Présentation du plan de masse PCB : équipement essentiel

Introduction

Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi nous devions mettre un couche de cuivre au bas de nos planches? Et pourquoi est-il si important de s'assurer qu'il est connecté ?

Le plan de masse est la base de tout PCB. Il fournit une connexion électrique entre tous les composants d'une carte, afin qu'ils puissent communiquer entre eux. Sans un plan au sol efficace, vous vous retrouveriez avec un fouillis de signaux et aucun moyen de les trier.

Plan de masse PCB

Introduction au plan de masse PCB

Comment fonctionne le plan de masse dans un PCB ?

Ce n'est pas n'importe quel vieux morceau de cuivre : c'est un couche du PCB, et il doit être fait d'un type spécial de cuivre suffisamment épais pour fournir un chemin solide au courant.

Le but du plan de masse est de fournir une grande surface pour que le courant circule. Il fonctionne en réduisant impédance et l'augmentation de la bande passante. Un PCB avec un plan de masse aura plus de capacité de courant qu'un autre sans lui; cela le rend idéal pour circuits haute puissance tels que ceux utilisés dans numérique logique ou radiofréquence applications.

Un plan de masse est crucial car il aide à réduire les interférences électromagnétiques (EMI). Lorsque plusieurs signaux circulent, ils peuvent interférer les uns avec les autres et causer des problèmes. Les plus importantes est votre plan de masse, moins il y aura d'interférences entre vos signaux.

Plan de masse dans un PCB

Plan de masse dans un PCB

Pourquoi le plan de masse des PCB est-il important ?

Il fournit un point de connexion pour tous les composants de la carte. Cela permet une distribution uniforme de l'électricité dans l'ensemble du système, ce qui évite les points chauds et contribue à garantir qu'aucun composant n'est suralimenté ou sous-alimenté.

C'est également important pour réduire les interférences électromagnétiques (EMI). Ceci est particulièrement préoccupant lorsque le circuit imprimé se trouve à proximité d'équipements ou d'appareils sensibles, tels que ordinateurs or médical équipement. Le plan de masse peut réduire ces interférences en fournissant un chemin pour que les champs électromagnétiques se dissipent.

Types de plan de masse PCB

Il existe de nombreux types de plans de masse pour PCB. Le type que vous choisissez dépend de votre application, de votre budget et de votre besoin de flexibilité.

Types de plan de masse PCB

Types de plan de masse PCB

Terre Terre

Un plan de masse est le plus gros composant de la carte et il est absolument nécessaire pour un bon fonctionnement.

Le plan de terre fournit un chemin pour que le courant circule entre le source de courant et l'appareil lui-même. Cela garantit qu'il n'y aura pas de différence de tension entre deux points quelconques sur la carte. Si une partie de votre produit a besoin de plus de puissance qu'une autre, il est facile d'ajouter des connexions supplémentaires entre ces deux points ; mais s'ils ne sont pas connectés du tout, vous devrez trouver un autre moyen de les connecter, ce qui pourrait être beaucoup plus difficile.

Les plans de sol sont généralement fabriqués à partir de capuchons de cuivre en raison de sa conductivité élevée et de sa faible résistance (le contraire de la résistance). Il a également une excellente conductivité thermique afin que la chaleur puisse se dissiper rapidement loin des composants électroniques sensibles tels que transistors ou micropuces.

Terre Terre

Terre Terre

Masse du châssis

Il est constitué d'une seule couche de feuille de cuivre qui couvre l'ensemble surface du circuit imprimé. Le plan de masse du châssis est connecté à la borne de masse de chaque composant. Cela aide à réduire les interférences électromagnétiques (EMI) en fournissant une grande surface à des fins de mise à la terre.

Le plan de masse du châssis agit également comme un bouclier électromagnétique, protégeant contre haute fréquence bruit causé par les interférences radioélectriques (RFI) et les interférences radioélectriques (RFI).

Masse du châssis

Masse du châssis

Masse du signal

Utilisé pour fournir un plan de masse à faible impédance pour les traces de signal. Ils sont souvent situés sous l'alimentation électrique et peuvent être en cuivre ou aluminium. La taille de ce plan dépend de la quantité de courant qui le traversera.

Masse du signal

Masse du signal

Terrain flottant

Ce plan de masse est généralement utilisé lorsque les condensateurs de découplage de l'alimentation sont situés près des broches d'entrée ou de sortie d'un circuit intégré. Un exemple typique serait un amplificateur avec une alimentation à faible coût, où le découplage condensateurs sont placés juste à côté des broches d'entrée et de sortie.

Terrain flottant

Terrain flottant

Terrain virtuel

Un plan de masse qui n'existe que dans une région spécifique du PCB. Il est situé sur la surface intérieure de la carte et contribue à réduire la diaphonie et à améliorer les performances du circuit. Le plan de masse virtuel peut être utilisé conjointement avec un plan de masse physique, qui doit être situé dans d'autres régions de la carte qui ne sont connectées à aucune trace ou vias.

Terrain virtuel

Terrain virtuel

Terre CA

Un type de plan de masse de carte de circuit imprimé qui a une couche isolée de cuivre qui agit comme un conducteur de terre.

Le but de l'utilisation d'un plan de masse CA sur un circuit imprimé est de fournir un chemin pour que le courant circule sans interférence des autres composants de la carte. S'il n'y avait pas de chemin pour le passage du courant, cela provoquerait des interférences entre les appareils qui utilisent l'électricité.

LOGO TERRE

LOGO TERRE

Méthodes utilisées dans la mise à la terre des PCB

Il existe quelques méthodes différentes utilisées pour la mise à la terre des PCB. Ceux-ci inclus:

Traces au sol

Ce sont les chemins empruntés par un matériau conducteur pour créer une connexion entre deux ou plusieurs composants électriques. Les pistes de masse sont généralement utilisées pour connecter les pastilles de cuivre d'un circuit imprimé au plan de masse, une couche de cuivre qui passe sous toutes les autres couches d'une carte de circuit imprimé. Le plan de masse est généralement connecté à une extrémité à la terre et à l'autre extrémité à l'alimentation.

Traces au sol

Traces au sol

Plan de masse commun

Un plan de masse commun est un Circuit imprimé conception dans laquelle tous les composants électriques sont reliés à un seul plan de masse. Le plan de masse est relié à la source d'alimentation et agit comme un canal de retour de courant commun.

Plan de masse commun

Plan de masse commun

Mise à la terre équipotentielle

Une méthode de création d'un plan équipotentiel sur la surface d'un PCB. Cette méthode utilise du cuivre et un revêtement cuivré gaine de cuivre stratifié pour créer une surface qui est au même potentiel que le plan de masse.

Mise à la terre équipotentielle

Mise à la terre équipotentielle

Couche de sol dédiée

Cette méthode est utilisée lorsque le PCB n'a qu'une seule couche à des fins de mise à la terre et d'isolation. La couche de masse dédiée est constituée d'une feuille de cuivre ou d'époxy conducteur et est connectée au plan de masse par des vias. Les vias de connexion sont remplis de soudure ou d'époxy conducteur.

Couche de sol dédiée

Couche de sol dédiée

Objectif du plan de masse du circuit imprimé dans un circuit imprimé

Le but du plan de masse PCB est le suivant :

Reduire le bruit

Il s'agit d'une grande zone de cuivre qui est connectée à l'alimentation électrique. Le plan de masse sert de point de connexion unique pour tous les composants de votre circuit, et il aide également à réduire le bruit dans votre circuit en protégeant vos composants des interférences électromagnétiques.

Réduire les interférences

Un plan de masse est une couche sur le PCB qui est connectée au bus de masse. Le bus de terre est généralement en cuivre et s'étend sur toute la carte. Le plan de masse permet une meilleure conductivité entre les composants et réduit les interférences des autres composants.

Retour de tension

Le but d'un plan de masse PCB est de fournir un chemin à faible résistance pour que le courant de retour circule. Cela permet au Métal couche pour agir comme un grand condensateur unique, stockant la charge et la libérant à un rythme plus lent que la source Tension Peut changer.

Signal de retour

Le plan de masse PCB sert de chemin de retour pour tous les signaux sur une carte de circuit imprimé. Il aide également à dissiper la chaleur et à fournir un blindage électromagnétique.

Intégrité de l'alimentation

Il sert de point de référence commun pour toutes les traces de circuit, composants et autres chemins électriques. Le plan de masse fournit un point de référence stable pour toutes les tensions, ce qui permet de les comparer les unes aux autres et de les transmettre dans tout le système.

Différencie les fractions analogiques et numériques

Un autre objectif d'un plan de masse est de différencier les fractions analogiques et numériques de votre circuit. Sans cette différenciation, les signaux électriques de votre circuit seraient impossibles à distinguer les uns des autres.

Distribue l'alimentation CC

Ceci est connecté au côté négatif de la source d'alimentation du circuit. Ceci est fait afin de fournir une grande surface pour la circulation du courant, ce qui aide à réduire la résistance électrique et à augmenter l'ampérage.

Supprime la diaphonie

La diaphonie est l'interférence qui se produit entre les signaux électriques traversant différentes parties du circuit. Si un signal traverse un autre signal voyageant dans une direction différente, il y aura un effet d'écho, où les deux signaux sont réfléchis entre eux plusieurs fois avant d'être complètement annulés. Cela peut entraîner des problèmes de qualité sonore ou de transmission de données sur de longues distances.

Le plan de masse PCB élimine ce problème en créant une zone sur laquelle tous les signaux peuvent circuler librement sans être dérangés par d'autres signaux qui le traversent.

Dissipation de la chaleur

C'est l'un des aspects de conception les plus critiques car il maintient les composants du circuit au frais. Plus la dissipation thermique est efficace, plus le fonctionnement global de votre circuit imprimé est efficace.

Objectif du plan de masse dans un PCB

Objectif du plan de masse dans un PCB

Conseils sur l'utilisation du plan de masse sur votre PCB

La mise à la terre de votre carte de circuit imprimé au plan de masse est l'un des meilleurs moyens d'améliorer ses performances. C'est également un excellent moyen de vous assurer que vous ne court-circuitez pas accidentellement des composants de votre conception. Si un composant présente un court-circuit, il peut l'endommager et provoquer sa défaillance prématurée.

Astuce 1- Vérifiez la pièce jointe de tout

Lorsque vous concevez votre PCB, la première chose à vérifier est la fixation de tout. Assurez-vous que le plan de masse est correctement fixé au reste de la carte de circuit imprimé.

Astuce 2 – Gardez la couche de sol entière

La couche de masse doit rester entière, vous ne voulez donc pas la briser avec des vias ou d'autres caractéristiques qui diminueraient son efficacité.

Astuce 3 – Ayez un point commun au sol

Si vous utilisez des plans de masse sur votre PCB, assurez-vous d'avoir un point de masse commun. Cela garantira que toutes vos connexions électriques sont correctement isolées et ne causeront aucun problème avec le circuit.

Astuce 4 - Minimiser l'utilisation des vias en série

Si vous pouvez empêcher le plan de masse d'être interrompu par trop de vias en série, il fonctionnera mieux comme dissipateur thermique et réduira le risque de courts-circuits.

Astuce 5 - Concevez la mise à la terre avant le routage

Pour vous assurer que vous n'avez oublié aucun point de mise à la terre, concevez votre plan de masse avant routage. Cela vous aidera à identifier les parties du circuit qui doivent être mises à la terre et où ces points de mise à la terre doivent aller.

Astuce 6 – Comprendre la circulation des courants dans le PCB

Avant de commencer à concevoir votre plan de masse, vous devez comprendre comment le courant circule à travers le PCB. Les courants peuvent être classés comme positifs, négatifs ou équilibrés. Les courants positifs se déplacent d'une source positive (comme un DEL) à un puits négatif (tel que le plan de masse). Les courants négatifs se déplacent d'une source négative (telle qu'une résistance) vers un puits positif (le plan de masse). Les courants équilibrés sont comme leur nom l'indique : ils sont traversés par des quantités égales de courants positifs et négatifs.

Astuce 7 – Préparez-vous à la variance dynamique

Lorsque vous concevez un PCB, vous devez vous assurer que vous vous êtes préparé à la variance dynamique. La variance dynamique est la différence entre les valeurs réelles et supposées des performances d'un circuit pendant le fonctionnement. Cela peut être causé par des changements de température ou d'autres facteurs environnementaux, ainsi que par des composants qui sont utilisés d'une manière différente de celle pour laquelle ils ont été conçus.

Astuce 8 – Vérifiez les signaux analogiques et numériques

Lorsque vous concevez une carte de circuit imprimé, le plan de masse est un composant crucial qui facilite la circulation du signal. Il est nécessaire de vérifier les signaux analogiques et numériques sur votre circuit imprimé pour vous assurer qu'ils fonctionnent correctement.

 

Conclusion

Les plans de masse des PCB sont très importants et doivent être correctement conçus. Utilisez la bonne taille afin de couvrir le maximum de surface possible, considérant que la majorité des courants retournent à la source d'alimentation par le sol.

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