Sempre desanimado com interferência de sinal, dissipação de calor ruim e roteamento bagunçado ao fazer o layout de PCB? Na verdade, desde que você domine as técnicas principais, pode lidar facilmente com todos os tipos de desafios de layout! Hoje, compilamos 9 métodos de layout de PCB híbridos super práticos, desde a colocação de componentes até a blindagem da camada inferior, todos repletos de informações práticas e sem firulas, permitindo que os iniciantes comecem rapidamente!

I. Colocação de Componentes: Siga as "Regras" para Colocar os Componentes Corretamente e Evitar Desvios

A colocação incorreta dos componentes tornará todo o roteamento subsequente inútil! Ao fazer o layout dos componentes, você não apenas deve seguir os caminhos de sinal no esquema e deixar espaço suficiente para os traços, mas também deve se lembrar destes 5 princípios:

• As fontes de alimentação devem ser agrupadas de forma compacta, com projetos de desacoplamento para garantir uma fonte de alimentação estável;
• Os capacitores de desacoplamento devem ser colocados próximos aos componentes para encurtar os loops de corrente e reduzir o ruído;
• Os conectores devem ser colocados diretamente na borda da placa para facilitar a conexão de dispositivos externos sem ocupar a área principal;
• Os componentes de alta frequência devem ser colocados estritamente de acordo com o fluxo do esquema para evitar a corrupção do sinal;
• Processadores, geradores de clock, grandes dispositivos de armazenamento e outros "componentes principais" devem ser colocados no centro da placa para facilitar a conexão aos circuitos circundantes.

II. Módulos Analógicos + Digitais: Layout Separado, Sem Interferência
Sinais analógicos e digitais estão frequentemente em desacordo; compartilhar áreas pode facilmente levar à interferência mútua, resultando em baixo desempenho do circuito! A abordagem correta é separar completamente os dois. Os pontos-chave são aqui:

• Coloque componentes de precisão (como amplificadores e fontes de tensão de referência) no plano analógico e dedique o plano digital ao controle lógico, blocos de temporização e outros "componentes de alto ruído";
• ADCs (Conversores Analógico-Digital) e DACs (Conversores Digital-Analógico) lidam com sinais mistos, portanto, tratá-los como componentes analógicos é mais confiável;
• Projetos ADC/DAC de alta corrente devem ter fontes de alimentação analógicas e digitais separadas (DVDD conectado à seção digital, AVCC conectado à seção analógica);
• Microprocessadores e microcontroladores geram calor significativo, portanto, colocá-los no centro da placa de circuito e próximos aos blocos de circuito conectados resultará em uma dissipação de calor mais eficiente.

III. Roteamento: Siga o Caminho Mais Curto e Reto, Evite Estas Armadilhas

Depois que os componentes estão no lugar, o roteamento é sobre "construir canais de sinal". Lembre-se destes 8 princípios para uma transmissão de sinal mais suave:

• Quanto mais curto e reto for o caminho do sinal, melhor, reduzindo o atraso e a interferência;
• Um plano de aterramento deve ser colocado próximo às camadas de sinal de alta velocidade para garantir o retorno normal do sinal;
• Os circuitos de alta velocidade devem ser roteados estritamente de acordo com o caminho do sinal do esquema e não podem ser alterados arbitrariamente;
• Use traços de fonte de alimentação curtos, retos e largos para reduzir a indutância;
• Evite transformar traços e vias em "formas de antena" para evitar interferência adicional;
• Mantenha os traços de circuito digital e analógico isolados, sem cruzar ou sobrepor;
• Preste atenção extra aos traços de aterramento que conectam as zonas digitais e analógicas;
• Evite desvios e vias desnecessários durante todo o processo, simplificando o caminho e reduzindo a perda de sinal.

IV. Módulo de Fonte de Alimentação: Fonte de Alimentação de Proximidade + Design de Isolamento – Estabilidade é Fundamental

A fonte de alimentação é o "coração" do circuito; um layout inadequado pode facilmente levar à falha geral. Existem dois pontos-chave:

• O módulo de fonte de alimentação deve estar próximo aos componentes da fonte de alimentação, ao mesmo tempo em que é isolado de outros circuitos para evitar a propagação de ruído;
• Para dispositivos complexos com vários pinos de fonte de alimentação, use módulos de fonte de alimentação dedicados para as seções analógica e digital para eliminar completamente a interferência de ruído digital com sinais analógicos;
• As linhas de alimentação devem seguir o princípio "curto, reto, largo" para reduzir a indutância e as limitações de corrente, resultando em uma fonte de alimentação mais estável.

V. Design de Desacoplamento: Criando um Ambiente de Baixo Ruído para Maximizar o Desempenho do Dispositivo

O núcleo do desacoplamento é "filtrar o ruído da fonte de alimentação". A Razão de Rejeição da Fonte de Alimentação (PSRR) determina diretamente o desempenho do dispositivo. Estes 5 métodos práticos são essenciais:

• **Combinando Capacitores: Capacitores cerâmicos de baixa indutância filtram ruído de alta frequência, capacitores eletrolíticos atuam como "reservatórios de carga" para filtrar ruído de baixa frequência, e contas de ferrite podem ser selecionadas para aumentar o isolamento;
• **Coloque os capacitores de desacoplamento próximos aos pinos de alimentação do dispositivo e conecte-os a um plano de aterramento de baixa impedância usando traços ou vias curtos para reduzir a indutância em série;
• **Coloque pequenos capacitores (0,01μF-0,1μF) próximos aos pinos de alimentação para evitar a instabilidade do dispositivo quando várias saídas mudam simultaneamente;
• **Mantenha os capacitores eletrolíticos (10μF-100μF) a não mais de 1 polegada de distância dos pinos de alimentação; muita distância afetará o desempenho da filtragem;
• **Os capacitores de desacoplamento podem ser conectados ao plano de aterramento em forma de T via próximo ao pino GND do dispositivo, simplificando o processo sem fiação adicional.

VI. Camadas de PCB: Planeje as Camadas com Antecedência e Otimize os Caminhos de Retorno

Determine o esquema de camadas antes do roteamento, caso contrário, ele afetará o caminho de retorno do sinal. Diferentes números de camadas exigem diferentes considerações de design:

• Sistemas de aquisição de dados de alto desempenho devem priorizar PCBs de 4 camadas ou superiores; placas de duas camadas são adequadas para circuitos simples.
• Layout típico de placa de 4 camadas: Camada superior (sinais digitais/analógicos), segunda camada (camada de aterramento, reduzindo a queda de tensão IR e protegendo os sinais), terceira camada (camada de alimentação), camada inferior (sinais auxiliares);
• As camadas de alimentação e aterramento devem ser adjacentes, utilizando a capacitância entre camadas para obter desacoplamento de alta frequência;
• Placas multicamadas podem usar vias cegas e vias enterradas para conectar camadas, reduzindo o espaço de traço da superfície e tornando o layout mais limpo.

VII. Resistores de Cobre de PCB: Escolhendo a Espessura de Cobre Certa para Reduzir Erros
Traços de cobre são o núcleo das interconexões de circuito e planos de aterramento. Resistência excessiva pode levar a erros de sinal. Lembre-se destes pontos:

• As PCBs padrão usam cobre de 1oz; seções de alta potência usam cobre de 2oz ou 3oz (a resistividade do cobre é 1,724 × 10⁻⁶ Ω/cm a 25℃);
• A folha de cobre de 1oz tem aproximadamente 0,036 mm de espessura, com uma resistência de 0,48 mΩ/quadrado. Por exemplo, um traço de 0,25 mm de largura tem uma resistência de aproximadamente 19 mΩ/cm;
• Para circuitos de precisão de baixa impedância (como ADCs de 16 bits), preste atenção à resistência do traço de cobre para evitar a introdução de erros adicionais. Alargue os traços ou aumente a espessura do cobre, se necessário.

VIII. Design de Aterramento: Duas Opções, Escolha de Acordo com as Necessidades

O aterramento é crucial para suprimir a interferência. Escolher a opção certa é importante para diferentes sistemas. Dois métodos principais são explicados em detalhes:

1. Camada de Aterramento Única (Recomendado para sistemas ADC/DAC de baixa corrente digital)

• Usar uma única camada de aterramento sólida permite que a corrente de retorno siga o caminho de menor resistência, evitando a interferência de sinal misto.
• A corrente de retorno de baixa frequência flui ao longo da linha de referência de aterramento do dispositivo, enquanto a corrente de retorno de alta frequência flui de volta ao longo do caminho do sinal, reduzindo a interferência do loop.

2. Aterramento Analógico Independente + Aterramento Digital (Recomendado para sistemas complexos de alta corrente)

• Dividir a camada de aterramento em aterramento analógico e aterramento digital, conectados via um "aterramento em estrela" (o ponto de interseção é um aterramento em estrela), garantindo níveis de referência consistentes para ambos.
• O pino AGND de dispositivos de sinal misto é conectado ao aterramento analógico, e o pino DGND é conectado ao aterramento digital, isolando a corrente digital de alto ruído.
• As PCBs multicamadas devem garantir o isolamento completo entre os planos AGND e DGND, e a sobreposição não é permitida.

Ⅸ. Blindagem de Interferência Eletromagnética: Crie uma Gaiola de Faraday para Eliminar Interferência Externa

Depois de abordar a interferência interna, é crucial proteger contra interferência eletromagnética externa (EMI). Caso contrário, interrupções de comunicação, corrupção de dados de sensores e falhas de componentes podem ocorrer. Aqui estão algumas técnicas de blindagem:

• Use blindagem metálica suficiente para criar uma "gaiola de Faraday", cobrindo totalmente o circuito de todos os seis lados e conecte-o ao plano de aterramento para uma blindagem ideal.
• O projeto de blindagem deve considerar os requisitos de dissipação de calor e reservar canais de entrada/saída de sinal. A blindagem não deve interferir na operação normal do circuito.
• Para ambientes de alta frequência e alta interferência, a camada de blindagem deve garantir uma conexão perfeita para evitar "lacunas de blindagem."

Domine estas 9 técnicas de layout de PCB híbridas. Seja você um iniciante ou um otimizador de PCB experiente, você pode lidar facilmente com vários desafios de layout, dobrando diretamente a estabilidade e o desempenho do circuito!