اشتباهات رایج در طراحی برد مدار چاپی

طراحی برد مدار چاپی یک کار پیچیده و حساس است و به دقت و مهارت بالایی نیاز دارد. به شکلی که هر چقدر هم که در این کار دانش و تجربه داشته باشید، باز هم احتمال بروز خطا و اشتباه در پروسه طراحی PCB بالا است. در این مطلب رایج‌ترین اشتباهات طراحی برد مدار چاپی را مرور می‌کنیم و خواهیم دید که چگونه می‌توانید از آنها جلوگیری کنید.

جلوگیری از اشتباهات رایج در طراحی PCB

برد مدار چاپی که به اختصار به آن PCB می‌گویند، روح و قلب یک مدار الکترونیکی محسوب می‌شود. برد مدار چاپی قسمت‌های مختلف یک وسیله الکترونیک را به همدیگر متصل می‌کند و همچنین ابزار تعامل دستگاه با دنیای بیرون است. در نتیجه، حتی کوچک‌ترین اشتباه در طراحی PCB می‌تواند باعث نقص عملکرد دستگاه شود و یا در فرایند ساخت و تولید PCB هزینه‌های اضافی را به شما تحمیل کند.

اگرچه تکنولوژی‌های جدید در زمینه طراحی برد مدار چاپی ضریب اشتباهات را تا حد زیادی نسبت به گذشته کاهش داده‌اند، اما همچنان حتی حرفه‌ای‌ترین مهندسین از اشتباهات طراحی برد مدار چاپی مصون نیستند. گاهی این اشتباهات باعث می‌شوند تا برد عملکرد ایده آلی نداشته باشد. در برخی دیگر از موارد، اگرچه برد عملکرد مورد انتظار را ارائه می‌دهد، اما پیروی نکردن از اصول طراحی PCB باعث می‌شود تا هزینه ساخت و تولید برد مدار چاپی بیشتر از چیزی که باید شود و بودجه شما را مصرف کند.

 در اینجا شش مورد از مهم‌ترین اشتباهات رایج در طراحی برد مدار چاپی را معرفی می‌کنیم:

1.  لی اوت (Layout) ناکافی

از آنجایی که تقاضا برای برد مدارهای چاپی کوچک‌تر روز به روز بیشتر می‌شود، طراحان مجبور هستند که تا جای ممکن از حجم برد مدار بکاهند و قطعات مختلف را نزدیک به هم در یک مدار کوچک جای دهند؛ اما استفاده از لی اوت (آرایش مدار) کوچک برای طراحی pcb مشکلاتی نیز به همراه دارد: اگر لی اوت فضای کافی را نداشته باشد، ریسک بروز مشکلات مربوط به اتصالات و یا عدم انطباق قطعات با یکدیگر افزایش می‌یابد.

به خصوص اگر از قطعاتی استفاده کنید که تعداد پین‌های بیشتر و گام کوچک‌تری دارند، این مشکل جدی‌تر خواهد شد. برای آن که از این مشکل جلوگیری کنید و مطمئن شوید که مدار عملکرد خود را حفظ می‌کند، باید حتماً از تکنیک‌ متناسبی برای طراحی آرایش مدار (layout) استفاده کنید که با عملکردهای پیش بینی شده برای مدار سازگاری داشته باشد.

یک راهکار مفید این است که همیشه در طراحی مدار، فضای کافی برای قطعات اضافی (یا قطعات جایگزین) تعبیه کنید چرا که ممکن است در آینده این فضا به کمک شما بیاید. حتی اگر قطعات اضافه‌ای را به برد نصب کنید که بعداً معلوم شود نیازی به آن‌ها نیست، می‌توانید به راحتی و قبل از آن که برد وارد پروسه تولید و ساخت PCB شود، آن قطعات را بدون آن که اختلالی در عملکرد برد ایجاد کند حذف نمایید.

2.  اشتباه در محل نصب خازن کنارگذر

خازن‌های کنارگذر یکی از ملزومات برد مدار چاپی در قسمت خطوط منبع تغذیه هستند که وظیفه آنها این است تا یک منبع تغذیه پایدار و بدون نوسانات گذرا را به سمت تمامی قطعات برد مدار تأمین کنند. یکی از نکات حیاتی در تعیین محل قرارگیری خازن کنارگذر این است که این خازن‌ها باید همیشه به شکل موازی با منبع تغذیه نصب شوند و محل قرارگیری آنها، باید تا جای ممکن به پین‌های قطعه‌ای که نیاز به تغذیه دارد نزدیک باشد.

مسیر خط توانی که از سمت منبع تغذیه حرکت می‌کند باید به شکل مناسبی طراحی شده باشد. به نحوی که حتماً قبل از رسیدن به پین‌هایی که نیاز به ولتاژ پایدار دارند، به خازن کنارگذر برخورد کند. در غیر این صورت، خازن کنارگذر نمی‌تواند عملکرد مناسبی داشته باشد. یکی از مشکلات برد مدار چاپی که بر اثر این اشتباه رخ می‌دهد این است که تمامی رگلاتورهای ولتاژ از یک مدار پس‌برخورد استفاده کنند که اگر به شکل مناسب پایدار نشود، باعث بروز نوسان می‌گردد.

3.  تکیه بیش از حد به مسیریابی خودکار

یکی از رایج‌ترین اشتباهات طراحی برد مدار چاپی که به خصوص در طراحی مدارهای نسبتاً ساده زیاد رخ می‌هد، اعتماد به قابلیت مسیریابی اتوماتیک است. همانطور که گفتیم امروزه ابزارهای پیشرفته‌ای برای طراحی برد مدار چاپی وجود دارند که بسیاری از آنها، قابلیت مسیریابی اتوماتیک را ارائه می‌دهند.

بسیاری از طراحان، برای طراحی برد مدارهای ساده از این قابلیت استفاده می‌کنند؛ اما خوب است بدانید که به طور معمول، مسیریابی خودکار تمایل دارد تا فضایی بیشتر از فضای مورد نیاز را برای مسیریابی استفاده کند و همچنین از حفره‌های بزرگ‌تری در طراحی بهره ببرد. این در حالی است که در اکثر موارد، اگر مسیریابی به شکل دستی انجام شود فضای کمتری را اشغال خواهد کرد و قطر حفره‌ها کوچک‌تر خواهد بود. این موضوع وقتی اهمیت پیدا می‌کند که بدانید یکی از تاثیرگذارترین عوامل در هزینه ساخت و تولید PCB، طول و تعداد مسیرها و همچنین تعداد حفره‌ها است.

4.  حفره‌های کور یا مدفون

حفره‌های مدار که به آن via holes هم می‌گویند، یک ابزار کاربردی در طراحی مدارهای پیچیده هستند که می‌توانند بسیاری از مشکلات و چالش‌های مربوط به مسیریابی را رفع کنند و تبادل حرارت pcb را بهبود ببخشند. با این حال، در استفاده از این تکنیک باید محتاط و هوشمندانه عمل کنید چرا که بسیاری از مشکلات برد مدار چاپی مربوط به استفاده غیر اصولی از حفره‌ها می‌شوند. مثلاً حفره‌های کور (نوع 1 در تصویر زیر) باید صرفاً برای وصل کردن یک لایه خارجی به یک لایه داخلی استفاده شوند. در حالی که حفره‌های مدفون (نوع 2 در تصویر زیر) باید برای متصل کردن دو لایه داخلی مورد استفاده قرار بگیرند.

در نهایت حفره‌های سرتاسری (نوع 3 در تصویر بالا) باید حتماً برای وصل کردن دو لایه خارجی به یکدیگر به کار گرفته شود؛ گاهی نیز ممکن است در طول مسیر یک لایه داخلی را نیز به دو لایه خارجی وصل کند. برای ایجاد یک حفره در مدار pcb، حتماً باید ابعاد کلی، قطر حفره، تولرانس و سایر ویژگی‌های حفره را محاسبه و تعیین کنید. همچنین لازم به ذکر است که در فرایند تولید و ساخت pcb، ایجاد حفره‌های مدفون و کور شده هزینه بیشتری به همراه دارند. در نتیجه اگر بودجه محدودی دارید، سعی کنید از این حفره‌ها در جای مناسب استفاده کنید.

5.  اختلالات الکترومغناطیسی

یکی از رایج‌ترین مشکلات برد مدار چاپی، بروز اختلالات الکترومغناطیسی است که در اغلب موارد به دلیل نقص در طراحی برد مدار چاپی رخ می‌دهد. برای کاهش اختلالات الکترومغناطیسی (که به آن EMI نیز می‌گویند) در برد مدار چاپی، توصیه می‌شود تا قطعات مختلف مدار را با توجه به عملکرد آنها دسته بندی کنید. دسته بندی می‌تواند به این شکل باشد: بلاک‌های آنالوگ و دیجیتال، بخش توان، مدارهای کم سرعت، مدارهای پر سرعت و به همین ترتیب. علاوه بر آن، ضروری است که زوایای موجود در مسیر را کاهش داده و حتی ترجیحاً حذف نمایید و به جای آن، از کانتینرهای فلزی و کابل‌های غلاف شده برای جذب اختلالات الکترومغناطیسی استفاده کنید.

6.  آرایش غلط آنتن

مورد بعدی از اشتباهات طراحی برد مدار چاپی مربوط به مدارهایی می‌شود که در آنها از آنتن برای ارتباط بیسیم استفاده می‌شود. در طراحی این دسته از مدارها، طراحان باید فوق‌العاده دقیق عمل کنند تا بتوانند آرایش آنتن روی برد را به شکل اصولی و صحیح طراحی کنند. برای به حداکثر رساندن انتقال قدرت، قبل از هر چیز لازم و ضروری است تا مقاومت بین فرستنده/گیرنده و آنتن را به شکل مناسب تنظیم کنید. به طور معمول، خط انتقال که فرستنده/گیرنده را به آنتن وصل می‌کند باید میزان مقاومت ۵۰ اهمی داشته باشد. برای آن که بتوانید مقاومت را به شکل دقیق تنظیم نمایید، یک Pi (LC) tuner filter و یا هر مدار مشابه دیگری باید بین آنتن و ترنسیور (فرستنده/گیرنده) قرار بگیرد.

سفارش و واردات PCB با بهترین کیفیت

در نهایت یکی دیگر از مهم‌ترین عوامل تاثیرگذار بر کارایی یک برد مدار چاپی و جلوگیری از اشتباهات طراحی برد مدار چاپی، کیفیت چاپ و تولید آن است. اگر برد مدار چاپی مورد نظر خود را طراحی کرده‌اید و حالا به دنبال یک مرجع مطمئن برای تولید و مونتاژ آن هستید، می‌توانید از خدمات کمپانی‌ای نبض در این زمینه استفاده کنید. کمپانی ‌ای نبض به شکل تخصصی در زمینه واردات و بازرگانی قطعات و تجهیزات الکترونیکی فعالیت می‌کند و علاوه بر خرید محصولات سفارشی و ارسال آن‌ها از کشورهایی مثل چین و دبی، در زمینه چاپ و تولید PCB نیز سابقه موفقی دارد.

در واقع یکی از خدمات اصلی کمپانی enabz چاپ و مونتاژ برد مدار در کشور چین است. از آنجایی که هنوز تکنولوژی‌های لازم و ظرفیت‌های تولیدی کافی در ایران برای تولید انبوه و با کیفیت PCB وجود ندارد، تولیدی‌های چینی بهترین گزینه برای چاپ PCB محسوب می‌شوند. ای نبض به واسطه دفتر فعال و رسمی خود در کشور چین، به شما تضمین می‌دهد که می‌تواند حتی پیچیده‌ترین انواع بردهای چندلایه را با کیفیتی فوق‌العاده در کشور چین چاپ نماید و در کوتاه‌ترین زمان ممکن آن‌ها را به ایران بفرستد.