Elektronisches Design - Grundlegende Werkzeuge für das PCB-Design

Ob Sie ein Haus bauen oder eine Leiterplatte bauen, Sie müssen die richtigen Werkzeuge in der Toolbox verwenden. Jeder PCB-Designer benötigt CAD-Werkzeuge für die Bauteilplatzierung, Aber auch Befehlszeilen-basierte CAD-Software kann verwendet werden, um Komponenten präzise zu platzieren. Moderne elektronische Geräte werden immer komplexer auf allen Ebenen, Designer benötigen Tools, die grundlegende Designaufgaben beschleunigen können.

Die Wahl des richtigen PCB-Design-Tools erfordert eine Abwägung vieler möglicher Optionen. Es gibt viele Softwarepakete auf dem Markt mit verschiedenen Funktionen, und niemand hat Zeit, sich mit einer kostenlosen Testversion jedes Softwarepakets auseinanderzusetzen. Einige dieser Design-Plattformen verwenden immer noch den gleichen veralteten Workflow, der vor zwanzig Jahren verwendet wurde. In diesem Sinne werfen wir einen Blick auf einige grundlegende Tools, die jeder Designer in PCB-Design-Software benötigt.

Schematische Gestaltung und Erfassung

Ihr elektronischer Schaltplan ist wie das Fundament eines Hauses. Alles, was Sie auf dem Board platzieren, basiert auf diesem Basisdokument. Dieses wichtige Dokument zeigt die benötigten Komponenten der Leiterplatte, den Anschluss und die Lage der Strom- und Erdungsanschlüsse. Mit dem richtigen Schaltplaneditor können Sie ganz einfach das Layout planen und Ihr Board kommentieren.

Die Verwendung des Schaltplaneditors kann Ihr Board organisieren, aber sobald Ihr Design komplexer wird, kann es schwierig werden, einen einzigen Schaltplan zu verwenden. Sobald Sie beginnen, mehrere Funktionen auf der Platine einzubinden, können Sie die Organisation mithilfe von mehrschichtigen Schaltplänen aufrechterhalten. Auf diese Weise können Sie Komponenten in verschiedene Schaltpläne unterteilen, je nachdem, wie sie mit Funktionsblöcken übereinstimmen, und Sie können Eltern-Kind-Beziehungen zwischen Schaltplänen definieren.

Verwendung Mehrkanal-Leiterplatte Design-Tools können Ihnen nicht nur helfen, organisiert zu bleiben, Sie können aber auch einfach die Komponentengruppen in den Schichtplan kopieren. Sobald Sie Ihren Schaltplan als erstes Layout erfassen, Diese doppelten Gruppen von Teilen werden auf das neue Board übertragen. Dann können Sie mit der Verkabelung zwischen Komponenten beginnen, sowie Platzierung von Strom- und Erdungsanschlüssen.

Schichtes schematisches Diagramm kann Ihnen helfen, die Beziehung zwischen verschiedenen Blöcken in der Leiterplatte zu definieren

Routing-Funktion

Nachdem Sie den Schaltplan als erstes PCB-Layout erfasst haben, steht Ihr CAD-Tool jederzeit bereit, um Ihnen zu helfen, Komponenten und Routing-Spuren zu platzieren. Routing ist eine Schlüsselaufgabe, die die physikalischen Verbindungen zwischen den Komponenten auf der Platine definiert. Mit einem einfachen Design ist es einfach, jede Verbindung manuell auszulegen und das Layout nach Ihren Designregeln zu überprüfen. Aber wenn Ihre Leiterplatten komplexer werden und die Anzahl der erforderlichen Verbindungen steigt, können Tools, die den Routingprozess automatisieren können, Ihnen viel Zeit sparen.

Der Streit zwischen den Vorteilen von automatischen Routern und interaktiven Routern scheint ewig zu sein. Für einfache Leiterplatten, die keine Differentialpaare, eine große Anzahl von Signalnetzen oder die Anzahl der Durchkontaktierungen auf der Verbindung enthalten, kann der Autorouter dennoch ein geeignetes Layout erstellen. Bitte beachten Sie, dass in diesen Fällen, wenn Sie eine geeignete Routing-Strategie definieren können, Ihr Autorouter ein besseres Layout erstellt.

Hier wird das automatische interaktive Routing zu einem wichtigen PCB-Designwerkzeug. Ein automatisches interaktives Routing ist der beste Aspekt von hybridem automatischem Routing und interaktivem Routing. Sie können Wegpunkte auf der Interconnect für ein bestimmtes Signalnetzwerk manuell definieren, und das Tool wird automatisch Spuren im Netzwerk zwischen den Quellkomponenten, diesen Wegpunkten und Ihren Lastkomponenten routen.

Analyse der Signalintegrität und der Leistungsübertragung

In Bezug auf die Signalintegrität ist die Schaltgeschwindigkeit moderner digitaler ICs schnell genug, um sicherzustellen, dass das Signal sauber bleibt, ist für fast alle Designer eine wichtige Überlegung geworden. Um die Signalintegrität sicherzustellen, müssen Sie den richtigen Layerstapel, die Leiterplattengeometrie und die Masseebene für Ihre spezifische Anwendung entwerfen. All dies sind die Aufgaben von CAD-, Routing- und Leiterplattendesign-Tools.

Wenn Sie das richtige Signalintegritätspaket verwenden, können Sie die Reflexions- und Übersprecherwellenformen in verschiedenen Netzwerken überprüfen. Dies hilft Ihnen zu bestimmen, wann Sie beenden müssen und welches passende Netzwerk in den verschiedenen Spuren verwendet werden soll.

In Bezug auf die Kraftübertragung und das thermische Management kann der Energieübertragungsnetzwerksanalysator (PDNA) verwendet werden, um den IR-Verlust der gesamten Spur-, Leistungs- und Erdungsebenen und Durchkontaktierungen zu bestimmen. Ihre PDNA sollte ein intuitives Ausgabeformat verwenden, um Spannungs- und Stromdichteergebnisse zu erzeugen. Das beste Tool zeigt Ihnen eine interaktive Farbkarte, mit der Sie Ihre Leiterplatte visuell auf mögliche thermische Probleme der Stromversorgung und übermäßigen IR-Abfall überprüfen können.

Die Farbkarte zeigt die Kraftübertragung der gesamten Leiterplatte

PCB Design Tool basierend auf regelgesteuerten Motor

Vielleicht ist der wichtigste Teil des PCB-Designs, sicherzustellen, dass Ihr Design den grundlegenden Designregeln entspricht. Bei der Erstellung eines Layouts sollte Ihre Designfunktion die Designdaten anhand dieser Regeln überprüfen, damit Sie Probleme schnell erkennen und bei Bedarf korrigieren können. Ihre Konstruktionsregeln können auch die Funktionalität von CAD- und Routing-Funktionen einschränken, sodass Sie wichtige Konstruktionsstandards einhalten können.

Sonstige PCB-Design Pakete unterteilen diese wichtigen Funktionen in verschiedene Programme, Sie zwingen, Daten zu exportieren und erneut zu importieren, wenn Sie zwischen Programmen wechseln. Wenn die neue Version veröffentlicht wird, Sie müssen eine komplexe Lösung ausdenken, und es besteht die reale Gefahr, dass Ihre alten Daten plötzlich unzugänglich werden. Workflow und Schnittstelle in dieser Umgebung sind in Design-Tools inkonsistent, die Lernkurve erhöhen und Designeffizienz reduzieren kann.