전자 설계 - PCB 설계의 핵심 문제 솔루션

PCB 설계는 설계 원리도와 회로 레이아웃을 통해 가능한 한 낮은 비용으로 회로 기판을 생산하는 것을 말한다.과거에는 값비싼 전용 도구의 도움으로 수행되었지만 이제는 무료 고성능 소프트웨어 도구와 설계 모델이 널리 보급됨에 따라 보드 설계자의 설계 속도가 크게 빨라졌습니다.

비록 공정설계사는 완벽한 설계방안이 문제를 피면하는 가장 좋은 방법이라는것을 알고있지만 이는 여전히 시간과 돈을 랑비하는 동시에 근본을 다스리지 못한다.예를 들어, EMC(전자기 호환성) 테스트 단계에서 문제가 발견되면 원본 설계를 조정하고 재제작하는 데 몇 개월이 소요될 정도로 많은 비용 투자가 발생할 수 있습니다.

레이아웃은 설계자가 직면해야 할 첫 번째 문제입니다.이 문제는 도면의 일부 컨텐트에 따라 달라지며 논리적 고려에 따라 일부 장치를 함께 설정해야 합니다.그러나 센서와 같은 온도에 민감한 구성 요소는 전력 변환기를 포함하여 열을 발생시키는 구성 요소와 별도로 설치해야 합니다.다양한 전원 설정을 갖춘 설계의 경우 12V 및 15V 전원 변환기는 다른 구성 요소와 보드의 신뢰성과 성능에 영향을 미치는 열과 전자 노이즈를 발생시키기 때문에 보드의 다양한 위치에 설정할 수 있습니다.

위의 구성 요소는 회로 설계의 전자기 성능에도 영향을 미칩니다.이는 회로기판의 성능과 에너지 소비량뿐만 아니라 회로기판의 경제성에도 큰 영향을 미친다.따라서 유럽에서 판매되는 모든 회로 기판 장비는 다른 시스템에 방해가 되지 않는다는 것을 증명하기 위해 CE 마크를 받아야 합니다.그러나 이는 일반적으로 전원 공급 장치에만 해당하며 DC-DC 동글 및 고속 데이터 동글 같은 많은 장치에서 노이즈가 발생합니다.회로 기판 설계의 결함으로 인해 이러한 소음은 채널에 의해 포착되어 소형 안테나로 복사되어 잡음 및 주파수 이상 영역을 초래할 수 있습니다.

원거리 전자기 간섭(EMI) 문제는 노이즈 지점에 필터를 설치하거나 금속 케이스를 사용하여 신호를 차단하여 해결할 수 있습니다.그러나 회로 기판에 전자기 간섭 (EMI) 을 방출 할 수있는 장치에 충분한 관심을 기울이면 회로 기판이 더 저렴한 케이스를 선택할 수 있으므로 전체 시스템의 비용을 효과적으로 줄일 수 있습니다.

회로기판을 설계하는 과정에 전자기교란은 확실히 반드시 진지하게 대해야 할 요소이다.전자기 간섭은 채널과 결합하여 신호를 소음으로 간섭하고 회로 기판의 전반적인 성능에 영향을 줄 수 있습니다.결합 노이즈가 너무 높으면 신호가 완전히 덮어쓸 수 있으므로 더 비싼 신호 증폭기를 설치해야 정상으로 돌아갈 수 있습니다.그러나 보드 설계 초기에 신호 회로 레이아웃을 충분히 고려할 수 있다면 이러한 문제를 피할 수 있습니다.보드 설계는 장비, 사용 장소, 발열 요구 사항 및 EMI(전자 간섭) 조건에 따라 다르기 때문에 설계 템플릿이 유용하게 사용됩니다.

용량도 회로기판 설계에서 간과할 수 없는 중요한 문제이다. 왜냐하면 용량은 신호의 전파 속도에 영향을 주고 전력 소비량을 증가시키기 때문이다.채널은 옆의 선로와 결합하거나 수직으로 두 회로층을 통과하여 무의식중에 콘덴서를 형성한다.평행선의 길이를 줄이고 그 중 한 선에 비틀림을 추가하여 결합을 끊는 등 상술한 문제를 상대적으로 쉽게 해결할 수 있다.그러나 이것은 또한 엔지니어링 엔지니어가 생산 설계 원칙을 충분히 고려하여 설계가 쉽게 제조될 수 있도록 보장하는 동시에 회로의 굴곡 각도가 너무 커서 발생하는 어떠한 소음 복사도 피할 것을 요구한다.선 사이의 거리도 너무 가까울 수 있으며, 이는 선 사이에 짧은 루프, 특히 선의 구부러진 부분을 생성합니다.시간이 지남에 따라 금속"수염 모양의 물건"이 나타날 것이다.설계 규칙 체크는 일반적으로 루프의 위험이 정상보다 높은 영역을 나타낼 수 있습니다.

이 문제는 지평면의 설계에서 특히 두드러진다.하나의 금속회로층은 그 위와 아래의 모든 선로와 결합할 수 있다. 금속층은 소음을 효과적으로 막을 수 있지만, 금속층은 선로의 운행 속도에 영향을 주고 전력 소비량을 증가시키는 관련 용량을 생성한다.

다층 회로 기판의 설계에 대해 말하자면, 서로 다른 회로 기판 층 사이의 통공 설계는 아마도 가장 논란이 되는 문제일 것이다. 왜냐하면 통공 설계는 회로 기판의 생산에 많은 문제를 가져올 수 있기 때문이다.회로기판 각 층 사이의 구멍은 신호의 성능에 영향을 주고 회로기판 설계의 신뢰성을 떨어뜨리기 때문에 충분히 중시해야 한다.

솔루션:

PCB 설계 과정에서는 여러 가지 문제를 해결하기 위해 다양한 방법을 사용할 수 있습니다.그 중, 소음을 줄이기 위해 회로 레이아웃을 조정하는 등 설계 방안 자체의 조정이 있다;회로 기판의 레이아웃을 인쇄하는 방법도 있습니다.설계 어셈블리는 배치 도구를 통해 자동으로 설치할 수 있지만 자동 배치를 수동으로 조정할 수 있으면 보드 설계의 품질을 향상시키는 데 도움이 됩니다.이 조치를 통해 설계 규칙 체크는 기술 파일에 의존하여 보드 제조업체의 요구 사항을 충족하는 보드 설계를 보장합니다.

서로 다른 회로 기판층을 분리하면 관련 용량을 줄일 수 있다.그러나 이는 보드 레이어의 수를 증가시켜 비용을 증가시키고 더 많은 구멍 문제를 초래합니다.직교 그리드 전원 시스템과 접지 회로 설계를 사용하면 회로 기판의 물리적 크기가 증가할 수 있지만 이중 회로 기판의 접지층 역할을 효과적으로 수행하여 회로 기판이 제조하는 용량과 복잡성을 줄일 수 있습니다.

많은 PCB 설계 도구는 엔지니어링 설계자가 설계 초기에 많은 문제를 해결할 수 있도록 도와줄 수 있지만 엔지니어링 설계자는 여전히 인쇄회로기판(PCB)의 설계 요구 사항을 충분히 이해해야 합니다.예를 들어, PCB(인쇄 회로 기판) 편집기가 설계 초기에 회로 기판의 계층 수를 이해해야 하는 경우, 예를 들어, 이중 회로 기판은 두 개의 개별 계층으로 구성된 접지 및 전원 계층이 필요합니다.자동 컴포넌트 레이아웃 기술은 설계자가 장치의 레이아웃 영역을 설계하는 데 더 많은 시간을 할애하는 데 유용합니다.예를 들어, 전원 장치가 민감한 신호선이나 온도가 높은 영역에 너무 가까이 있으면 많은 문제가 발생합니다.마찬가지로 신호선도 자동으로 경로설정할 수 있으며 대부분의 문제를 피할 수 있습니다.그러나 고위험 지역에 대한 분석과 수동 작업은 인쇄회로기판(PCB)의 설계 품질을 크게 향상시키고 수익을 높이며 전체 비용을 절감하는 데 도움이 될 것입니다.

디자인 규칙 체크는 또한 선을 감지하여 선 사이의 거리가 너무 가깝지 않고 회로가 너무 짧아지도록 하는 매우 강력한 도구입니다.그러나 전체적인 디자인은 여전히 비교적 높은 경제적 가치를 가지고 있다.설계 계획 검사 도구는 또한 큰 관련 커패시터 영역을 피하기 위해 전력 및 접지층을 감지하고 조정하는 데 사용될 수 있습니다.

위의 도구는 또한 Gerber와 Excellon이 회로 및 회로 기판을 인쇄하고 최종 설계 제품을 생산하기 위해 구멍을 뚫는 데 큰 도움이 될 것입니다.이러한 방식으로 기술 문서는 보드 제조업체와 긴밀하게 연결됩니다.

결론:

PCB 설계 과정에서 많은 문제를 고려해야 하며, PCB 설계 도구는 대부분의 문제를 효과적으로 처리할 수 있습니다.엔지니어링 설계자는 특정 모범 사례 가이드를 사용하여 비용을 효과적으로 절감하고 시스템 사양을 충족하는 동시에 회로 기판의 신뢰성을 높이며 편향 시스템 인증을 저렴한 비용으로 획득하여 더 많은 문제를 방지할 수 있습니다.