Leiterplattentechnisch - Grundprinzipien des Parallel PCB Designs

Mit zunehmender Komplexität der Geräte, die sie tragen, PCB-Design wird immer komplexer. Für eine ziemlich lange Zeit, Schaltungsdesigningenieure haben ihr eigenes Design ohne Zwischenfälle gemacht, und dann das fertige Schaltplundesign auf die PCB-Design Ingenieur. Nach dem PCB-Design Ingenieur erledigt seine Arbeit selbstständig, Er überträgt die Gerber-Datei in die Leiterplattenherstellung. Fabrik. Die Arbeit der Schaltungsdesigner, PCB-Design Ingenieure, and Leiterplattenhersteller sind alle voneinander isoliert, und es gibt wenig Kommunikation.

Der erste Schritt des PCB-Designs befindet sich in der Konzeptphase. Zu diesem Zeitpunkt sollte der Schaltungsdesigningenieur zusammen mit dem Leiterplattendesigningenieur eine technische Bewertung durchführen. Bei dieser Bewertung sollten folgende Fragen berücksichtigt werden:

1. Welche Geräte werden verwendet?

2. Welches Paket wird für das Gerät verwendet? Wie viele Pins gibt es? Wie ist die Pin-Konfiguration?

3. Basierend auf dem Kompromiss von Kosten und Leistung, wie viele Schichten PCB sollten verwendet werden?

4. Was sind die Zielwerte von Parametern wie Taktfrequenz und Signalgeschwindigkeit?

Darüber hinaus sollten Konstrukteure Faktoren wie Busarchitektur, parallele oder serielle Verbindungen und Impedanzanpassungsstrategien berücksichtigen. Wenn die Impedanz nicht übereinstimmt, treten Reflexionen, Klingeln und andere unerwünschte Störungen auf.

Für das aktuelle PCB-Design ist es am besten, alles nach den Regeln zu tun. Früher war es durch Fertigungsprobleme eingeschränkt, aber jetzt, wenn Ingenieure versuchen, die Größe der Leiterplatte zu reduzieren und sie trotzdem herstellbar zu machen, unterliegt alles komplexen Einschränkungen. Obwohl Designanforderungen viele Einschränkungen verursachen können, ist es auch wichtig, dass das Design nicht übermäßig eingeschränkt wird. Im Vergleich zum einfachen Entwerfen mit Einschränkungen ist es klüger, mehr aus Simulation und Analyse zu lernen.

Simulation ist der Schlüssel

Sobald die Schaltung entworfen und der Schaltplan gezeichnet ist, ist es Zeit, eine Funktionsprüfung durchzuführen, die normalerweise mit Simulationswerkzeugen abgeschlossen wird. Der Zweck der Simulation besteht nicht darin, die physische Prototypenerzeugung zu ersetzen, sondern eine wiederholte Prototypenerzeugung zu vermeiden, da die Simulation es Konstrukteuren ermöglicht, Konstruktionsfehler zu entdecken, die in der Regel erst entdeckt werden können, wenn der Prototyp generiert wird.

Im Simulationsprozess können verschiedene Designtopologien ausprobiert und durch Geräte verschiedener Hersteller ersetzt werden, um deren Einfluss auf die Schaltungsleistung zu überprüfen. In der Simulation gibt es jedoch endlose Probleme mit der Usability und Validität des Modells. Derzeit verfügen alle häufig verwendeten PCB-Design-Toolkits über teure Modellbibliotheken, aber es kann vorkommen, dass ein bestimmtes Gerät nicht mehr als einmal in der Bibliothek ist. Gerätelieferanten lösen dieses Problem jedoch im Allgemeinen, indem sie Spice-Modelle auf ihrer Website starten. Daher ist es eine gute Idee, sie auf der Website des Gerätelieferanten zu finden.

Beschränkungen der Schaltung

Aber Spice-basierte Simulation hat auch Grenzen. Es kann idealisierte Simulationssignale erzeugen, die nicht unbedingt reale Bedingungen darstellen. Das reale Signal kann Rauschen und Phasenverschiebungen aufweisen, die den Realismus verändern.

Physische Verwirklichung

Nachdem die Leistungsprobleme durch Simulation beseitigt wurden, besteht der nächste Schritt darin, die Schaltung zu platzieren und zu routen, um einen physikalischen Prototypen zu erzeugen. Layout und Routing müssen sicherstellen, dass die Schaltungsleistung den Designspezifikationsanforderungen entspricht, und sicherstellen, dass die Leiterplattenform den Designformparametern entspricht. Zu diesem Zeitpunkt wird es sehr notwendig sein, mit dem Maschinenbauingenieur zusammenzuarbeiten.

Designbeschränkungen

Es gibt viele Herausforderungen in Leiterplattenlayout, die wichtigste davon ist sicherzustellen, dass die Beschränkungen eingehalten werden. Diese Einschränkungen werden verwendet, um Probleme mit der Signalintegrität zu lösen, Fragen der Herstellbarkeit, elektromagnetische Störungen, thermische Effekte, oder eine Kombination dieser Themen.

Neben Designbeschränkungen erschweren viele Faktoren im Zusammenhang mit aktuellen spezifischen Gerätetechnologien das PCB-Layout und -Routing. Beispielsweise können fortschrittliche Halbleiterverpackungstechnologien wie Chip-on-Board (COB) das Routing extrem schwierig machen. Das aktuelle High-Density-Paket kann mehr als 2.000 Stifte mit einer Stiftneigung von weniger als 0.65mm aufnehmen. Diese Art von Paket wird große Schwierigkeiten bei der Verwaltung von I/O und Signalgeschwindigkeit bringen, und Escape Routing für diese Art von Paket ist auch ein hochqualifizierter Job.

Leiterplattenlayout und Routing von programmierbaren Logikgeräten ist eine weitere Herausforderung. Einige High-End-PCB-Design-Kits (wie die PCB-Design-Kits von Altium und Mentor Graphics) können eng mit den Design-Tools des FPGA-Lieferanten verknüpft werden und können verwendet werden, um das integrierte Design des FPGA und der Leiterplatte selbst zu vervollständigen.

In der Vergangenheit wurde die Pin-Konfiguration großer FPGAs in der Regel von FPGA-Konstrukteuren abgeschlossen, aber das PCB-Layout und das Routing wurden bei der Konfiguration nicht zu viel berücksichtigt. Die Leute erkennen jetzt, dass FPGAs mit programmierbaren I/O die Quelle von Spuren sind, die ein- und ausgehen. Es ist viel einfacher, den FPGA an das PCB-Layout anzupassen, als die Leiterplatte an die I/O-Einstellungen des FPGA anzupassen.

Endkontrolle

Der letzte Schritt vor dem Erstellen des Leiterplattenlayouts für die Fertigung ist die Endkontrolle. Die Signalintegrität und das Timing müssen überprüft werden, um sicherzustellen, dass das Signal rechtzeitig das Ziel erreicht und eine ausreichende Qualitätssicherung aufweist. Designbeschränkungskonflikte werden zu diesem Zeitpunkt aufgedeckt, und dies muss abgewogen werden.

Am Ende der PCB-Design, Fertigungsdaten müssen generiert werden, einschließlich aller Dokumente im Zusammenhang mit der Produktion, Montage und Prüfung. Während des gesamten Designprozesses, Es muss eine ausreichende Kommunikation zwischen den Mitgliedern des Designteams und dem Hersteller vorhanden sein, um die technischen Fähigkeiten und Einschränkungen des Herstellers zu verstehen. Darüber hinaus, Die Fertigungsdaten müssen überprüft werden, damit der Konstrukteur die letzte Chance hat, Fehler zu finden.