היכרות עם PCB Ground Plane: ציוד חיוני

מבוא

אי פעם תהיתם למה אנחנו צריכים לשים א שכבת נחושת בתחתית הלוחות שלנו? ולמה כל כך חשוב לוודא שהוא מחובר?

מישור הקרקע הוא הבסיס של כל PCB. הוא מספק חיבור חשמלי בין כל הרכיבים בלוח, כך שהם יכולים לתקשר אחד עם השני. ללא מטוס הארקה אפקטיבי, בסופו של דבר תקבל ערבוביה של אותות ואין דרך לסדר אותם.

PCB מטוס קרקע

מבוא ל-PCB Ground Plane

כיצד פועל מטוס קרקע בלוח PCB?

זה לא סתם חתיכת נחושת ישנה: זה ספציפי שכבת ה-PCB, והוא חייב להיות עשוי מסוג מיוחד של נחושת שעבה מספיק כדי לספק נתיב מוצק לזרם.

מטרת מישור ההארקה היא לספק שטח פנים גדול לזרימת הזרם. זה עובד על ידי הפחתה עכבה והגדלת רוחב הפס. PCB עם מטוס הארקה יהיה בעל קיבולת זרם גבוהה יותר מאשר אחד בלעדיו; זה הופך אותו לאידיאלי עבור מעגלים בעלי הספק גבוה כגון אלה המשמשים ב דיגיטלי היגיון או תדר רדיו יישומים.

מטוס הארקה הוא חיוני מכיוון שהוא עוזר להפחית הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI). כאשר יש לך מספר אותות שמתרוצצים, הם יכולים להפריע זה לזה ולגרום לבעיות. ה גדול יותר מטוס ההארקה שלך, כך תהיה פחות הפרעה בין האותות שלך.

מטוס קרקע ב-PCB

מטוס קרקע ב-PCB

מדוע PCB Ground Plane חשוב?

הוא מספק נקודת חיבור לכל הרכיבים בלוח. זה מאפשר חלוקה שווה של החשמל בכל המערכת, מה שמונע נקודות חמות ועוזר להבטיח שאף רכיב אחד לא יתגבר או יתמוטט.

זה גם חשוב להפחתת הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI). זה חשש במיוחד כאשר ה-PCB נמצא בקרבת ציוד או מכשירים רגישים, כמו מחשבים or רפואי צִיוּד. מישור ההארקה יכול להפחית הפרעה זו על ידי מתן נתיב לפיזור של שדות אלקטרומגנטיים.

סוגי PCB משטח הארקה

ישנם סוגים רבים ושונים של מטוסי הארקה PCB. הסוג שתבחר תלוי ביישום, בתקציב ובצורך בגמישות.

סוגי PCB משטח הארקה

סוגי מטוסי קרקע PCB

אדמת אדמה

מטוס הארקה הוא הרכיב הגדול ביותר על הלוח - והוא הכרחי לחלוטין לתפקוד תקין.

מישור ההארקה מספק נתיב לזרם לזרום בין ספק כוח והמכשיר עצמו. זה מבטיח שלא יהיה הפרש מתח בין שתי נקודות כלשהן על הלוח. אם חלק אחד של המוצר שלך צריך יותר כוח מאשר חלק אחר, קל להוסיף חיבורים נוספים בין שתי הנקודות הללו; אבל אם הם לא מחוברים בכלל, תצטרכו למצוא דרך אחרת לחבר אותם - מה שעלול להיות הרבה יותר קשה.

מטוסי קרקע עשויים בדרך כלל נחושת בגלל המוליכות הגבוהה וההתנגדות הנמוכה שלו (ההפך מהתנגדות). יש לו גם מוליכות תרמית מעולה כך שחום יכול להתפזר במהירות הרחק מרכיבים אלקטרוניים רגישים כגון טרנזיסטורים או שבבים.

אדמת אדמה

אדמת אדמה

קרקע המארז

הוא מורכב משכבה אחת של רדיד נחושת שמכסה את כולו פני השטח של המעגל המודפס. מישור ההארקה של המארז מחובר למסוף ההארקה בכל רכיב. זה עוזר להפחית הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI) על ידי מתן כמות גדולה של שטח פנים למטרות הארקה.

מישור ההארקה של השלדה משמש גם כמגן אלקטרומגנטי, המגן מפני בתדירות גבוהה רעש הנגרם מהפרעות בתדר רדיו (RFI) והפרעות בתדר רדיו (RFI).

קרקע המארז

קרקע המארז

קרקע איתות

משמש לספק מישור הארקה בעל עכבה נמוכה עבור עקבות אותות. לעתים קרובות הם ממוקמים מתחת לאספקת החשמל, והם יכולים להיות עשויים נחושת או אלומיניום. גודלו של מישור זה תלוי בכמות הזרם שתזרום דרכו.

קרקע איתות

קרקע איתות

אדמה צפה

מישור הארקה זה משמש בדרך כלל כאשר קבלי ניתוק אספקת הכוח ממוקמים ליד פיני הקלט או הפלט של IC. דוגמה טיפוסית תהיה א מַגבֵּר עם ספק כוח בעלות נמוכה, שבו הניתוק קבלים ממוקמים ממש ליד פיני הקלט והפלט.

אדמה צפה

אדמה צפה

קרקע וירטואלית

מטוס הארקה שקיים רק באזור מסוים של ה-PCB. הוא ממוקם על פני השטח הפנימיים של הלוח, והוא עוזר להפחית את ההצלבה ולשפר את ביצועי המעגל. ניתן להשתמש במישור ההארקה הווירטואלי בשילוב עם מישור הארקה פיזי, שאמור להיות ממוקם באזורים אחרים של הלוח שאינם מחוברים לשום עקבות או דרכים.

קרקע וירטואלית

קרקע וירטואלית

קרקע AC

סוג של מטוס הארקה של לוח מעגלים מודפס בעל שכבה מבודדת של נחושת הפועלת כמוליך הארקה.

מטרת השימוש במישור הארקה AC על PCB היא לספק נתיב לזרם הזרם ללא הפרעות ממרכיבים אחרים בלוח. אם לא היה נתיב לזרימת הזרם, זה היה גורם להפרעות בין מכשירים המשתמשים בחשמל.

לוגו GND

לוגו GND

שיטות בשימוש בהארקת PCB

ישנן כמה שיטות שונות בשימוש בהארקת PCB. אלו כוללים:

עקבות קרקע

אלו הם הנתיבים שעובר חומר מוליך כדי ליצור חיבור בין שני רכיבים חשמליים או יותר. עקבות הארקה משמשות בדרך כלל לחיבור רפידות הנחושת על גבי PCB למישור ההארקה - שכבת נחושת העוברת מתחת לכל השכבות האחרות במעגל מודפס. מטוס ההארקה מחובר בדרך כלל בקצה אחד להארקה ובקצה השני לכוח.

עקבות קרקע

עקבות קרקע

מטוס משותף

מישור הארקה משותף הוא א פריסת PCB עיצוב שבו כל רכיבים מחוברים למישור הארקה יחיד. מישור ההארקה מקושר למקור הכוח ופועל כערוץ החזר זרם משותף.

מטוס משותף

מטוס משותף

הארקת שוויון פוטנציאל

שיטה ליצירת מישור שווי פוטנציאל על פני השטח של PCB. שיטה זו משתמשת בנחושת ובציפוי נחושת מצופה נחושת לרבד כדי ליצור משטח באותו פוטנציאל כמו מישור ההארקה.

הארקת שוויון פוטנציאל

הארקת שוויון פוטנציאל

שכבת קרקע ייעודית

שיטה זו משמשת כאשר ל-PCB יש רק שכבה אחת למטרות הארקה ובידוד. שכבת ההארקה הייעודית עשויה מרדיד נחושת או אפוקסי מוליך ומחוברת למישור ההארקה באמצעות דרך. צינורות החיבור מלאים בהלחמה או אפוקסי מוליך.

שכבת קרקע ייעודית

שכבת קרקע ייעודית

PCB מטוס קרקע ייעוד ב-PCB

מטרת מישור ההארקה של PCB היא הבאה:

להפחית את הרעש

זהו שטח נחושת גדול שמחובר לאספקת החשמל. מישור ההארקה משמש כנקודת חיבור אחת לכל הרכיבים במעגל שלך, והוא גם עוזר להפחית את הרעש במעגל שלך על ידי מיגון הרכיבים שלך מהפרעות אלקטרומגנטיות.

הפחת הפרעות

מישור הארקה הוא שכבה על ה-PCB שמחוברת לאפיק ההארקה. האוטובוס הקרקע עשוי בדרך כלל מנחושת ועובר על כל הלוח. מישור ההארקה מאפשר מוליכות טובה יותר בין רכיבים ומפחית הפרעות ממרכיבים אחרים.

החזרת מתח

מטרת מישור הארקה של PCB היא לספק נתיב בעל התנגדות נמוכה לזרימת זרם החזרה. זה מאפשר את מתכת שכבה לפעול כקבל יחיד גדול, לאחסן מטען ולשחרר אותו בקצב איטי יותר מהמקור מתח יכול לשנות.

אות החזרה

מישור ההארקה של ה-PCB משמש כנתיב החזרה עבור כל האותות בלוח מעגלים. זה גם עוזר לפזר חום ולספק מיגון אלקטרומגנטי.

שלמות כוח

הוא משמש כנקודת ייחוס משותפת לכל עקבות המעגל, הרכיבים ונתיבים חשמליים אחרים. מישור ההארקה מספק נקודת ייחוס יציבה לכל המתחים, מה שמאפשר להשוות אותם זה מול זה ולהעביר אותם בכל המערכת.

מבדיל שבר אנלוגי ודיגיטלי

מטרה נוספת של מישור הארקה היא להבדיל בין השברים האנלוגיים והדיגיטליים של המעגל שלך. ללא הבחנה זו, האותות החשמליים במעגל שלך לא יהיו ניתנים להבדלה זה מזה.

מחלק כוח DC

זה מחובר לצד השלילי של מקור הכוח של המעגל. זה נעשה על מנת לספק שטח פנים גדול לזרימת זרם, מה שעוזר להפחית את ההתנגדות החשמלית ולהגדיל את הזרם.

מבטל את ה-Crosstalk

דיבור צולב הוא ההפרעה המתרחשת בין אותות חשמליים העוברים דרך חלקים שונים של המעגל. אם אות עובר על פני אות אחר הנוסע בכיוון אחר, אז יהיה אפקט הד, שבו שני האותות משתקפים אחד לשני כמה פעמים לפני שהם מתבטלים לחלוטין. זה יכול לגרום לבעיות באיכות הקול או בהעברת נתונים למרחקים ארוכים.

מישור ההארקה של PCB מבטל בעיה זו על ידי יצירת אזור בו כל האותות יכולים לנוע בחופשיות מבלי להיות מופרעים על ידי אותות אחרים העוברים דרכו.

מחממים פיזור

זהו אחד מהיבטי העיצוב הקריטיים ביותר מכיוון שהוא שומר על רכיבי המעגל קרירים. ככל שפיזור החום יעיל יותר, כך התפעול הכולל של המעגל שלך יעיל יותר.

מטרת מטוס קרקע ב-PCB

מטרת מטוס קרקע ב-PCB

טיפים לשימוש במישור הקרקע ב-PCB שלך

הארקת המעגל שלך למישור ההארקה היא אחת הדרכים הטובות ביותר לשפר את הביצועים שלו. זו גם דרך מצוינת להבטיח שלא תקצר בטעות רכיבים בעיצוב שלך. אם לרכיב יש קצר חשמלי, הוא עלול להזיק לו ולגרום לו להיכשל בטרם עת.

טיפ 1- בדוק את הקובץ המצורף של הכל

כשאתה מעצב את ה-PCB שלך, הדבר הראשון שצריך לבדוק הוא החיבור של הכל. ודא שמטוס ההארקה מחובר כהלכה לשאר לוח המעגלים.

טיפ 2 - שמור את שכבת הקרקע שלמה

שכבת הקרקע צריכה להישמר שלמה, כך שלא תרצה לשבור אותה עם חיבורים או תכונות אחרות שיפחיתו את יעילותה.

טיפ 3 - יש נקודת קרקע משותפת

אם אתה משתמש במטוסי הארקה ב-PCB שלך, ודא שתהיה לך נקודת הארקה משותפת. זה יבטיח שכל חיבורי החשמל שלך מבודדים כראוי ולא יגרום לבעיות במעגל.

טיפ 4 - צמצם את השימוש בסדרת Vias

אם אתה יכול לשמור על מישור ההארקה שלא יופסק על ידי יותר מדי חיבורים בסדרה, הוא יעבוד טוב יותר כגוף קירור ויקטין את הסיכון לקצר חשמלי.

טיפ 5 - תכנון הארקה לפני הניתוב

כדי לוודא שלא השארת נקודות הארקה, תכנן את מטוס ההארקה שלך לפני כן ניתוב. זה יעזור לך לזהות אילו חלקים במעגל צריכים להיות מוארקים ולאן נקודות ההארקה האלה אמורות ללכת.

טיפ 6 - הבן את זרימת הזרמים ב-PCB

לפני שתתחיל לתכנן את מטוס ההארקה שלך, עליך להבין כיצד זרם זורם דרך ה-PCB. ניתן לסווג זרמים כחיוביים, שליליים או מאוזנים. זרמים חיוביים נעים ממקור חיובי (כגון לד) לשקע שלילי (כגון מישור ההארקה). זרמים שליליים נעים ממקור שלילי (כגון נגד) לשקוע חיובי (מישור הארקה). זרמים מאוזנים הם בדיוק כפי שמרמזים שמם: יש להם כמויות שוות של זרמים חיוביים ושליליים שזורמות דרכם.

טיפ 7 - היכונו לשונות דינמית

כאשר אתה מעצב PCB, תרצה לוודא שהתכוננת לשונות דינמית. שונות דינמית היא ההבדל בין הערכים בפועל לערכים המשוערים של ביצועי המעגל במהלך הפעולה. זה יכול להיגרם על ידי שינויים בטמפרטורה או גורמים סביבתיים אחרים, כמו גם על ידי רכיבים שנמצאים בשימוש בצורה שונה ממה שהם תוכננו עבורם.

טיפ 8 - בדוק אותות אנלוגיים ודיגיטליים

כשאתה מעצב לוח מעגלים, מישור ההארקה הוא מרכיב חיוני שעוזר בזרימת האות. יש צורך לבדוק את האותות האנלוגיים והדיגיטליים ב-PCB שלך כדי לוודא שהם יפעלו כראוי.

 

סיכום

מטוסי ההארקה של PCB חשובים מאוד וחייבים להיות מתוכננים כראוי. השתמש בגודל המתאים על מנת לכסות את השטח המקסימלי האפשרי, בהתחשב בכך שרוב הזרמים חוזרים למקור הכוח דרך האדמה.

עדכן העדפות קובצי Cookie
גלול למעלה