Anzahl Durchsuchen:0 Autor:Site Editor veröffentlichen Zeit: 2024-07-16 Herkunft:Powered
Bereiten wir die Situation vor: Sie haben gerade ein neues installiert PCB-Design Programm und sind bereit, mit Ihrem ersten PCB-Layout zu beginnen.Wo sollten Sie beginnen?Die meisten Ingenieure sind mit der Handhabung von Schaltplänen und der Auswahl von Kernkomponenten vertraut, aber Neulinge im PCB-Layout könnten den Prozess als überwältigend empfinden.PCB-Designsoftware verfügt über eine Fülle von Tools und folgt bestimmten Arbeitsabläufen. Anfänger können den Designprozess jedoch abschließen, indem sie einige grundlegende PCB-Designprinzipien verstehen.
In diesem Artikel werde ich einige wesentliche Designprinzipien vorstellen, die jeder neue Designer befolgen sollte, um einen erfolgreichen Designprozess sicherzustellen.Einige dieser Punkte stellen möglicherweise traditionelle Ansichten über den Aufbau von Leiterplatten in Frage, zielen jedoch darauf ab, ein Gleichgewicht zwischen rauscharmen Signalen, Herstellbarkeit und einfacher Gestaltung zu schaffen.
Der PCB-Designprozess folgt einem Standard-Workflow und es ist für jeden neuen Designer von entscheidender Bedeutung, zu verstehen, wie dieser Workflow abläuft.Der Standard-Workflow für das PCB-Design konzentriert sich auf die Durchführung des technischen Designs, die Vervollständigung des physischen PCB-Layouts und die Vorbereitung des endgültigen Designs für die Fertigung.
Bevor Sie mit den nächsten Schritten fortfahren, müssen Sie dies tunNehmen Sie sich unbedingt etwas Zeit, um sich kurz mit dem Standard-Workflow vertraut zu machen. Lesen Sie daher bitte den Link oben.Der Design-Workflow verläuft gemäß der folgenden Liste von Schritten:
Wählen Sie Kernkomponenten aus: Wählen Sie Kernkomponenten, die auf Lager sind und bei großen Händlern erhältlich sind.
Erstellen und überprüfen Sie einen Schaltplan: Erstellen Sie den Schaltplan entsprechend den technischen Anforderungen und überprüfen Sie ihn.
Erstellen Sie eine leere Leiterplatte: Erstellen Sie eine leere Leiterplatte, bauen Sie den Stapel auf und legen Sie Designregeln fest.
Komponentendaten importieren: Importieren Sie die Komponentendaten aus dem Schaltplan in das neue PCB-Layout.
Komponenten platzieren: Platzieren Sie die Komponenten und überprüfen Sie ihre Platzierung, um sicherzustellen, dass sie den technischen Anforderungen entsprechen.
Routenspuren: Leiterbahnen und Verbindungen zwischen Komponenten verlegen.
Bereinigen Sie das Layout: Bereinigen Sie das PCB-Layout und führen Sie eine abschließende Designüberprüfung durch.
Bereiten Sie die Designausgabe vor: Bereiten Sie die Designausgabe vor und senden Sie sie zur Fertigung.
Nachdem Sie den Designprozess gut verstanden haben, lesen Sie den Link unten, um zu erfahren, wie der PCB-Design-Workflow abläuft und welche Standardaufgaben jeder Designer ausführen muss, um eine neue Leiterplatte fertigzustellen.
Wenn Sie Ihre Karriere als PCB-Designer gerade erst beginnen, erstellen Sie wahrscheinlich Schaltpläne für Ihr Gerät.Wenn Änderungen am Design vorgenommen werden, müssen Sie diese Änderungen zwischen dem Schaltplan und dem Layout synchronisieren.Hierzu zählen insbesondere die folgenden Designänderungen:
Komponenten hinzufügen, entfernen oder austauschen
Netze hinzufügen, entfernen oder ändern
Gruppieren von Netzen in Netzklassenobjekte
Ändern von Komponentenparameterinformationen (Teilenummern, Lieferanteninformationen usw.)
Alle anderen elektrischen Regeln oder Richtlinien, die auf Objekte im Schaltplan angewendet werden
Nachdem Sie Änderungen vorgenommen haben, müssen diese auf das PCB-Layout angewendet werden.Dies kann mithilfe der Importfunktion in PCB-Designsoftware erfolgen.Dadurch wird sichergestellt, dass alles im Design synchronisiert ist und die Designregel-Engine in der Software Ihre Designdaten korrekt liest.
Jedes Objekt im Schaltplan muss mit einem Objekt im PCB-Layout verknüpft sein
Um diese Synchronisierung aufrechtzuerhalten, stellen Sie sicher, dass Komponentenbearbeitungen im Schaltplan vorgenommen und dann in das PCB-Layout importiert werden, und nicht umgekehrt.
Jedes Design, das Sie als physisches Produkt produzieren möchten, sollte für die Massenfertigung skalierbar sein.Mit der ECAD-Software können Sie alle erdenklichen Designmerkmale in Ihr PCB-Layout integrieren.Allerdings müssen Ihre Designentscheidungen innerhalb von Standardprozessen herstellbar sein, was bedeutet, dass Designer mit den Herstellungsbeschränkungen von Leiterplatten vertraut sein müssen.
Das bedeutet, dass sich jeder PCB-Designer die Zeit nehmen sollte, die Grundlagen der PCB-Herstellung zu erlernen, um sicherzustellen, dass seine Designs vollständig herstellbar sind.Dazu gehört das Verständnis wichtiger Praktiken, die in den Designprozess einbezogen werden sollten, bekannt als Design for Manufacturability (DFM).Nehmen Sie sich etwas Zeit, um sich über einige häufige Designfehler zu informieren, die die Fertigung zum Scheitern bringen und dazu führen können, dass Ihre Platinen vor der Produktion zur Neugestaltung zurückgeschickt werden.
Wenn Sie den Herstellungsprozess und einige der Standardfunktionen von Leiterplattenherstellern verstehen, können Sie die durch Designregeln auferlegten Einschränkungen leichter verstehen.Die meisten DFM-Probleme hängen mit den Abmessungen von Kupferelementen oder den Lücken zwischen verschiedenen Elementen auf einer Leiterplatte zusammen.Die in PCB-Designsoftware programmierten Standard-Designregeln sind im Allgemeinen etwas konservativ, und Sie sollten sich der Grenzen bewusst sein, wenn Sie gegen diese Designregeln verstoßen.
Betrachten Sie beispielsweise das folgende Paket.Der Pad-zu-Pad-Abstand dieses Gehäuses beträgt etwa 9 mil.Wenn das Bauteil jedoch in das PCB-Layout übertragen wird, löst es einen Design-Rule-Fehler aus (grün dargestellt).Sie können leicht gegen diese Designregel verstoßen und den Grenzwert niedriger ansetzen, da die meisten Hersteller einen Mindestabstand von etwa 5 mil verlangen.Bevor Sie Konstruktionsregeln außer Acht lassen, prüfen Sie unbedingt die Abstandsanforderungen im Fähigkeitsblatt des Herstellers.
Der standardmäßige Mindestabstand ist möglicherweise zu groß und das Importieren von Komponenten verstößt möglicherweise gegen die Designregeln.Stellen Sie sicher, dass die Lücke in den Designregeln auf den richtigen Wert eingestellt ist.
Jede Leiterplatte benötigt eine klare Erdungsverbindung, um sicherzustellen, dass alle Komponenten im Design einen vollständigen Schaltkreis bilden und im gesamten Design mit Strom versorgt werden können.Die Masse kann mit einer Batterie auf der Platine oder einer externen Stromquelle verbunden werden.Unabhängig davon, wie die Verbindung hergestellt wird, muss sie für alle anderen Komponenten auf der Leiterplatte bereitgestellt werden.Die bei weitem einfachste Methode ist die Verwendung einer Erdungsebene, bei der eine Schicht der Leiterplatte für die Erdung vorgesehen ist und mit einer großen Kupferebene bedeckt ist.
Ich bin immer wieder überrascht, dass viele neue Designer zögern, Masseebenen in ihren Leiterplattenaufbau einzubauen.Viele grundlegende Rauschprobleme bei digitalen und analogen Signalen lassen sich auf fehlende Masseebenen im Gerät zurückführen.Bei modernen Leiterplatten besteht die Standardrichtlinie darin, im gesamten Gerät solide Masseebenen zu verwenden.In einigen Ausnahmen sind Split-Planes- oder Sternerdung auf einer Leiterplatte geeignet, diese Methoden sind jedoch für die überwiegende Mehrheit digitaler und analoger Designs nicht geeignet.
Nachdem Sie die Schaltplandaten in das neue PCB-Layout übertragen haben, müssen Sie die Komponenten rund um die Platine platzieren.An diesem Punkt des Entwurfs besteht Ihr Ziel darin, die Komponenten so zu platzieren, dass die Entwurfslösbarkeit gewährleistet ist, d. h., dass sie leicht verlegt werden können.Daher ist es am besten, jegliches Routing zu vermeiden, bevor Sie alle Komponenten platzieren und die Platzierung genehmigen.Wenn Sie verlegen, bevor Sie alle Komponenten platziert haben, müssen Sie zwangsläufig die Verlegung ändern.Versuchen Sie, die Anzahl der Netzkreuzungen in Ihrer Anlage zu minimieren, bevor Sie eine Streckenführung vornehmen.
In diesem Beispieldesign besteht das Ziel der Komponentenplatzierung darin, Kreuzungslinien zu vermeiden.
Sobald alle Platzierungsarbeiten abgeschlossen und abgeschlossen sind, können Sie mit dem Routing der Leiterplatte beginnen.Wenn Sie die oben genannten Ratschläge befolgt und die Designregeln überprüft haben, bevor Sie mit dem PCB-Layout beginnen, ist es wahrscheinlicher, dass Sie das Design erfolgreich weiterleiten.Wenn wir den Begriff „Erfolg“ verwenden, um Routing zu beschreiben, beziehen wir uns typischerweise auf die folgenden Aspekte:
Minimieren Sie den Bedarf an neuen Signalschichten: Ziel ist es, alle Signale weiterzuleiten, ohne zusätzliche Signalebenen hinzuzufügen.
Reduzieren Sie Übergänge zwischen Ebenen: Minimieren Sie die Verwendung von Durchkontaktierungen, da diese die Impedanz erhöhen und möglicherweise Probleme mit der Signalintegrität verursachen können.
Lärm minimieren: Dies erreichen Sie durch die Verwendung von Masseebenen im PCB-Aufbau, um einen Rückweg für Signale bereitzustellen und elektromagnetische Störungen (EMI) zu reduzieren.
Halten Sie Spuren kurz und direkt: Stellen Sie nach Möglichkeit sicher, dass die Leiterbahnen so kurz und direkt wie möglich sind, um Widerstand, Induktivität und mögliche Signalverschlechterung zu reduzieren.
Diese Liste mit Richtlinien erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit, sie gilt jedoch für die meisten Signale, die Sie über die Leiterplatte weiterleiten.Hochgeschwindigkeits-, Niedriggeschwindigkeits-, Niederfrequenz-Analog- und HF-Designs profitieren alle von diesen PCB-Routing-Techniken, also gewöhnen Sie sich daran, dieselben Praktiken in Ihrem PCB-Layout zu implementieren.
Sobald alle Komponenten im Layout verlegt und fertiggestellt sind, ist Ihre Arbeit noch nicht abgeschlossen.Als Designer müssen Sie Fertigungsdateien basierend auf dem PCB-Layout erstellen.PCB-Designsoftware enthält Tools zum automatischen Generieren dieser Ausgabedateien.Auch nach der Vorbereitung der Ausgaben sollten Sie diese Dateien noch überprüfen, um sicherzustellen, dass beim Anwenden der Einstellungen aus dem Ausgabedatei-Exportprogramm keine Fehler aufgetreten sind.Nehmen Sie sich etwas Zeit, um alles zu überprüfen, bevor Sie es an den Hersteller senden.
Gerber-Dateien sind das Standardformat zur Erstellung von Fertigungswerkzeugen für die Herstellung neuer Leiterplatten.
Glückwunsch!Sie haben die Entwurfsphase abgeschlossen und beginnen nun mit der Herstellungsphase.Ihr Hersteller wird das Design überprüfen, um sicherzustellen, dass es seinen Fertigungsmöglichkeiten entspricht.Wenn alles die abschließende DFM-Prüfung (Design for Manufacturability) besteht, geht Ihre Leiterplatte in die Produktions- und Montagephase über.
