Проектирование качественных печатных плат

[Lexus 993]

Для любого разработчика данная тема весьма актуальна. Но, несмотря на всю ее актуальность, наличие веток с обсуждением топологии печатных плат на многих аудиофорумах – единицы. Литературы по данному направлению очень мало и основные знания разработчики получают из общения с профессионалами и между собой.

Призываю всех желающих обсуждать здесь принципы построения печатных плат, приводить примеры обнаруженных ошибок топологии ПП и т.д. Если кто – то рассчитывает плату, и у него возникают вопросы, можно будет рассмотреть варианты и постараться помочь корректным решением. Надеюсь, данная тема будет полезна как новичкам, так и специалистам. К тому же, при бурном развитии темы, сюда могут заглянуть и профессионалы и, возможно, помочь дельным советом.

Как известно, печатная плата является частью разрабатываемого устройства и от того, насколько грамотно рассчитана и изготовлена ПП, во многом зависит результат. На печатной плате с топологическими ошибками даже высококачественные и дорогие компоненты могут не оправдать возложенных на них надежд. Надеюсь, все понимают сложность данной темы.

Для начала приведу пример построения ПП с допущенными в них ошибками, которые я считаю грубыми для любого устройства. Сразу попрошу авторов на меня не держать зла, я никого не хочу "тыкать носом" в собственные ошибки (у кого их нет!), просто эти ошибки являются самыми распространенными и очень плохо отражаются на качественных показателях устройства в целом.

На первом рисунке изображена печатная плата УНЧ на ИМС AN7135 с распространенной ошибкой в трассировке земляной шины. Что это значит. Как известно, любая нагрузка, потребляемая ток от источника, возвращает этот ток источнику по другому пути – пути возвратного тока. На рисунке путь возвратного тока показан синими стрелочками. Как можно видеть, самые большие величины возвратного тока (Output GND) проходят через малосигнальные цепи (Input GND, IN2, цепь инверсного входа канала 2). Это приводит к приложению потенциала, возникающего на отрезке Output GND – GND, к обоим входам ИМС, и особенно к входу 2.

Второй ошибкой является вертикальное расположение резисторов в цепях инверсных входов обоих каналов. Пояснения к этой ошибке находятся на третьем рисунке. И хотя влияние вертикального расположения резисторов сказывается на характеристики схемы особенно сильно при применении проволочных типов резисторов, такого метода следует избегать всегда, поскольку вертикально расположенный компонент является, по сути, антенной для любых помех, наводок и излучений.

На втором рисунке ошибка трассировки выражена в подведении питающих напряжений к элементам схемы. Чтобы избежать дополнительных модуляций полезного сигнала с паразитным, возникающем в цепях питания, напряжение следует распределять от сильноточных цепей к слаботочным, но не наоборот.

Edited December 24, 2006 by Lexus

[Adver 220]

PCBWay - всего $5 за 10 печатных плат, первый заказ для новых клиентов БЕСПЛАТЕН (Экспресс изготовление за 24 часа!)

Сборка высококачественных печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Онлайн просмотрщик Gerber-файлов от PCBWay!

Мы принимаем формат Sprint-Layout 6! Экспорт в Gerber из Sprint-Layout 6.

Студенческое спонсорство

[misterio 15]

Полностью согласен с Lexusом, вопрос проэктирования ПП очень важен хотя многие не уделяют ему достойного внимания.

Хочу привести еще одну ооочень распространненую ошибку:

разведение земляной шины нужно делать звездой, так что бы ни в коем случае не получалось замкнутых петель (контуров) общего провода. Все общие провода (от источника, от питания, от предварительного усиления, от оконечника и т .д.) надо свести в одну точку, обычно это вывод конденсатора фильтра питания (иногда делають на входном разъеме). И ни в коем случае нельзя допускать последовательного соединения общего провода (когда он приходить от одной платы к другой) каждый провод должен идти точлько на общую точку.

На этом срезаются практически все разработчики, по неопытности

Ну про то что сильноточные цепи желательно разводить по дальше от сигнальных тоже все знають но при этом очень часто самым зверским образом распологают сигнальные дорожки параллельно силовым.

еще желательно делать разводку симметричной, тогда наводки взаимокомпенсируются.

и так же есть смысл изготавливать многослойные ПП, на которых один слой оставить полностью под общую шину (типа экрана получиться), отдельный слой можно выделить под питающие цепи, а все сигнальные вынести на свой отдельный слой. Таким образом удастся еще больше подавить возможные помехи, и сильно упрощается сам процесс проэктирования ПП (правда ооочень сильно усложняется процесс изготовления подобных плат, но их можно и заказать на заводе )

Вобщем тут можно еще очень много написать, думаю народ допишет то что мы не лописали, а то у меня уже смарт задымился

[Adver 220]

Изготовление 2-х слойных плат от 2$, а 4-х слойных от 5$!

Быстрое изготовление прототипа платы всего за 24 часа! Прямая доставка с нашей фабрики!

Смотрите видео о фабрике JLCPCB: https://youtu.be/_XCznQFV-Mw

Посетите первую электронную выставку JLCPCB https://jlcpcb.com/E-exhibition чтобы получить купоны и выиграть iPhone 12, 3D-принтер и так далее...

[Pal 0]

Правильную темку создали. Только выкладывать умные мысли без конкретных схем и плат под них - болтология (вроде рассужденй что в усе лучше - лампы или транзисторы ;-))). Поэтому предлагаю пробный камушек - схемка на TDA2030 (можно и 2050, цоколёвка та же), но обвязка взята от А.Сырицо для TDA7294 из Радио 5"2000. Схемки кочующие по форуму настораживают отсутствием защитных диодов, а кое кто даже говорит о потенциальной ненадёжности 2030 в аппаратуре. Кто-то скажет, что микруха старая. Но по соотношению цена/качество равных ей нет, да и звук вполне. По данной схеме самолично собрано около десятка усей, в основном друзьям и знакомым (когда нужно быстро и недорого испортить тихую жизнь соседям ;-))), все работают исправно проблем не было. Нареканий к звуку тоже. Но может чегото я в ПП недосмотрел, или можно её оптимизировать - буду рад. Собств по схеме - все резисторы SMD, конденсаторы К73-17, С4-керамика, С7 и С8 элекролиты JAMICON.

[Adver 220]

Высокая надежность SiC! Как они этого добились?

За несколько лет кропотливых исследований и совершенствования технологии компания Infineon смогла довести показатели надежности и стабильности параметров высоковольтных и быстродействующих карбид-кремниевых транзисторов линейки CoolSiC практически до уровня их кремниевых собратьев.

Подробнее

[~D'Evil~ 107]

2 Pal: R6 при первом "удобном" сулучае сразу задымит, надо ставить резистор мощностью не менее 1Вт.

От земляного полигона лучше воздержаться, токи там гуляют не понятно как. Лучше сделать на плате две точки подключения:

1) C5, C6, С7, C8, С9 - С этих конденсаторов стекают всевозможные помехи.

2) R2, R3, C1 - Сигнальные цепи.

Два земляных провода тянуть в БП.

Еще такая особенность разводки силовых шин есть: Часто говорят, что рядом с операционниками нужно ставить пленочные (ну или курамику) конденсаторы, для подавления помех. Так вот, в 90% случаев все делают так: подвели питание к лапе операционника, и потом от нее "кидают" небольшую дорожку на блокировочный конденсатор. И спрашивается: "А толку то?"

Питание надо оформлять следующим образом: представим что у нас есть цепь: Гасящий резистор-стабилитрон-электролит-пленка-парочка потребителей. Разводить надо так: дорожка с гасящего резистора проходит (дорожка должна именно проходить через контактную площадку элемента) через стабилитрон, затем электролит и затем подключается к пленочному конденсатору. Все потребители в этом случае надо подключать к пленочному конденсатору, чтобы он эффективно выполнял свою работу.

[Adver 220]

Вебинар «Практическое использование TrustZone в STM32L5»(10.12.2020)

Приглашаем на вебинар, посвященный экосистеме безопасности и возможностях, которые появились у разработчиков благодаря новой технологии TrustZone в микроконтроллерах STM32L5. Программа рассчитана на технических специалистов и тех, кто уже знаком с основами защиты ПО в STM32.

Подробнее

[Olegyurich 11]

Еще один момент силовые(здесь имеется в виду не только питание, но и дорожки с выходным сигналом например) и сигнальные дорожки(т.е.те где сигнал невелик по амплитуде, малосигнальные) лучше распологать перпендикулярно между собой. Не нужно делать вывод дорожек с платы с одной стороны, как это ни кажется удобным. Лучше их разнести. Здесь очень могут помочь многослойные ПП, хотя для усилителя достаточно и двух слойной. То же самое относится и к схемам с анологовыми и цифровыми сигналами(перпендикулярность). Таже не надо распологать рядом дорожки, чья взаимная емкость может повлиять на работу усилителя.

[Adver 235]

Снижена цена на AC/DC и DC/DC преобразователи Mornsun в Компэл!

Компэл и компания Mornsun снизили цены на преобразователи AC/DC-преобразователи семейств LS и LDE. По привлекательной цене также предлагаются DC/DC-преобразователи изолированных семейств поколений R2 и R3 различного конструктивного исполнения.

Подробнее

[Lexus 993]

Хочу привести еще одну ооочень распространненую ошибку:

разведение земляной шины нужно делать звездой

Хорошее решение, у которого я обнаружил один (пока) недостаток – длинные проводники земляной шины ухудшают частотные свойства конденсаторов. Зато на платах с разводкой земляной шины звездой легко определяются пути возвратного тока.

Лучшей земляной шиной можно считать полигон на отдельном слое платы, поскольку для схемы такой полигон представляется проводником с очень маленькими индуктивностью и сопротивлением.

P.S. Рад, что к этой теме присоединились отнюдь не новички.

[~D'Evil~ 107]

Лучшей земляной шиной можно считать полигон на отдельном слое платы, поскольку для схемы такой полигон представляется проводником с очень маленькими индуктивностью и сопротивлением.

Имеет смысл тогда на этот полигон цеплять земли имеющие примерно одинаковые токи (отличающиеся не более, чем на 2 порядка), а для сильноточных цепей (допустим будут у нас электролитические конденсаторы фильтра питания усилителя на плате) пару отдельных дорожек. Тогда одним проводом потянем землю с полигона, вторым - сильноточную землю.

Получается так, что скажете, Lexus?

[Adver 220]

[Lexus 993]

Имеет смысл тогда на этот полигон цеплять земли имеющие примерно одинаковые токи (отличающиеся не более, чем на 2 порядка), а для сильноточных цепей (допустим будут у нас электролитические конденсаторы фильтра питания усилителя на плате) пару отдельных дорожек. Тогда одним проводом потянем землю с полигона, вторым - сильноточную землю.

Получается так, что скажете, Lexus?

Честно говоря, написАв о полигонах, я ожидал такого вопроса. Действительно, в устройствах с многократной разницей потребляемого тока отдельными узлами схемы, рекомендуют делать вырезы в земляном полигоне так, чтобы можно было проследить пути возвратных токов и убедиться в том, что возвратный ток слаботочного узла не имеет тот же путь, что и возвратный ток сильноточного. Получается некая полигональная звезда. И совсем недавно, именно по причине отсутствия распределения полигонов, пришлось отправить в корзину очередную разводку платы аналоговой части ЦАПа, над которой работал две недели.

примерно одинаковые токи (отличающиеся не более, чем на 2 порядка)

~D'Evil~, порядок - 10 раз.

Off: Только что бандероль принесли с деталями для ЦАПа (тактовый генератор Golledge, LVDS приемник и передатчик).

Edited December 26, 2006 by Lexus

[det 470]

Еще такая особенность разводки силовых шин есть: Часто говорят, что рядом с операционниками нужно ставить пленочные (ну или курамику) конденсаторы, для подавления помех. Так вот, в 90% случаев все делают так: подвели питание к лапе операционника, и потом от нее "кидают" небольшую дорожку на блокировочный конденсатор. И спрашивается: "А толку то?"

Однако на DIP корпуса такие кондерчики всегда предпочитал паять непосредственно на ноги микрухи и затем укладывать ее на корпус, дизайн не портится и расстояние минимально возможное, так что рекомендую...

[~D'Evil~ 107]

~D'Evil~, порядок - 10 раз.

Я знаю Разница в 20 раз это много? Хотя да, конечно многовато...

[Olegyurich 11]

2 порядка это 100 раз

[~D'Evil~ 107]

2 порядка это 100 раз

Ну да , ошибся.

Вот довольно хороший вариант разводки выходного каскада:

[Pal 0]

С учётом предложений - вариант разводки платы. Сильноточная и сигнальная земля разведены. R6 - при желании можно заменить двумя по 20 ом, но пыхнет он только в случае если усь генернёт на ультразвуке или радио. Пока на всех образцах подобных траблов не случалось, так что у себя оставляю R6 как есть. Что касается полигонов, при всём том, что там начинают гулять возвратные токи, всё же считаю что в сильноточке лучше оставлять побольше меди - лишнее сопротивление в цепи питания вовсе ни к чему.

[Lexus 993]

Вот довольно хороший вариант разводки выходного каскада:

Это не довольно хороший вариант, это - один из лучших вариантов, что мне доводилось видеть (сохранил фотографии себе в коллекцию). Глядишь на плату и становится понятно, что люди о чем - то основательно задумывались. Кстати, плата проектировалась в P-CAD'е, сразу видно.

С учётом предложений - вариант разводки платы.

Достаточно часто встречаю случай, когда трассировка цепей инвертирующего входа ОУ (или мощного ОУ, не имеет значения) производится на достаточно большом удалении от выводов м/с и при этом никакого экранирования. В данной схеме присутствует разделение ОООС по постоянному и переменному напряжению и увеличено входное сопротивление до 1МОм. Эти обстоятельства заставляют применять обильное экранирование, расположение сильноточных и слаботочных цепей на большом расстоянии, а также очень компактно располагать входную чать. В противном случае - фон, от которого не избавиться никакими методами. Личный опыт.

Разделение земляной шины на сильноточную и слаботочную - правильный вариант.

[~D'Evil~ 107]

Это не довольно хороший вариант, это - один из лучших вариантов, что мне доводилось видеть

А как же мой ?

При небольшом количестве транзисторов можно так сделать:

CA_v4.3.rar

Lexus, что скажете о такой разводке? Единственный косяк, это блокировочные конденсаторы, надо их переместить так, чтобы силовая дорожка проходила через них.

P.S. Одного не понял в приаттаченых выше картинках платы: чем руководствовались при расстановке отверстий на земляном полигоне? На сколько я понял, это некое подобие экрана.

Еще честно говоря смущают силовые дорожки около входных цепей

З.Ы. Есть еще схема этого усилителя.

[Pal 0]

Есть еще схема этого усилителя.

Дык выкладывай :-)

Плата хорошая, но смущает отсутстве электролитов в цепи питения. Учитывая сопротивление проводов питания получишь повышенный уровень пульсаций напряжения, и как следствие рост всех видов искажений (а может и возбуднуть - печальный личный опыт). тов. Агеев в своём "сверхлинейном УМЗЧ с широкополосной ООС" (радио 10_1999) вообще всю цепь питания включая выпрямительные диоды расположил на ПП усилителя, как раз для уменьшения уровня пульсаций, паразитной индуктивности и повышения быстродействия уся.

чем руководствовались при расстановке отверстий на земляном полигоне? На сколько я понял, это некое подобие экрана.

какие конкретно отверстия вызвали вопрос? Нет это не экран. Вообще лично у меня пристрастие к большим землям с тех времён когда хлорное железо было дифицитом, и для его экономии краской покрывалось максимум площади ПП, иногда это были даже электрически не связанные ни с одним проводником участки. Так что не судите строго :-).

Кстати на так понравившейся всем (я не исключение) плате земля занимает всю доступную площадь. От проводников её отделяют тоненькие зазоры. "Звезды" я тоже там не увидел.

Еще честно говоря смущают силовые дорожки около входных цепей

тут вообще плата маленькая (55х40мм) поэтому тут все цепи так или иначе рядом. Это неизбежное "зло" УНЧ на микросхемах.

В данной схеме присутствует разделение ОООС по постоянному и переменному напряжению и увеличено входное сопротивление до 1МОм. Эти обстоятельства заставляют применять обильное экранирование, расположение сильноточных и слаботочных цепей на большом расстоянии, а также очень компактно располагать входную чать. В противном случае - фон, от которого не избавиться никакими методами.

Честно скажу проблем с фоном небыло вообще, даже когда схемка гонялась лёжа на столе без какого либо корпуса и экранирования.

[Aleksej. 11]

Вот развёл две платы под вот этот усилитель

одностороннюю

______Neu2.rar

и двух стороннюю

______Neu.rar

Детали уже куплены всё готово дело только за печаткой подскажите какой вариант выбрать мне самому больше нравится двухсторонняя печатка может там чего подкорректировать надо???

[Duhas 35]

здрасти всем, оцените ПП для StoneCold-a, пните куда нада и зачто нада буду рад Ж)

да, и кстати, ПП разводилась под вынесенные на радиатор транзюки.. ПП будет паралельно 1 из радаиторов, так что провода там коротенькие ..

new_stone.rar

Edited January 16, 2007 by Duhas

[Aleksej. 11]

здрасти всем, оцените ПП для StoneCold-a, пните куда нада и зачто нада буду рад Ж)

да, и кстати, ПП разводилась под вынесенные на радиатор транзюки.. ПП будет паралельно 1 из радаиторов, так что провода там коротенькие ..

Все детали желательно обмерять а не брать готовые макросы т.к при монтаже получается х.. знает что оставлять побольше расстояние между деталями и рисовать чтобы как можно больше пятачков были в один ряд резисторы в одном направлении но после прочтенного ты подумаешь "я стока парился рисовал а ты мне такое пишешь" это нормально я также делал надо несколько раз на грабли наступить потом нормально пойдёт так что сделай эту печать попробуй собрать обрати внимание где были проблемы с монтажом а потом сделай выводы для себя вторая получится лучше.

Edited January 16, 2007 by Aleksej.

[Duhas 35]

эээм, зря так на счет моей реакции наоборот, советы это хорошо, а делал я ее каких то 2-4 часа Ж) кстати макросы взяты по обмерам подходящие

просто я имел ввиду нет ли каких нибудь существенных недостатков и тд... ибо мне эт будет дважды полезно для усилка - рас и для ликбеза - два Ж)

[Aleksej. 11]

эээм, зря так на счет моей реакции наоборот, советы это хорошо, а делал я ее каких то 2-4 часа Ж) кстати макросы взяты по обмерам подходящие

просто я имел ввиду нет ли каких нибудь существенных недостатков и тд... ибо мне эт будет дважды полезно для усилка - рас и для ликбеза - два Ж)

На счёт существенных недостатков у тебя один канал отзеркален не получится собрать а делальки бы по плотней и по ровней ошибки непверял. детавли друг на друга налезают нехорошо. делай больше перемычек но расовляй как на параде

Edited January 17, 2007 by Aleksej.

[Duhas 35]

нелюблю перемычки Ж) а детали там к примеру конденсатор над резюком - потому что между пп и кондером зазор как рас под деталюху

вопщем 1 я собрать попробую... а на счет зеркалки и правда ступил чего-то

[gorsasha 0]

Собираю стерео усил на тда2050. У меня была печатка 1 канала, я просто в спринте скопировал её и расположил рядом. получается, что в обоих каналах есть конденсаторы питания. Можно ли впаять конденсаторы в один канал, а другой просто соединить перемычкой с первым.

___2050__________.rar

[Aleksej. 11]

Собираю стерео усил на тда2050. У меня была печатка 1 канала, я просто в спринте скопировал её и расположил рядом. получается, что в обоих каналах есть конденсаторы питания. Можно ли впаять конденсаторы в один канал, а другой просто соединить перемычкой с первым.

Думаюможно но лучше сделать их так чтобы сначало андёры а потом расходилось симетрично на микрухи.

нелюблю перемычки Ж) а детали там к примеру конденсатор над резюком - потому что между пп и кондером зазор как рас под деталюху

вопщем 1 я собрать попробую... а на счет зеркалки и правда ступил чего-то

ОК сделай я говорю пока на грабли ненаступишь непоймёшь я сам для одного уся сделал 3 разных печатки когда нарисавал первый вариант после изготовления понял что монтаж невозможен и кинул пё в шкаф.

[Duhas 35]

ээм, оказалось что косяков в печатке куча )) просто УЖОС Ж) лана будем стараться дальше..

Edited January 22, 2007 by Duhas