從電源原理圖中了解電路的PCB布局

本文討論了電源電路的PCB布局，該電路從小型太陽能電池產生3.3 V穩壓軌。

我在這個項目中的目標是創建一個非常簡單，非常緊湊的電路，可以為基于微控制器的嵌入式系統供電。該電路僅在充足照明的時間內有效，因為該設計不包括用于存儲剩余能量的電容器或電池。

在本文中，我將從電源原理圖中了解電路的PCB布局。

光伏電源的PCB布局

下圖顯示了PCB頂部和底部的布局。所有組件和大部分痕跡和銅澆注都在頂部; 底部主要是地平面。

PCB尺寸

微控制器是Silicon Labs的EFM8 Sleepy Bee，左側的（相對）大型連接器提供與SiLabs USB調試適配器的直接連接。這種連接器消耗了相當多的PCB空間，使整體設計看起來比實際更大。

下圖顯示了PCB的尺寸（以英寸為單位）。較短的水平尺寸是我試圖估計如果調試連接器被移除（以及其他組件重新排列），電路板可以有多小。

所以我的猜測是，一側的所有組件的雙層板可能小于1.5平方英寸。我會說這很不錯，特別是考慮到我們正在討論的是雙層PCB。

此外，我不認為我使用兩層而不是四層而失去任何性能，因為底部幾乎是一個堅固的地平面，頂部有足夠的空間用于寬電源線和寬大的接地連接（還因為微控制器將以非常低的頻率運行）。

小巧緊湊，但它可能更小

以下是其他一些可以減少該板尺寸的方法：

● 我選擇了更大的無源元件IC（0805和1206），因為它們更容易組裝。如果您計劃專業組裝電路板，您可以考慮使用0603甚至0402（您可能在0402封裝中找到可接受的2.2μF電容，但對于0.1μF電容和電阻，您絕對可以使用0402） 。

● 我為微控制器選擇了更大的封裝; 這是一個9毫米×9毫米的QFP32。32引腳無引腳封裝尺寸明顯更?。? mm×5 mm），還有一個24引腳無引腳封裝，尺寸更?。? mm×4 mm）。在我看來，圍繞此電源構建的大多數應用程序不需要超過少數I / O引腳，因此24引腳封裝可能是最佳選擇。我之所以使用32引腳器件，是因為該微控制器沒有任何其他引線（即非引線）封裝。

● 我為實時時鐘應用提供了高精度32.768 kHz晶振; 它大約是0805組件的大小。微控制器有一個內部低功耗振蕩器，精度很低（±10％），所以如果你不需要精確定時，你可以省略晶體。

● 電荷泵開關穩壓器目前有四個2.2μF輸出電容，但只需要一個。

● LED及其附帶的電阻僅用于調試; 它們可以在最終設計中省略。

● 您可能認為可以消除與調試電源相關的所有電路（開關，LDO和兩個電容）。我不建議這樣做，因為太陽能供電不是固件開發和測試的便利電源。

雙面選擇

該如何制作更小的列表的最后一項是在板的頂部和底部有組件。當我寫這篇文章的時候，我開始懷疑整個電路是否適合與太陽能電池尺寸相對應的區域，這樣你就可以設計出一塊只有頂部太陽能電池和底部其他東西的電路板。我決定從原理圖中刪除一些不必要的組件然后嘗試這個想法，這是我發現的（尺寸以英寸為單位）：

這是一個粗略的近似，但是，你可以看到，我們非常接近將所有電路塞入太陽能電池占用的PCB空間的目標。

為了創建這個元件放置，我消除了四個輸出電容中的三個，晶體，LED和LED的電阻。我還將微控制器包切換到QFN24。無源元件仍然是1206和0805，但這些較大的封裝可以彌補您需要某種方法將微控制器連接到調試適配器。當然沒有太多的路由空間，但如果你可以使用四層板（并且太陽能電池下方的頂部還有足夠的空間），我認為這不是一個嚴重的障礙。

結論

我們已經討論了我最近設計的太陽能微控制器板的PCB布局，我們還研究了一個更加空間優化的實現示例，其中PCB的尺寸接近太陽能電池的尺寸。如果您對低功耗嵌入式設備的空間受限設計有任何經驗，請隨時在評論中分享您的想法。