PCB技術 - 高速pcb設計プロセスにおける4つの一般的なスキルの説明

本文は初心者とベテランの4つの基本（も重要）技術と策略について討論する。設計においてこれらのスキルに注意を払うだけで、PCB設計サイクル、設計時間、全体的な診断の難しさを減らすことができます。ヒント1：製造方法と鋳造化学処理技術に注意する研究工場のないIC会社時代、多くのエンジニアは彼らの設計文書からPCBを生成するためのステップと化学処理を本当に知らなかった。これは実は不思議ではありません。このような実用的な知識の欠如は、設計初心者がより複雑な設計選択をすることを招くことが多いが、これらの選択は必要ではない。例えば、初心者がよく犯す間違いの1つは、コンパクトメッシュに接続された直交ワイヤを使用して、特に正確なサイズのPCBレイアウトを設計することです。最後に、各PCB加工工場が現場で生産できるわけではないことがわかりました。その設計目的は、使用寿命内に十分な信頼性を維持することである。これらの能力を持つ工場は、最も経済的なPCB価格を提供できない可能性があります。デザインは本当にそんなに複雑である必要がありますか。PCBレイアウトは、PCBコストを削減し、信頼性を高めるために、より大きなメッシュ上に設計できますか。設計初心者が遭遇した他の誤解には、穴のサイズが小さすぎること、盲目の穴と埋め穴が含まれています。これらの先進的なビア構造はPCBエンジニアキットにおける強力なツールの産物であるが、その有効性は具体的な状況に大きく依存する。ツールボックスにあるからといって、使用すべきではありません。Bert Simonovich墊の「設計ノート」ブログは、「アスペクト比6：1のビアは、PCBがどこでも製造できることを保証します」とビアのアスペクト比について言及しています。高速PCB設計の多くは、これらのHDI機能を少し考えて計画するだけで完全に回避でき、再びコストを節約し、設計の製造性を高めることができます。これらの超小型またはシングルポートの銅めっきに必要な物理的および流体力学は、すべてのPCB工場が得意とするものではありません。悪い穴がPCB全体を破壊することを覚えておいてください。もしあなたのデザインに20000個の穴があったら、20000回の失敗のチャンスがあります。技術によって不要なHDIを含めると、失敗する確率が増えるだけです。

テクニック2：飛行ルートが簡単なPCBを設計するときに原理図を描くのは時間の無駄だと信じています。特に1、2つの設計を完了した後に。しかし、初心者デザイナーにとっては、原理図を描くことも困難な任務である。見取り図をスキップすることは、初心者や中程度の熟練度の人がよく使う戦略です。しかし、私たちはこのような強い欲望に抵抗しなければならない。参照として使用できる完全な原理図からレイアウトを開発することで、レイアウト接続が完全に完了していることを確認できます。以下にいくつかの説明をします。まず、原理図は回路の可視化記述であり、複数のレベルで情報を伝達することができる。回路のサブセクションは、最終的な物理レイアウトにかかわらず、コンポーネントをその機能ブロックに近づけて配置することができる数ページにわたって詳細に描画することができます。各構成部品の各ピンは、回路図記号に表示されるため、接続されていないピンを確認するのは容易です。つまり、回路を記述する正式な規則に従うかどうかにかかわらず、原理図はこの事実を迅速かつ直感的に判断するのに役立ちます。Stack Overflowに関する一連の議論では、ある投稿者は「見取り図が人々に誤解される場合、結果がどうであれ悪い見取り図に違いない。実際には正しい見取り図である。問題ははっきりしている。技術的には正しいが困惑する見取り図は依然として悪い意図である。このような観点は容易に一致するが、読めない見取り図はCADプログラムにも使用できる。説明回路の接続情報はレイアウト設計においても有用である。結論：PCBレイアウトを設計する際、見取り図をゴールドリファレンスとして使用することで、作業を容易にすることができる。シンボルを使用して接続を完了する;ルーティングの課題を処理する際に、接続を同時に考慮する必要はありません。最後に、最初のバージョンの設計でやり忘れた配線はやり直しの回数を節約できることに気づきました。テクニック3：自動ルータを使用しますが、自動ルータのほとんどの専門的なPCB CADツールには自動ルータがあります。しかし、PCBを非常に専門的に設計しない限り、自動ルータは一度に配線を完了します。PCB接続の場合、自動ルータはワンクリックで完了できるソリューションではありません。手動配線の方法を知っておく必要があります。自動ルータは高度に設定可能なツールです。それらの役割を十分に発揮するためには、各タスクはルータパラメータを慎重に設定しなければならず、単一PCB設計の各モジュールも個別に設定しなければならない。どのような場合にも適用される基本的な一般的なデフォルト設定はありません。経験豊富なデザイナーに「最高の自動ルーターは何ですか」と聞くと、通常は「耳（目）の間のもの」と答えます。これは冗談ではありません。彼らはまじめです。プロセスとして、配線はアルゴリズムと同じように芸術的である、配線自体はヒューリスティックなので、従来の遡及アルゴリズムとよく似ています。迷路やパズルなどの制約されたパス選択アプリケーションの場合、バックトラックアルゴリズムは答えを探すのに適していますが、あらかじめ配列されたコンポーネントを持つプリント基板のようなオープンで制約されていない場合、バックトラックアルゴリズムは最適解を見つけるのが苦手です。設計者が自動ルータの制約を慎重に調整しない限り、自動ルータの結果は手動で遡及アルゴリズムの結果の弱点をチェックする必要があります。電線サイズは別の難題である。自動ルータはワイヤ上の電流の大きさを確実に決定できないため、ワイヤの使用幅を決定するのに役立ちません。そのため、ほとんどの自動ルータが敷設している電線の幅は要件を満たしていません。多くの自動ルータでは、参照配線拘束を指定できます。著者のマーティン・トンプソン氏は、stackexchange.comのウェブサイト上の掲示板の投稿に、「私が作成したボードごとに自動ルータ（申し訳ありませんが、これは非常にハイエンドなルータです…）を使用しています。制約がこれと似ている場合は、このレイヤーだけで2つの信号が差分ペアを形成し、これらのネットワークの長さが一致しなければならない場合は、これらの条件をautorouterに伝える必要があります。「自動ルータを使用したいときは、「PCBのために自動ルータの制約を設定したとき、さらには原理図の配線ごとに制約を設定したとき、この期間にどのくらいの手動配線が完了するか」と自分に聞かなければなりません。「経験豊富なデザイナーは最初のコンポーネントレイアウトに多大な労力を投じ、設計時間のほぼ半分をコンポーネントレイアウトの最適化に費やしました。

ユーザーフォーラムでは、「コンポーネントのレイアウトにもっと注意しなければならない。コンポーネントをより配線しやすいようにレイアウトする。コンポーネントのレイアウトは全体の作業量の70%を占めている。レイアウトを開始する前に最初のワイヤを配置する。すべてのコンポーネント……配線の複雑さの大まかなガイドラインとして、フライワイヤ（これらのワイヤは未完了の接続関係を示している）を使用する」と投稿しています。古い世代の配線は、一般的にハイブリッド方法を使用して重要なキー配線を手動で敷設し、配線後にこれらの配線をロックします。その後、自動ルータを使用して非キー配線を処理し、配線アルゴリズムの「この方法は、制御された手動配線と高速自動配線の間の良い折衷案であることがあります。ヒント4：PCB幾何形状と電流ほとんどの電子設計に従事している人は、川が川を歩いているように、電子製品が喉と首に出会う可能性があることを知っています。これは自動車ヒューズの設計に直接適用されている。ガイドワイヤの厚さや形状（U字曲げ、V字曲げ、S字など）を制御することで、キャリブレーションされたヒューズは過負荷時に喉頭点で溶断する。問題は、PCB設計者がPCB設計に類似した電気咽喉点を生成することがあることです。例えば、2つの高速45を使用して角度を形成することができる90度エルボを使用します。90度より大きく曲げてジグザグにします。最良の場合、これらのワイヤは信号伝播の速度を低下させる、最悪の場合、それらは自動車のヒューズのように抵抗点で溶断します。