این پروژه با هدف طراحی و توسعه یک برد الکترونیکی پیچیده و چندبخشی برای استفاده در سیستم‌های صنعتی و نیروگاهی شرکت تتاپاور مشهد در سال 1397 انجام شده است. با توجه به حوزه فعالیت تتاپاور در زمینه موتورژنراتورها و سیستم‌های کنترلی، طراحی برد با در نظر گرفتن الزامات مربوط به پایداری، قابلیت اطمینان، مدیریت سیگنال‌های کنترلی و ارتباط میان بخش‌های مختلف سیستم انجام شده است.
برد نهایی دارای تراکم بالای قطعات و مسیرهای PCB بوده و مجموعه‌ای از مدارهای پردازشی، کنترلی، تغذیه، ورودی/خروجی و رابط‌های ارتباطی را در یک PCB نسبتاً فشرده در کنار یکدیگر قرار می‌دهد.
ساختار و ویژگی‌های طراحی
در نمای PCB، وجود تعداد زیادی قطعه SMD و Through-Hole، کانکتورهای متعدد، آی‌سی‌های مختلف، شبکه گسترده‌ای از مسیرهای مسی و تعداد قابل توجهی Via نشان‌دهنده پیچیدگی نسبتاً بالای این طراحی است.
از بخش‌های برد می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- بخش‌های پردازشی و کنترلی برای اجرای منطق عملکرد سیستم
- مدارهای تغذیه و توزیع توان در قسمت‌های مختلف برد
- تعداد زیادی مدار مجتمع و قطعات SMD با تراکم بالا
- کانکتورها و هدرهای متعدد برای ارتباط برد با سایر بخش‌های سیستم
- مدارهای ورودی و خروجی برای دریافت و ارسال سیگنال‌های کنترلی
- تفکیک عملکردی بخش‌های مختلف برد
چالش اصلی پروژه
یکی از مهم‌ترین چالش‌های این پروژه، جای‌گذاری تعداد زیادی قطعه و Routing تعداد زیادی Net در فضای محدود PCB بوده است.
در چنین بردهایی صرفاً اتصال صحیح قطعات کافی نیست؛ بلکه نحوه قرارگیری قطعات، مسیر عبور سیگنال‌ها، تفکیک بخش‌های مختلف، مسیرهای تغذیه و زمین، دسترسی مناسب به کانکتورها و همچنین کاهش احتمال ایجاد تداخل میان بخش‌های مختلف باید هم‌زمان در نظر گرفته شود.
به همین دلیل فرآیند طراحی از مرحله بررسی شماتیک و تعریف ساختار PCB آغاز شده و سپس با Component Placement، تعریف نواحی عملکردی، طراحی مسیرهای ارتباطی و Power Routing و در نهایت بررسی و اصلاح Layout ادامه پیدا کرده است.
طراحی PCB با تمرکز بر قابلیت اطمینان
با توجه به اینکه این برد برای یک مجموعه فعال در حوزه سیستم‌های نیروگاهی و موتورژنراتور طراحی شده است، موضوع قابلیت اطمینان در طراحی اهمیت ویژه‌ای دارد.
در چنین کاربردهایی PCB باید بتواند در کنار سایر تجهیزات کنترلی و الکتریکی سیستم، عملکرد پایدار و قابل اتکایی داشته باشد. بنابراین در فرآیند طراحی، علاوه بر کاهش پیچیدگی Routing، به مواردی مانند تفکیک مناسب بخش‌های مختلف مدار، مسیرهای تغذیه، مسیرهای زمین، جانمایی صحیح قطعات و کاهش ریسک تداخل سیگنال‌ها توجه شده است.
خروجی پروژه
خروجی این پروژه یک PCB با تراکم بالای قطعات و Routing پیچیده است که مجموعه‌ای از بخش‌های الکترونیکی موردنیاز سیستم را در یک برد یکپارچه پیاده‌سازی می‌کند.
این پروژه نمونه‌ای از توانمندی PCBMastery در طراحی بردهای صنعتی پیچیده، بردهای کنترلی و PCBهای با تراکم بالای قطعات و اتصالات است؛ پروژه‌هایی که در آنها طراحی PCB تنها به اتصال قطعات محدود نمی‌شود و نیازمند تصمیم‌گیری مهندسی در تمام مراحل Layout است.
تصاویر بیشتر
