Các bảng mạch in hoặc PCB có thiết kế kém sẽ không bao giờ đáp ứng được chất lượng cần thiết cho sản xuất thương mại. Khả năng đánh giá chất lượng thiết kế PCB là rất quan trọng. Cần có kinh nghiệm và kiến thức về thiết kế PCB để tiến hành đánh giá thiết kế hoàn chỉnh. Tuy nhiên, có một số cách để đánh giá nhanh chất lượng của thiết kế PCB.
Sơ đồ có thể đủ để minh họa các thành phần của một chức năng nhất định và cách chúng được kết nối. Tuy nhiên, thông tin được cung cấp bởi sơ đồ liên quan đến vị trí thực tế và kết nối của các bộ phận cho một hoạt động nhất định là rất hạn chế. Điều này có nghĩa là ngay cả khi PCB được thiết kế bằng cách thực hiện tỉ mỉ tất cả các kết nối thành phần của sơ đồ nguyên lý làm việc hoàn chỉnh thì vẫn có khả năng sản phẩm cuối cùng có thể không hoạt động như mong đợi. Để nhanh chóng kiểm tra chất lượng thiết kế PCB, vui lòng xem xét những điều sau:
1. Dấu vết PCB
Các dấu vết có thể nhìn thấy của PCB được phủ một lớp điện trở hàn, giúp bảo vệ các dấu vết đồng khỏi bị đoản mạch và oxy hóa. Có thể sử dụng nhiều màu sắc khác nhau nhưng màu được sử dụng phổ biến nhất là màu xanh lá cây. Lưu ý rằng rất khó nhìn thấy dấu vết do mặt nạ hàn có màu trắng. Trong nhiều trường hợp, chúng ta chỉ có thể nhìn thấy lớp trên cùng và lớp dưới cùng. Khi PCB có nhiều hơn hai lớp, các lớp bên trong sẽ không nhìn thấy được. Tuy nhiên, thật dễ dàng để đánh giá chất lượng của thiết kế chỉ bằng cách nhìn vào các lớp bên ngoài.
Trong quá trình xem xét thiết kế, hãy kiểm tra các dấu vết để xác nhận rằng không có những khúc cua gấp và tất cả chúng đều kéo dài theo một đường thẳng. Tránh những khúc cua gấp, vì một số dấu vết tần số cao hoặc công suất cao có thể gây rắc rối. Hãy tránh chúng hoàn toàn vì chúng là tín hiệu cuối cùng của chất lượng thiết kế kém.
2. Tụ tách
Để lọc bất kỳ nhiễu tần số cao nào có thể ảnh hưởng tiêu cực đến chip, tụ điện tách rời được đặt rất gần với chân nguồn điện. Nói chung, nếu chip chứa nhiều hơn một chân thoát nước (VDD), mỗi chân như vậy cần một tụ điện tách rời, đôi khi thậm chí còn nhiều hơn.
Tụ tách nên được đặt rất gần với chân cần tách. Nếu nó không được đặt gần chân cắm thì tác dụng của tụ tách sẽ giảm đi rất nhiều. Nếu tụ điện tách rời không được đặt cạnh các chân trên hầu hết các vi mạch thì điều này một lần nữa cho thấy thiết kế PCB không chính xác.
3. Chiều dài vết PCB được cân bằng
Để làm cho nhiều tín hiệu có mối quan hệ thời gian chính xác, độ dài vết PCB phải phù hợp trong thiết kế. Việc so khớp độ dài vết đảm bảo rằng tất cả các tín hiệu đều đến đích với cùng độ trễ và giúp duy trì mối quan hệ giữa các biên tín hiệu. Cần phải truy cập vào sơ đồ để biết liệu có tập hợp đường tín hiệu nào yêu cầu mối quan hệ thời gian chính xác hay không. Những dấu vết này có thể được theo dõi để kiểm tra xem có bất kỳ sự cân bằng độ dài dấu vết nào đã được áp dụng hay không (còn gọi là các đường trễ). Trong hầu hết các trường hợp, những đường trễ này trông giống như những đường cong.
Điều đáng chú ý là độ trễ tăng thêm là do vias trong đường dẫn tín hiệu gây ra. Nếu không thể tránh được vias, điều quan trọng là phải đảm bảo rằng tất cả các nhóm theo dõi có số lượng vias bằng nhau với mối quan hệ thời gian chính xác. Ngoài ra, độ trễ do đường truyền gây ra có thể được bù bằng cách sử dụng đường dây trễ.
4. Vị trí linh kiện
Mặc dù cuộn cảm có khả năng tạo ra từ trường nhưng các kỹ sư cần đảm bảo chúng không được đặt gần nhau khi sử dụng cuộn cảm trong mạch điện. Nếu các cuộn cảm được đặt gần nhau, đặc biệt là từ đầu đến cuối sẽ tạo ra sự ghép nối có hại giữa các cuộn cảm. Do từ trường do cuộn cảm tạo ra sẽ tạo ra một dòng điện cảm ứng trong một vật kim loại lớn. Do đó, chúng phải được đặt ở một khoảng cách nhất định với vật kim loại, nếu không giá trị điện cảm có thể thay đổi. Bằng cách đặt các cuộn cảm vuông góc với nhau, ngay cả khi các cuộn cảm được đặt gần nhau, có thể giảm được sự ghép nối lẫn nhau không cần thiết.
Nếu PCB có điện trở nguồn hoặc bất kỳ thành phần sinh nhiệt nào khác, bạn cần xem xét ảnh hưởng của nhiệt lên các thành phần khác. Ví dụ: nếu sử dụng tụ bù nhiệt độ hoặc bộ điều nhiệt trong mạch thì không nên đặt chúng gần điện trở nguồn hoặc bất kỳ bộ phận nào tạo ra nhiệt.
Phải có một khu vực dành riêng trên PCB cho bộ điều chỉnh chuyển mạch trên bo mạch và các bộ phận liên quan của nó. Phần này phải được đặt càng xa phần xử lý tín hiệu nhỏ càng tốt. Nếu nguồn điện AC được nối trực tiếp với PCB thì phải có một bộ phận riêng biệt ở phía AC của PCB. Nếu các thành phần không được tách riêng theo khuyến nghị trên thì chất lượng thiết kế PCB sẽ có vấn đề.
5. Chiều rộng dấu vết
Các kỹ sư nên hết sức cẩn thận để xác định chính xác kích thước của các vết mang dòng điện lớn. Nếu các đường truyền tín hiệu thay đổi nhanh hoặc tín hiệu số chạy song song với các đường truyền tín hiệu tương tự nhỏ thì vấn đề thu nhiễu có thể phát sinh. Dấu vết kết nối với cuộn cảm có khả năng hoạt động như một ăng-ten và có thể gây ra sự phát xạ tần số vô tuyến có hại. Để tránh điều này, những dấu hiệu này không nên rộng hơn.
6. Mặt đất và mặt phẳng đất
Nếu PCB có hai phần, kỹ thuật số và analog và chỉ được kết nối tại một điểm chung (thường là cực nguồn âm), mặt phẳng mặt đất phải được tách biệt. Điều này có thể giúp tránh tác động tiêu cực của phần kỹ thuật số lên phần tương tự do dòng điện chạm đất gây ra. Dấu vết trở lại mặt đất của mạch phụ (nếu PCB chỉ có hai lớp) cần được tách ra, sau đó nó phải được kết nối ở cực nguồn âm. Chúng tôi đặc biệt khuyến nghị nên có ít nhất bốn lớp đối với PCB có độ phức tạp vừa phải và cần có hai lớp bên trong cho lớp nguồn và lớp nối đất.
Tóm lại
Đối với các kỹ sư, điều rất quan trọng là phải có đủ kiến thức chuyên môn về thiết kế PCB để đánh giá chất lượng thiết kế của một hoặc một nhân viên. Tuy nhiên, những kỹ sư không có kiến thức chuyên môn vẫn có thể xem được các phương pháp trên. Trước khi chuyển sang tạo nguyên mẫu, đặc biệt là khi thiết kế một sản phẩm khởi nghiệp, bạn nên luôn nhờ chuyên gia kiểm tra chất lượng của thiết kế PCB.