Leiterplattentechnisch - Grundlegende Werkzeuge, die für das Leiterplattendesign erforderlich sind

Ob es sich um den Bau eines Hauses oder Aufbau einer Leiterplatte, Sie müssen die richtigen Werkzeuge in der Toolbox verwenden. Jeder Konstrukteur muss CAD-Werkzeuge für die Bauteilplatzierung verwenden, 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

Der elektronische Schaltplan ist wie das Fundament eines Hauses. Alles, was auf der Leiterplatte platziert wird, 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 das Layout einfach planen und das Board kommentieren.

Die Verwendung des Schaltplaneditors kann die Leiterplatte organisieren, aber sobald das Design komplexer wird, kann es schwierig werden, einen einzelnen Schaltplan zu verwenden. Sobald Sie beginnen, mehrere Funktionen auf der Platine einzubinden, können Sie die Organisation mithilfe von mehrschichtigen Schaltplänen aufrechterhalten. Dadurch können Komponenten in verschiedene Schaltpläne unterteilt werden, je nachdem, wie sie mit Funktionsblöcken übereinstimmen, und zwischen den Schaltplänen kann eine Eltern-Kind-Beziehung definiert werden.

Verwendung der Mehrkanal-Leiterplatte Design Tool kann nicht nur organisiert halten, kann aber auch einfach die Komponentengruppen in das hierarchische Schema kopieren. Sobald der Schaltplan als erstes Layout erfasst ist, Diese wiederholten Gruppen von Teilen werden auf das neue Board übertragen. Dann, Sie können die Verkabelung zwischen Komponenten starten, und Strom- und Erdanschlüsse platzieren.

Das geschichtete schematische Diagramm kann die Beziehung zwischen verschiedenen Blöcken in der Leiterplatte definieren

Routing-Funktion

Nachdem der Schaltplan als Ausgangslayout erfasst wurde, steht das CAD-Tool jederzeit bereit, um Bauteile und Routingspuren 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 den Designregeln zu überprüfen. Aber da Leiterplatten komplexer werden und die Anzahl der erforderlichen Verbindungen steigt, können Tools, die den Routingprozess automatisieren können, 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 eine entsprechende Routing-Strategie definiert werden kann, der 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. Es ist möglich, Wegpunkte auf der Verbindung für ein bestimmtes Signalnetzwerk manuell zu definieren, und das Tool wird automatisch Spuren im Netzwerk zwischen den Quellkomponenten, diesen Wegpunkten und den Lastkomponenten routen.

Es ist einfacher, diese Art von Layout mit einem automatischen interaktiven Router zu erstellen

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 die richtigen Lagenstapel, die Leiterplattengeometrie und die Masseebene für die spezifische Anwendung entworfen werden. 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 festzustellen, wann eine Terminierung erforderlich ist 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. PDNA sollte ein intuitives Ausgabeformat verwenden, um Spannungs- und Stromdichteergebnisse zu erzeugen. Das beste Tool zeigt eine interaktive Farbkarte an, die die Platine visuell auf mögliche thermische Probleme der Stromversorgung und übermäßigen IR-Abfall überprüfen kann.

Die Farbkarte zeigt die Kraftübertragung der gesamten Leiterplatte

PCB Design Tool basierend auf regelgesteuerten Motor

Der vielleicht wichtigste Teil des PCB-Designs besteht darin, sicherzustellen, dass das Design den grundlegenden Designregeln entspricht. Bei der Erstellung eines Layouts sollte die Designfunktion die Konstruktionsdaten anhand dieser Regeln überprüfen, um Probleme schnell zu erkennen und ggf. Korrekturen vorzunehmen. Konstruktionsregeln können auch die Funktionalität von CAD- und Routingfunktionen einschränken und wichtige Konstruktionsstandards erfüllen.

Sonstige PCB-Design Pakete unterteilen diese wichtigen Funktionen in verschiedene Programme, Erzwingen des Exports und erneuten Imports von Daten beim Wechsel zwischen Programmen. Wenn die neue Version veröffentlicht wird, eine komplizierte Lösung zu finden ist, und es besteht die reale Gefahr, dass die alten Daten plötzlich unzugänglich werden. Workflow und Schnittstelle in dieser Umgebung sind in Design-Tools inkonsistent, die Lernkurve erhöhen und Designeffizienz reduzieren kann.