مبدأ عمل لوحات الدوائر الكهربائية
تتمثل الوظيفة الأساسية للوحة الدارات الكهربائية في تسهيل نقل وتوزيع الإشارات الكهربائية، وتوصيل إشارات الطاقة والتحكم إلى المكونات الإلكترونية المختلفة.ويمكن تلخيص مبدأ عملها على النحو التالي: تربط الآثار النحاسية الموصلة ومسارات الدوائر المختلفة بين المكونات الإلكترونية، مما يتيح تدفق التيار ونقل الإشارات.
على سبيل المثال، في اللوحة الأم للكمبيوتر، لا تقوم لوحة الدارات الكهربائية بتوصيل المكونات الرئيسية مثل وحدة المعالجة المركزية والذاكرة وبطاقة الرسومات فحسب، بل توفر أيضًا الطاقة من خلال دوائر الطاقة وتنسق تشغيلها عبر إشارات التحكم.يؤثر استقرار لوحة الدارات الكهربائية وموثوقيتها بشكل مباشر على الأداء الكلي للجهاز الإلكتروني.
1.أساسيات البنية الفيزيائية
- مادة الركيزةعادةً ما تكون مصنوعة من مواد عازلة مثل الألياف الزجاجية (FR4) أو ركائز مرنة (مثل البولي إيميد)، مما يوفر الدعم الميكانيكي والعزل الكهربائي.
- الطبقة الموصلة: آثار نحاسية محفورة تشكل أسلاكًا دقيقة لإنشاء توصيلات كهربائية بين المكونات.
- تصميم متعدد الطبقاتتستخدم الدارات المعقدة طبقات مكدسة (على سبيل المثال ， 4/6/8 طبقات من الألواح) مع فتحات للتوصيلات بين الطبقات، مما يحسن من سلامة الإشارة وكفاءة المساحة.
2.آليات نقل الإشارة والتيار
- إرسال الإشارات: يتم توجيه الإشارات عالية التردد باستخدام تصميمات متناهية الصغر أو تصميمات الخطوط المخططة للتحكم في المعاوقة وتقليل الانعكاسات والحديث المتبادل (على سبيل المثال ， تتطلب أزواج USB 3.0 التفاضلية مطابقة المعاوقة 90 درجة).
- توزيع الطاقة: تعمل مستويات الطاقة على تقليل المعاوقة، بينما تعمل مكثفات فصل الطاقة على كبح الضوضاء عالية التردد لضمان استقرار الجهد.
- نظام التأريض: توفر المستويات الأرضية المخصصة في اللوحات متعددة الطبقات مسارات إرجاع منخفضة المعاوقة، مما يمنع مشاكل الارتداد الأرضي.
3.الوحدات الوظيفية النموذجية
- الدوائر الرقمية: يتطلب توجيه ناقل وحدة المعالجة المركزية والذاكرة مطابقة الطول لتلبية قيود التوقيت.
- الدوائر التناظرية: يجب عزل مسارات الإشارات الصوتية عن تبديل إمدادات الطاقة لتجنب التداخل الكهرومغناطيسي الكهرومغناطيسي.
- أنظمة الإشارات المختلطة: غالبًا ما تستخدم ADCs/DACs غالبًا التأريض النجمي لفصل التأريض التناظري والرقمي.
4.سير العمل التعاوني (مثل ， اللوحة الأم للكمبيوتر)
- مرحلة الطاقة: يقوم موصل الطاقة ATX ذو 24 سنًا بتحويل الفولتية عبر منظمات التيار المستمر-التناوب (على سبيل المثال ， 12 فولت → 1.2 فولت لوحدة المعالجة المركزية).
- معالجة الإشارات: يتصل الجسر الشمالي (أو SoC الحديث) بوحدات معالجة الرسومات عبر ممرات PCIe بسرعة 8 جيجا/ثانية.
- مزامنة الساعة: تقوم المذبذبات البلورية بتوليد ساعات مرجعية، مضروبة في PLLs لتوزيع النظام الفرعي.
5.عوامل الأداء الرئيسية
- خواص المواد: تستخدم الدوائر عالية التردد عوازل منخفضة الخسارة (مثل روجرز RO4003C).
- قواعد التخطيطتتبع الإشارات الحساسة قاعدة 3W (التباعد ≥3× عرض التتبع) لتقليل التداخل.
- الإدارة الحرارية: تلتزم آثار التيار العالي بمعايير القدرة الأمبيرية IPC-2152، مع وجود فيا حرارية لتبديد الحرارة.
6.أنماط الفشل والمصباح؛ الموثوقية
- الدوائر المفتوحة/القصيرة: ناتج عن الترحيل الكهربائي أو الإجهاد الميكانيكي.
- مشكلات تكامل الإشارةيؤدي عدم تطابق المعاوقة إلى حدوث رنين أو انهيار مخطط العين.
- المتانة البيئية: تم التحقق من صلاحيتها من خلال اختبار HALT (اختبار الحياة المعجل للغاية) لمقاومة الحرارة/الرطوبة.
عصري تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور تعتمد على أدوات EDA (مثل Cadence Allegro) لسلامة الإشارات (SI) وسلامة الطاقة (PI) ومحاكاة التوافق الكهرومغناطيسي EMC، مما يضمن ترجمة دقيقة من المخططات إلى اللوحات المادية. وتستمر التطورات مثل HDI (التوصيل البيني عالي الكثافة) والمواد المضمنة في دفع الإلكترونيات نحو أداء أعلى وتصغير الحجم.