Überprüfung des PCB-Designs: Entkopplung, Umgehung und Erdung

Das Ätzen von Leiterplatten zu Hause macht Spaß, aber der Prozess macht das Leiterplattendesign für Bastler wie uns etwas schwierig. Die wichtigste Einschränkung besteht darin, dass es schwierig ist, plattierte Durchgangslöcher herzustellen. Und diese sind unerlässlich, um Komponenten auf doppelseitige Platinen wie Ihre zu löten.

Wenn Sie Ihr Board in einem Fab House herstellen lassen, erhalten Sie alle Ihre PCB-Durchkontaktierungen und -Löcher wie im Bild unten plattiert. Das ist schön, weil Sie dann alle Komponenten auf der Unterseite Ihrer Platine löten können und fertig sind. Das ist möglich, weil alle oberen Leiterbahnen an den plattierten Löchern mit der unteren Schicht verbunden werden, wodurch die Kontinuität gewährleistet wird.

^{(Bild von RobotRoom.com )}

Wenn Sie zu Hause keine Art von Durchgangsloch-Galvanik beherrschen (ein Prozess, der böse Chemikalien beinhaltet), werden Sie diese Löcher nicht plattieren lassen. Das Endergebnis ist, dass Sie die Komponentenpads auf der Oberseite Ihres Boards löten müssen, wenn eine Spur sie erreicht.

Das Löten auf der obersten Schicht kann je nach Bauteil und PCB-Design bestenfalls umständlich oder unmöglich sein. Zum Beispiel sind Stiftleisten von unten leicht zugänglich, aber sie haben normalerweise eine Kunststoffhalterung, die ihnen mechanische Festigkeit verleiht und die bündig auf der Platine sitzt. DIP-Buchsen bringen auch Probleme, da sie oben ebenfalls bündig sitzen.

Lötkomponenten auf der obersten Schicht sind normalerweise eine schlechte Idee, auch weil sie die Wartung behindern. Sie können Ihr Board in einer Reihenfolge zusammenbauen, die Ihnen Zugang zu schwer zugänglichen Pads ermöglicht, aber wenn alle Komponenten platziert sind, haben Sie möglicherweise keinen Zugriff auf diese Pads. Da diese Pads schwerer zu erreichen sind, leidet meiner Erfahrung nach die Lötqualität und diese Pads sind die ersten, die versagen.

Um diese Probleme zu umgehen, schlage ich vor, dass Sie Folgendes tun:

1. Entwerfen Sie einseitige Leiterplatten, wann immer Sie können. Verwenden Sie Ihren Schaltplan zum Beispiel als Übung. Versuchen Sie, die Komponenten sorgfältig zu platzieren, damit sie das einseitige Routing erleichtern, und versuchen Sie, alle Spuren, die Sie können, auf der untersten Ebene zu routen. Normalerweise ändere ich die Pinbelegung, wenn es das Routing erleichtert. Wenn Sie Gleise kreuzen müssen, verwenden Sie einfache Jumper (ich verwende normalerweise Reste von Durchgangslochkomponenten dafür). Ich verwende die oberste Ebene, um die Jumper darzustellen. Planen Sie auch die Verwendung von Widerständen und Kondensatoren als Jumper ein. Ich habe genau das im Bild unten auf den ATmega328P-Pins 2 und 3 getan - serielles TX & RX.

2. Wenn Sie aus irgendeinem Grund keine einseitige Platine herstellen können, stellen Sie sicher, dass Ihre Leiterbahnen nur an Durchkontaktierungen die Seite wechseln, wie an den im Bild unten orange markierten Stellen, und nicht an den Komponenten-Pads. Sie können dann ein Stück Draht auf beiden Seiten Ihrer Platine auf diese Durchkontaktierungen löten. Dies ergibt eine viel robustere Lösung als das Löten an den Komponentenpads.

3. Machen Sie die Durchkontaktierungen wirklich groß (ich verwende 0,07 Zoll oder ~ 1,8 mm). Wenn Sie Regel Nr. 2 oben befolgen und Spuren nur an Durchkontaktierungen die Seite wechseln lassen, sind diese großen Durchkontaktierungen die einzigen Merkmale, die Sie zwischen beiden Seiten Ihres Boards abgleichen müssen. Große Durchkontaktierungen erleichtern den Registrierungsprozess von doppelseitigen Leiterplatten.

4. Ich versuche auch, mich an das 0,05-Zoll-Raster von Eagle zu halten, nur 45°-Drehungen zu machen und so viel Platz wie möglich von Spuren und Pads verschiedener Signale zu lassen.

In Anbetracht Ihres Designs und der Tatsache, dass Sie es zu Hause ätzen werden, und vorausgesetzt, dass Sie keine plattierten Durchgangslöcher herstellen können, werden Sie Probleme mit Ihrem Oszillatorkristall und all Ihren Anschlüssen haben. Ich würde vorschlagen, dass Sie den Trick anwenden, die Spur von den Pads weg in eine Durchkontaktierung zu bringen und sie dann für diese Komponenten auf die andere Seite zu überqueren.

Sie können damit durchkommen, die Keramikkondensatoren und -widerstände auf die oberste Schicht zu löten, aber ich empfehle das nicht. Ich würde Ihr Board einfach umleiten, um zu versuchen, die meisten, wenn nicht alle Spuren auf die unterste Ebene zu bringen.

Ich weiß nicht, ob es Probleme mit den externen Komponenten gibt, die Sie verwenden möchten (z. B. NRF905), aber ich würde es beobachten, wenn sie Hochfrequenzsignale zum Ansteuern verwenden (alles über 500 kHz).

Unten ist mein (schneller und schmutziger) Versuch einer einseitigen Version Ihres Boards. Entschuldigen Sie, wenn ich Fehler gemacht habe, aber es sollte Ihnen eine Vorstellung davon geben, wie Sie versuchen, die meisten Spuren auf der untersten Ebene zu routen. Ich musste 5 Jumper verwenden, aber Sie können es vielleicht besser machen.

Mir ist jetzt klar, dass meine Version des 14-poligen Steckers in Bezug auf Ihre gespiegelt ist, was das Routing meiner Version erleichtert hat. Wenn Sie jedoch keine Software- oder Hardwarebeschränkung haben, können Sie die MCU-Pins dem Anschluss neu zuweisen, damit es auch einfacher ist, Ihre Version zu routen.

Ich hoffe das hilft.

Wie hat das noch niemand erwähnt?

Entkopplungskondensatoren hinzufügen!!

Ihre MCU wird wahrscheinlich mit 8/16/20 MHz laufen und viele Transistoren (intern) ein- und ausschalten. Es wird bei jedem Taktzyklus periodisch einen höheren Strom ziehen. Da Spuren eine gewisse Induktivität haben und nicht sofort Strom liefern können, sollten Sie einen Kondensator hinzufügen, um diese Stromspitzen für die MCU bereitzustellen. Dieser Kondensator leitet auch Rauschen nach Masse ab.

Es ist üblich, eine 0,1-uF-Keramikkappe auf jedem Stromanschluss der MCU so nah wie möglich an der MCU anzubringen. Es ist auch üblich, etwas Kapazität in der Nähe der Platine zu platzieren.

Das Entkoppeln des HF-Modul-Headers, den Sie dort erhalten haben, ist wahrscheinlich überflüssig, wenn das HF-Modul über eine lokale Entkopplung verfügt (was ich vermute).