Leiterplattentechnisch - Der Kern des PCB-Designs

PCB-Layout ist das erste Problem, mit dem Designer konfrontiert werden müssen. Dieses Problem hängt von einem Teil des Inhalts in der Zeichnung ab, und einige Geräte müssen basierend auf logischen Überlegungen zusammen gesetzt werden. Es ist jedoch zu beachten, dass temperaturempfindliche Komponenten wie Sensoren getrennt von wärmeerzeugenden Komponenten, einschließlich Stromrichtern, installiert werden sollten. Für Designs mit mehreren Leistungseinstellungen können 12-Volt- und 15-Volt-Leistungswandler in verschiedenen Positionen auf der Leiterplatte eingestellt werden, da die Wärme und das elektronische Rauschen, das sie erzeugen, die Zuverlässigkeit und Leistung anderer Komponenten und der Leiterplatte beeinflussen.

Die oben genannten Komponenten beeinflussen auch die elektromagnetische Leistung des Schaltungsdesigns. Dies ist nicht nur wichtig für die Leistung und den Energieverbrauch der Leiterplatte, sondern hat auch einen großen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit der Leiterplatte. Daher müssen alle in Europa verkauften Leiterplattenausrüstungen das CE-Zeichen erhalten, um zu beweisen, dass es keine Störungen in anderen Systemen verursacht. Dies ist jedoch in der Regel nur in Bezug auf die Stromversorgung, und es gibt viele Geräte, die Rauschen aussenden, wie DC-DC-Wandler und Hochgeschwindigkeits-Datenkonverter. Aufgrund der Mängel im Leiterplattendesign können diese Geräusche vom Kanal erfasst und als kleine Antenne abgestrahlt werden, was zu falschen Rauschen und Frequenzabnormen Bereichen führt.

Das Problem der elektromagnetischen Fernfeld-Störung (EMI) kann gelöst werden, indem ein Filter am Rauschpunkt installiert wird oder eine Metallhülle verwendet wird, um das Signal abzuschirmen. Allerdings wird ausreichende Aufmerksamkeit auf Geräte gelegt, die elektromagnetische Störungen (EMI) auf der Leiterplatte freisetzen können, wodurch die Leiterplatte ein günstigeres Gehäuse wählen kann, wodurch die Kosten des gesamten Systems effektiv gesenkt werden.

Bei der Leiterplattendesignierung sind elektromagnetische Störungen (EMI) tatsächlich ein Faktor, der ernst genommen werden muss. Elektromagnetisches Übersprechen kann mit dem Kanal gekoppelt werden, wodurch das Signal in Rauschen gestört wird und die Gesamtleistung der Leiterplatte beeinträchtigt wird. Wenn das Kupplungsrauschen zu hoch ist, kann das Signal vollständig abgedeckt sein, so dass ein teurerer Signalverstärker installiert werden muss, um den Normalzustand wiederherzustellen. Wenn das Signalschaltungslayout jedoch zu Beginn des Leiterplattendesigns vollständig berücksichtigt werden kann, können die oben genannten Probleme vermieden werden. Da das Design der Leiterplatte je nach Ausrüstung, verschiedenen Einsatzorten, unterschiedlichen Wärmeableitungsanforderungen und unterschiedlichen EMI-Bedingungen variiert, wird die Designvorlage nützlich sein.

Kapazität ist auch ein wichtiges Problem, das beim Leiterplattendesign nicht ignoriert werden kann, da die Kapazität die Signalausbreitungsgeschwindigkeit beeinflusst und den Stromverbrauch erhöht. Der Kanal wird mit den Leitungen daneben gekoppelt oder senkrecht zwei Schaltungsschichten durchlaufen und so ungewollt einen Kondensator bilden. Durch Verringerung der Länge der parallelen Linien, Hinzufügen eines Knicks zu einer der Linien, um die Kupplung abzuschneiden usw., können die oben genannten Probleme relativ einfach gelöst werden. Dies erfordert jedoch auch, dass die Konstrukteure die Prinzipien der Produktionskonstruktion vollständig berücksichtigen, um sicherzustellen, dass das Design einfach herzustellen ist und gleichzeitig jegliche Geräuschstrahlung, die durch den zu großen Biegewinkel der Schaltung verursacht wird, vermieden wird. Der Abstand zwischen den Linien kann auch zu eng sein, was zu kurzen Schleifen zwischen den Linien führt, insbesondere an den Kurven der Linien. Im Laufe der Zeit werden Metall "Schnurrhaare" erscheinen. Die Erkennung von Designregeln kann normalerweise Bereiche anzeigen, in denen das Schleifenrisiko höher als normal ist.

Dieses Problem tritt besonders bei der Gestaltung der Bodenfläche auf. Eine Metallschaltungsschicht kann eine Kopplung mit allen Leitungen darüber und darunter bilden. Obwohl die Metallschicht Rauschen effektiv blockieren kann, erzeugt die Metallschicht auch zugehörige Kapazität, die die Laufgeschwindigkeit der Leitung beeinflusst und den Stromverbrauch erhöht.

Was das Design von mehrschichtigen Leiterplatten betrifft, ist das Durchgangslochdesign zwischen verschiedenen Leiterplattenschichten wahrscheinlich das umstrittenste Thema, da das Durchgangslochdesign viele Probleme bei der Herstellung der Leiterplatte bringen wird. Die Durchgangslöcher zwischen den Schichten der Leiterplatte beeinflussen die Leistung des Signals und verringern die Zuverlässigkeit des Leiterplattendesigns, daher sollte volle Aufmerksamkeit geschenkt werden.

Lösung

Im Leiterplattendesignprozess (PCB) können viele verschiedene Methoden angewendet werden, um verschiedene Probleme zu lösen. Unter ihnen gibt es nicht nur die Anpassung des Entwurfsplans selbst, wie das Anpassen des Schaltungslayouts, um Geräusche zu reduzieren; Es gibt auch Methoden für das Layout der Leiterplatte. Designkomponenten können automatisch über das Layout-Tool installiert werden, aber wenn das automatische Layout manuell angepasst werden kann, wird es helfen, die Qualität des Leiterplattendesigns zu verbessern. Durch diese Maßnahme stützt sich die Designregelerkennung auf technische Dokumente, um sicherzustellen, dass das Design der Leiterplatte die Anforderungen des Leiterplattenherstellers erfüllen kann.

Das Trennen verschiedener Leiterplattenschichten kann die zugehörige Kapazität reduzieren. Dies wird jedoch die Anzahl der Leiterplattenschichten erhöhen, wodurch die Kosten steigen und mehr Durchgangsprobleme entstehen. Obwohl die Verwendung eines orthogonalen Netzstromversorgungssystems und des Erdungsschaltungsdesigns die physische Größe der Leiterplatte erhöhen können, kann sie effektiv die Rolle der Erdungsschicht in der Doppelschicht-Leiterplatte spielen und die Kapazität und Komplexität der Leiterplattenherstellung reduzieren.

Design-Tools einschließlich DesignSpark PCB können Ingenieuren helfen, viele Probleme zu Beginn des Designs zu lösen, aber sie müssen immer noch ein vollständiges Verständnis der PCB-Design-Anforderungen haben. Wenn der PCB-Editor beispielsweise die Anzahl der Schichten der Leiterplatte zu Beginn des Designs verstehen muss, muss eine Doppelschicht-Leiterplatte eine Masseschicht und eine Leistungsschicht haben. Unabhängige Schichtzusammensetzung. Die automatische Bauteillayouttechnologie ist sehr nützlich und kann Designern helfen, mehr Zeit mit der Gestaltung des Layoutbereichs des Geräts zu verbringen. Wenn sich das Netzteil beispielsweise zu nah an empfindlichen Signalleitungen oder Bereichen mit höheren Temperaturen befindet, wird es viele Probleme geben. Ebenso können Signalleitungen automatisch geroutet werden, wobei die meisten Probleme vermieden werden. Die Analyse und der manuelle Betrieb von Hochrisikobereichen werden jedoch dazu beitragen, die Qualität des PCB-Designs erheblich zu verbessern, den Umsatz zu erhöhen und die Gesamtkosten zu senken.

Die Entwurfsregeln-Erkennung ist auch ein sehr leistungsfähiges Werkzeug, das Linien erkennen kann, um sicherzustellen, dass der Abstand zwischen den Linien nicht zu nah ist, wodurch die Schleife zu kurz wird. Das Gesamtdesign hat jedoch nach wie vor einen hohen wirtschaftlichen Wert. Das Designplanungs-Erkennungstool kann auch verwendet werden, um die Leistungsschicht und die Masseschicht zu erkennen und anzupassen, um große zugehörige Kapazitätsbereiche zu vermeiden.

Die oben genannten Werkzeuge werden auch Gerber und Excellon eine große Hilfe sein, indem sie ihnen beim Drucken von Schaltungen und Leiterplatten sowie beim Durchbohren helfen, um die endgültigen Designprodukte herzustellen. So ist die technische Dokumentation eng mit dem Leiterplattenhersteller verknüpft.

Abschließend

Viele Probleme müssen im PCB-Designprozess berücksichtigt werden, und Tools wie DesignSpark PCB können die meisten von ihnen effektiv bewältigen. Durch die Annahme bestimmter Best-Practice-Richtlinien können Engineering-Designer effektiv Kosten senken und die Zuverlässigkeit der Leiterplatte verbessern, während die Systemspezifikationen und die Zertifizierung des Umlenksystems zu niedrigeren Kosten eingehalten werden, wodurch weitere Probleme vermieden werden.