp bị nhầm chân linh kiện Khoảng cách hai linh kiện chân cắm lớn 2mm, BGA linh kiện lân cận lớn 5mm, trở, tụ dán lớn 0.7mm, chân linh kiện dán lỗ via lân cận lớn 2mm, linh kiện kết nối không đặt linh kiện khác xung quanh 5mm, xung quanh mặt hàn tiếp 5mm không đặt linh kiện dán Các linh kiện bố trí bo mạch, mật độ đồng nhất, trọng tâm cân đối 2 Các nguyên tắc bố trí theo hướng tín hiệu: - Thường đường tín hiệu bước xếp ví trí đơn nguyên mạch chức năng, lấy linh kiện quan trọng mạch chức làm trung tâm, thực bố trí xung quanh nó, cố gắng giảm nhỏ rút ngắn đường mạch linh kiện - Bố trí linh kiện nên làm tín hiệu lưu thông, làm tín hiệu giữ nguyên phương hướng, đa số tình hướng tín hiệu từ trái sang phải, từ xuống dưới, linh kiện nối với cổng đầu vào, đầu nên đặt gần đầu vào, đầu xung quanh cổng liên kết Phòng tránh nhiễu điện từ - Với linh kiện phát xạ điện từ trường tương đối mạnh, linh kiện tương đối nhạy cảm điện từ, tăng khoảng cách chúng thêm cách ly, hướng bố trí linh kiện nên vuông góc với đường mạch lân cận - Cố gắng tránh lắp hỗn tạp linh kiện điện áp cao, thấp, bố trí linh kiện có tín hiệu mạnh, yếu giao - Đối với linh kiện sinh từ trường, biến áp, điện cảm…khi bố trí cần ý giảm đường sức điện từ cắt đường mạch in, hướng từ trường linh kiện cạnh trực giao, giảm ngẫu hợp chúng - Đối với nguồn nhiễu, thực bọc kim Phần bọc kim phải tiếp đất - Với mạch làm việc tần số cao, cần tính tới ảnh hưởng tham số phân bố linh kiện - Đới với linh kiện có dòng lớn, thường bố trí gần với cổng đầu vào nguồn, cần cách xa mạch có dòng nhỏ, thêm vào tụ lọc Tạp âm nhiệt mạch in - Đối với linh kiện sinh nhiệt, nên ưu tiên đặt vị trí thuận lợi tỏa nhiệt, thường bố trí biên bo mạch, Khi cần bố trí tản nhiệt quạt làm mát, để giảm thấp nhiệt độ, giảm ảnh hưởng tới linh kiện xung quanh - Một số IC tiêu hao công suất lớn, bán dẫn công suất vừa, lớn, điện trở… cần bố trí nơi dễ tỏa nhiệt, cách ly định với linh kiện khác - Sensor nhiệt cần đặt sát linh kiện cần đo cách xa khu vực nhiệt độ cao, để tránh ảnh hưởng linh kiện phát nhiệt khác, dẫn tới sai sót - Khi bố trí linh kiện hai mặt, mặt Bottom thường không đặt linh kiện phát nhiệt Nâng cao độ chắn khí - Cần ý tới cân trọng tâm ổn định toàn bo mạch, linh kiện lớn nặng cố gắng đặt gần cổng cố định bo mạch, giảm thấp trọng tâm, nâng cao độ chắn khí khả chống kéo, rung xóc giảm tượng võng, biến hình bo mạch - Linh kiện có trọng lượng lớn 15 g, không gắn hàn, mà nên có thêm giá kẹp để cố định - Để giảm nhỏ thể tích nâng cao độ chắn khí, thêm bo mạch bổ trợ, lắp ráp linh kiện trọng lượng lớn biến áp, rơ le… đặt bo mạch bổ trợ, sau cố định chúng phụ kiện - - Hình dáng thông thường bo mạch hình chữ nhật Khi kích thước bo mạch lớn 200x150mm, cần tính tới kết cấu khí gia cố khung khí bo mạch Trên bo mạch cần lưu vị trí lắp ráp, lỗ vít vị trí dùng để liên kết, cố định Hình ví dụ bố trí mạch điện 6 Bố trí linh kiện điều chỉnh Việc bố trí linh kiện điều chỉnh: biến trở, biến dung, biến cảm chuyển mạch… cần tính tới yêu cầu cấu trúc tổng thể Nếu điều chỉnh từ bên ngoài, cần bố trí vị trí tương ứng với vị trí nút điều chỉnh mặt hộp máy Nếu điều chỉnh trong, bố trí vị trí dễ điều chỉnh II Nguyên tắc dây PCB - Bố trí linh kiện dây hai công việc liên quan mật thiết với nhau, bố trí linh kiện tốt, xấu ảnh hưởng trực tiếp tới xác suất dây thành công Việc dây chịu ảnh hưởng yếu tố: bố trí linh kiện, lớp mạch in, cấu trúc mạch điện, yêu cầu tính điện…, Kết dây chịu ảnh hưởng trực tiếp tính bo mạch Khi dây, cần tính tới tổng hợp yếu tố ảnh hưởng, thiết kế mạch in chất lượng cao Các phương pháp dây thường dùng là: Đi dây trực tiếp: Phương pháp dây mạch in truyền thống khởi nguồn sớm từ bo mạch in mặt Quá trình là: Đầu tiên dây trực tiếp một vài đường mạch quan trọng từ điểm đầu tới cuối Sau bố trí mạch quan trọng vòng qua đường mạch trước Kỹ xảo thông dụng lợi dụng đường mạch qua linh kiện để nâng cao hiệu suất dây Các đường mạch không dây thông qua đường ngắn mạch mặt Top để giải - Đi dây trục tọa độ X-Y Đi dây trục tọa độ X-Y tất đường mạch bố trí mặt mạch in song song với biên bo mạch in, đường dây bố trí mặt liền kề trực giao với chúng Việc liên kết mặt thông qua lỗ via Lựa chọn lớp dây Đi dây mạch in sử dụng mặt, hai mặt nhiều lớp Thông thường, trước tiên sử dụng mặt, sau đến mặt Nếu chưa thỏa mãn yêu cầu thiết kết tính tới sử dụng bo mạch nhiều lớp Nguyên tắc độ rộng đường mạch in - Độ rộng nhỏ đường mạch in chủ yếu định bám đường mạch lớp dòng điện chiều qua Với mạch in đồng dày 0.05mm, độ rộng 1-1.5mm, dòng điện 2A, nhiệt độ tăng không 30C Do đó, thông thường chọn độ rộng đường mạch xung quang 1.5mm hoàn toàn đáp ứng yêu cầu Đối với mạch IC đặc biệt mạch số thông thường chọn 0.2-0.3mm đủ Chỉ cần mật độ cho phép, nên cố gắng sử dụng đường mạch rộng, đặc biệt đường nguồn đất - Điện cảm đường mạch in tỉ lệ thuận với độ dài, tỉ lệ nghịch với độ rộng Do đường mạch ngắn rộng có lợi với nhiễu mạch in - Độ rộng đường mạch in thường nhỏ đường kính chân hàn Nguyên tắc khoảng cách đường mạch in Khoảng cách nhỏ đường mạch in điện trở cách nhiệt điện áp phóng điện đường mạch trường hợp xấu định Đường mạch ngắn, khoảng cách lớn điện trở cách nhiệt lớn Khi khoảng cách đường mạch 1.5mm, điện trở cách nhiệt lớn 20M Ohm, cho phép điện áp 300V Khi khoảng cách đường mạch 1mm, cho phép điện áp 200V Thông thường, chọn khoảng cách đường mạch từ 1-1.5mm hoàn toàn đáp ứng yêu cầu Đối với mạch IC, đặc biệt mạch số, cần công nghệ cho phép, làm khoảng cách đường mạch nhỏ 4 Nguyên tắc thứ tự ưu tiên dây - Nguyên tắc mật độ thưa: Đi dây tay với linh kiện kết nối đơn giản; Bắt đầu với vùng có mật độ đường mạch thưa nhất; Căn trạng thái cá nhân - Nguyên tắc ưu tiên hạt nhân: Nên ưu tiên dây phận hạt nhân DDR, RAM…, đường truyền tín hiệu nên có lớp riêng, nguồn, hồi tiếp đất, tín hiệu thứ yếu khác nên ý tới tổng thể, không loại trừ lẫn với tín hiệu quan trọng - Ưu tiên đường tín hiệu quan trọng: Nguồn, tín hiệu analog nhỏ, tín hiệu tốc độ cao, tín hiệu đồng hồ, đồng … ưu tiên dây trước 5 Nguyên tắc dây đường mạch quan trọng Đường mạch quan trọng bao gồm: đường clock, reset tín hiệu yếu … - Dùng đường đất để bao vùng clock, đường clock ngắn tốt; Vỏ thạch anh phải nối đất; Phía thạch anh linh kiện nhạy cảm với nhiễu không nên dây - Clock, bus tổng, tín hiệu chọn chip cần cách xa đường mạch I/O connector, tạo clock gần linh kiện sử dụng clock tốt - Đường mạch clock dễ sinh nhiễu phát xạ điện từ nhất, dây nên gần đường hồi tiếp đất, đường clock trực giao với đường I/O nhiễu nhỏ so với song song với đường I/O - Đường tín hiệu nhỏ, xung quanh đường tần số thấp không nên tạo thành vòng dòng điện - Đường đầu vào điện áp analog, cổng điện áp tham chiếu định phải cố gắng để cách xa đường tín hiệu số, đặc biệt đường tín hiệu clock 6 Nguyên tắc dây đường tín hiệu - Đường mạch vào, nên tránh song song, đường tín hiệu song song cố gắng có khoảng cách đủ lớn, tốt thêm đường đất giữa, tạo tác dụng cách ly - Đường mạch hai mặt mạch in nên trực giao, chéo vòng, tránh song song, giảm nhỏ ngẫu hợp ký sinh - Khi đường tín hiệu có chênh lệch điện áp lớn, cần tăng khoảng cách đường mạch; Khi mật độ đường mạch nhỏ, đường mạch to, khoảng cách đường mạch tăng lớn hợp lý - Cố gắng có lớp riêng cho tín hiệu clock, tín hiệu cao tần, tín hiệu nhạy cảm tín hiệu quan trọng, đồng thời đảm bảo diện tích đường hồi tiếp nhỏ Nêu sử dụng phương pháp dây tay ưu tiên, bọc kim mở rộng khoảng cách an toàn đảm bảo chất lượng tín hiệu 7 Nguyên tắc bố trí đường đất - Thông thường, đường đất chung bố trí xung quanh bo mạch in, giúp tiếp đất với giá lắp ráp Giữa đường đất biên bo mạch lại khoảng cách định (không nhỏ độ dầy), không liên quan tới việc lắp đặt, gia công mà nâng cao tính cách ly - Trên mạch in, có gắng giữ lại đồng làm đường đất, giúp cải thiện đặc tính truyền dẫn tác dụng cách ly, giảm ảnh hưởng tụ điện phân bố Đường đất không thiết kế thành đường hồi tiếp kín Với tín hiệu thấp tần sử dụng đơn điểm tiếp đất; với tín hiệu cao tần cần tiếp đất gần sử dụng phương thức tiếp đất diện tích lớn - - Nếu mạch in có linh kiện có dòng lớn, rơ le, loa … đường đất chúng tốt riêng, giảm tạp âm đất Nguồn mạch tương tự mạch số, đường đất nên bố trí riêng, giúp giảm thiểu nhiễu lần mạch tương tự mạch số Để tránh việc dòng điện phần mạch số thông qua đường đất sinh nhiễu với phần mạch tương tự, thường sử dụng phương pháp chia cắt đường đất giúp đường đất phận tạo thành đường hồi tiếp, sau nối với đất chung Ví dụ hình, phần đất mạch số tương tự riêng Để đảm bảo tính hoàn chỉnh tín hiệu, cổng nguồn, thông qua điện trở Ohm cuộn cảm nhỏ để nối với đất chung Nguyên tắc mạch vòng nhỏ nhất: Diện tích vòng đường tín hiệu đường hồi tiếp đất tạo thành cần nhỏ có thể, diện tích vòng nhỏ, phát xạ nhỏ, nhiễu thu từ bên nhỏ, hình trang trước Đối với nguyên tắc này, phân chia mặt tiếp đất, cần tính tới phân bố đường tín hiệu quan trọng mặt tiếp đất; với thiết kế hai lớp, tình cần lưu lại không gian đủ cho nguồn điện, thông thường phủ đất với phần dư lại, thêm vào số via, giúp liên kết tín hiệu hai mặt, đường tín hiệu quan trọng, sử dụng đường đất cách ly 8 Nguyên tắc cách ly tín hiệu - Khi linh kiện bo mạch in cần bọc kim cách ly, chụp bọc kim bên linh kiện, mặt đối diện phía ứng với vị trí linh kiện chụp lên chụp bọc kim dẹt (hoặc kim loại), liên kết hai chụp bọc kim với đất Theo tạo lên hộp bọc kim hoàn chỉnh - Đường mạch in cần cách ly, yêu cầu không cao, sử dụng cách ly đường mạch in Đối với bo nhiều lớp, thường sử dụng qua lớp nguồn lớp đất, vừa giải vấn đề dây đường nguồn, đường đất, vừa thực cách ly đường tín hiệu - Đối với số tín hiệu quan trọng, tín hiệu clock, tín hiệu đồng tín hiệu tần số cao, nên tính tới việc sử dụng cách ly đường bao phủ đồng, sử dụng đường đất để cách ly trái phải, đường mạch, đồng thời tính đến việc liên kết đất cách ly với đất thực hình vẽ 9 Nguyên tắc khống chế độ dài đường mạch Nguyên tắc khống chế độ dài đường mạch nguyên tắc đường ngắn, thiết kế nên cố gắng co ngắn đường mạch, giảm nhiễu độ dài đường mạch gây ra, hình Đặc biệt đường tín hiệu quan trọng, đường clock, bắt buộc đặt dao động gần với linh kiện sử dụng clock Khi cấp clock cho nhiều linh kiện tình cụ thể 10 Nguyên tắc bẻ góc Trong thiết kế PCB, tránh tạo góc nhọn góc vuông, sinh phát xạ không cần thiết, đồng thời tính công nghệ không tốt Các góc đường nên >=1350 Như hình 11 Nguyên tắc bố trí tụ lọc Bố trí tụ lọc chế áp nhiễu sinh biến đổi tải, phương pháp thường dùng thiết kế mạch in, nguyên tắc bố trí sau: - Cổng vào nguồn điện nối với tụ hóa10-100uF, không gian bo mạch in cho phép, sử dụng tụ hóa 100uF cho hiệu chống nhiễu tốt - Với IC nối tụ gốm 0.01uF Nếu không gian không cho phép, 4-10 IC nối tụ 1-10uF - Với linh kiện chống nhiễu kém, dòng điện đóng ngắt biến đổi lớn ROM, RAM linh kiện nhớ, có tụ lọc trực tiếp đường nguồn - Dây nối tới tụ lọc nguồn không dài, đặc biệt tụ gần đường cao tần Bố trí tụ lọc phương thức dây nguồn ảnh hưởng trực tiếp tới độ ổn định toàn hệ thống, ảnh hưởng tới thành bại thiết kế, cần bố trí hợp lý hình sau 12 Nguyên tắc dây với mạch cao tần - Trong mạch cao tần, IC nên có tụ cách ly cao tần, vừa đảm bảo đường nguồn không chịu ảnh hưởng nhiễu tín hiệu khác, vừa lọc trừ xuống đất nhiễu tự thân sinh ra, phòng trừ nhiễu thông qua đường khác (không gian nguồn) truyền - Đường nối đường cao tần nên đường thẳng, cần phải chuyển hướng, dùng đường 45 độ vòng cung, giảm nhỏ phát xạ tín hiệu cao tần bên ghép tương hỗ Đường nối chân ngắn tốt, lỗ via lớp tốt 13 Nguyên tắc phân tầng, phân khu bố trí linh kiện - Để tránh can nhiễu lẫn phận làm việc tần số khác nhau, đồng thời giảm ngắn đường mạch phận cao tần, thông thường bố trí phần cao tần gần cổng giảm ngắn đường mạch, đương nhiên việc bố trí cần tính tới tín hiệu thấp tần chịu nhiễu, đồng thời tính tới vấn đề phân chia đất phần cao/thấp tần Thông thường chia đất riêng cho hai phần nối với cổng connector - Đối với mạch A/D mix, bo mạch nhiều lớp, phân chia bố trí phần số tương tự hai mặt bo mạch, dùng lớp dây khác nhau, lớp nguồn đất để cách ly ... Nếu đi u chỉnh từ bên ngoài, cần bố trí vị trí tương ứng với vị trí nút đi u chỉnh mặt hộp máy Nếu đi u chỉnh trong, bố trí vị trí dễ đi u chỉnh II Nguyên tắc dây PCB - Bố trí linh kiện dây. .. mạch Trên bo mạch cần lưu vị trí lắp ráp, lỗ vít vị trí dùng để liên kết, cố định Hình ví dụ bố trí mạch đi n 6 Bố trí linh kiện đi u chỉnh Việc bố trí linh kiện đi u chỉnh: biến trở, biến dung,... kiện, linh kiện cần bố trí dày, linh kiện đầu vào, đầu bố trí cách xa - Các linh kiện loại nên bố trí hướng X Y; Các linh kiện có cực tính loại cần bố trí hướng X Y, giúp bố trí đối xứng với mạch