من المهم ضمان موثوقية تصميم لوحة الدوائر المطبوعة، لأن أي خطأ في التصميم، مهما كان صغيرًا، قد يُبطئ عملية التصنيع والتجميع الأكثر تفصيلًا، وبالتالي يُؤدي إلى ارتفاع التكاليف. كمبتدئ في تصميم لوحات الدوائر المطبوعة، ستُدرك أن المشاكل غالبًا ما تظهر مقارنةً بالمصممين ذوي الخبرة. في هذه المقالة، نُدرج أكثر 10 أخطاء شائعة في تصميم لوحات الدوائر المطبوعة، ونقدم الحلول المناسبة للمبتدئين لتجنبها.
عرض التتبع غير المناسب
من المغري استخدام عرض مسار موحد على كامل اللوحة لتبسيط الأمور، ولكن هذا ليس الخيار الأمثل، إذ تختلف متطلبات عرض المسارات باختلاف أنواع الإشارات والطاقة. على سبيل المثال، يجب أن تكون المسارات التي تحمل الطاقة أوسع لتبديد الحرارة مع زيادة تدفق التيار دون احتراق. من ناحية أخرى، تتطلب الإشارات عالية الممانعة مسارات ضيقة لتقليل السعة الطفيلية. إشارات التردد اللاسلكي معرضة للخطر بشكل خاص، وقد تتطلب القيمة الدقيقة لعرض المسارات لمطابقة معاوقة الخصائص.
قراءة متعمقة: عرض مسار لوحة الدوائر المطبوعة: لماذا هو مهم لأداء لوحتك
تباعد التتبع غير كافٍ
يحدد المصنعون متطلبات الحد الأدنى للمسافة لإنتاج لوحات الدوائر المطبوعة. ويرى المصممون قليلو الخبرة، على وجه الخصوص، أن الالتزام بهذه الحدود الدنيا هو الخيار الأمثل؛ إلا أن ذلك يؤدي إلى ارتفاع التكاليف وانخفاض الإنتاجية، وتوسيع نطاق اقتران التتبعات. ويؤدي قلة المسافة إلى زيادة التداخل والضوضاء، مما يؤدي إلى ضعف جودة الإشارة. لذلك، يُنصح بالحفاظ على مسافة كافية بين التتبعات، أي أن تكون المسافة بين التتبعات ثلاثة أضعاف المسافة بين طبقة الإشارة وأقرب طبقة مرجعية.
طول الأثر المفرط
بالنسبة للمسارات التي تحتاج إلى نقل إشارات عالية السرعة، يجب تصميمها لتكون قصيرة ومستقيمة. في حالة الطول الزائد، هناك خطر مواجهة مشاكل مثل انعكاس الإشارة، وزيادة قابلية التداخل الكهرومغناطيسي، وزيادة التكاليف. يمكن اعتبار المسار خط نقل عندما يكون طول المسار أكبر من عُشر طول موجة الإشارة التي تعبره. في هذه الحالة، بالإضافة إلى الطول، يجب حساب المعاوقة (باستخدام إحدى الأدوات المتخصصة العديدة، والمتاحة مجانًا على الإنترنت) للتحقق من اقتران المعاوقة وتجنب فقدان طاقة الإشارة.
وضع خاطئ لمكثفات الفصل
يجب استخدام خطوط إمداد الطاقة الخاصة بلوحة الدوائر المطبوعة المكثفات فصل لتزويد جميع مكونات اللوحة بمصدر طاقة مستقر وخالٍ من التذبذبات أو التداخلات. يجب أن تكون هذه المكثفات متوازية دائمًا مع مدخل مصدر الطاقة، وأن تكون قريبة قدر الإمكان من طرف المكون الذي يحتاج إلى الطاقة. يجب وضع خط الطاقة الناتج من مصدر الطاقة بشكل صحيح على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) بحيث يصل إلى مكثف الفصل قبل أن يصل إلى الطرف الذي يحتاج إلى جهد ثابت.
ضع الأجزاء قريبة جدًا من حافة اللوحة
في تصميم PCB، إذا وضعت لوحة PCB إذا كانت قريبة جدًا من الحافة، فقد يكون هناك احتمال لتلف الوسادة أثناء التجميع. يضمن التصميم الجيد أن تكون الوسادات ضمن حدود اللوحة. التفاوت القياسي لطول وعرض لوحة الدوائر المطبوعة هو ±.020 بوصة. إذا كانت لوحتك تستخدم لحام SMT في مكونات اللحام، فتأكد من توفير مساحة إضافية لمصنعي لوحات الدوائر المطبوعة لديك لإمساك اللوحة بإحكام أثناء SMT إذا لم يكن الأمر كذلك، فسيتعين على الشركة المصنعة استخدام قضبان أو تجهيزات لدعم لوحة الدوائر المطبوعة، مما سيزيد من تكاليف التصنيع.
ضع وسادات SMT قريبة جدًا من بعضها البعض
تحتوي مكونات SMT على أقنعة لحام أكبر من مساحة وساداتها. ولكن يجب ألا تتقاطع أقنعة اللحام الفردية مع بعضها البعض. وإلا، أثناء إنحسر اللحامقد تتحرك بعض الأجزاء نحو المركز (وبعضها البعض). لستَ بحاجة إلى قطعة نحاس كبيرة واحدة، وفي الوقت نفسه لا ترغب في انتقال أجزاء متعددة إلى المركز واصطدامها ببعضها، مما يُعطّل عملية التصنيع ويُسبب عيوبًا مُتعددة. لمعالجة هذه المشاكل، يجب توفير مساحة كافية بين وسادات SMT.
مسارات مفقودة أو غير كافية
تُستخدم فتحات التوصيل لربط طبقات لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) وتبديد الحرارة. في حال عدم استخدامها بشكل صحيح، قد تظهر مشاكل مثل ضعف جودة الإشارة وتوزيع الطاقة. يُنصح المصممون باستخدام عدد وحجم مناسبين من فتحات التوصيل لتوصيل الطاقة والأرض، وذلك وفقًا للتيارات المطلوبة في القطعة وتردد الإشارات. تُعد فتحات التوصيل الحرارية مناسبة عند الحاجة إلى تبديد الحرارة في مجالات التطبيقات عالية الطاقة.
الإفراط في استخدام الطبقات في التصميم
ليس هناك شك في أن لوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات توفر العديد من المزايا مثل زيادة مساحة التوجيه وتحسين سلامة الإشارةمع ذلك، فإن الإفراط في استخدام الطبقات عند عدم الحاجة إليها سيؤدي إلى زيادة التكلفة وتعقيد عملية التصنيع. لذلك، يجب على مصممي لوحات الدوائر المطبوعة تقييم متطلبات الدائرة بعناية، مع مراعاة حلول أفضل مثل تحسين وضع المكونات أو استخدام استراتيجيات توجيه مختلفة، بدلاً من إضافة طبقات. يمكن لتصميم فعال للوحة الدوائر المطبوعة تحقيق نفس الأداء مع الحفاظ على التكلفة في حدود الميزانية.
التداخل الكهرومغناطيسي (EMI)
السبب الأكثر شيوعًا للتداخل الكهرومغناطيسي يتعلق بالتصميم السيئ للوحات الدوائر المطبوعة. تقليل التداخل الكهرومغناطيسي في لوحة الدوائر المطبوعة, يقترح تجميع العناصر وفقًا لوظائفها، مثل الدوائر التناظرية والرقمية ودوائر الطاقة والتردد المنخفض والتردد العالي أو الدوائر الأخرى، وما إلى ذلك. ومع ذلك، من المناسب التقليل من الزوايا القائمة على المسارات أو التخلص منها بشكل أفضل واستخدام حاويات معدنية وكابلات محمية تسمح بدورها بامتصاص التداخل.
تخطيط الهوائي غير صحيح
إذا كانت لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) تحتوي على هوائيات للاتصال اللاسلكي، فيجب تركيب الدائرة بعناية فائقة لتجنب الأخطاء. لذلك، من الضروري مطابقة المعاوقة بين جهاز الإرسال والاستقبال والهوائي لتحسين نقل الطاقة. بشكل عام، يُفضل أن تكون معاوقة خط الكابل الواصل بين جهاز الإرسال والاستقبال والهوائي 50 أوم. لضبط المعاوقة بدقة ودقة، يجب وضع مرشح موالف Pi (LC)، أو أي دائرة مطابقة أخرى، بين الهوائي المدمج وجهاز الإرسال والاستقبال.
قراءة متعمقة: كيفية تصميم هوائي PCB مثل المحترفين؟
