PCB 기술 - 병렬 PCB 설계의 핵심 원칙

휴대하는 장치의 복잡성이 증가함에 따라 PCB 설계는 점점 더 복잡해지고 있습니다.오랜 기간 동안 회로 설계 엔지니어는 무의식중에 자신의 설계를 진행한 후 완성된 회로도 설계를 PCB 설계 엔지니어에게 인계해 왔다.PCB 설계 엔지니어는 독립적으로 작업을 완료한 후 Gerber 파일을 PCB 제조로 전송합니다.공장회로 설계 엔지니어, PCB 설계 엔지니어 및 PCB 제조업체의 작업은 상호 격리되어 있으며 거의 교류되지 않습니다.

PCB 설계의 첫 번째 단계는 개념 단계입니다.이때 회로 설계 엔지니어는 PCB 설계 엔지니어와 함께 기술 평가를 수행해야 합니다.이 평가에서는 다음 사항을 고려해야 합니다.

1.어떤 장치를 사용했습니까?

2.이 설비는 어떤 포장을 사용합니까?핀의 수량은 얼마입니까?핀 구성은 무엇입니까?

3.비용과 성능의 저울질에 기초하여 얼마나 많은 계층의 PCB를 사용해야 합니까?

4.클럭 주파수와 신호 속도 등 매개 변수의 목표치는 얼마입니까?

또한 설계 엔지니어는 버스 아키텍처, 병렬 또는 직렬 연결 사용 여부, 임피던스 정합 정책 등을 고려해야 합니다.임피던스가 일치하지 않으면 반사, 진동 및 원치 않는 다른 간섭이 발생합니다.

현재 PCB 설계의 경우 규칙에 따라 무엇이든 하는 것이 좋습니다.과거에는 제조 문제에 의해 제한되었지만 이제는 엔지니어가 PCB의 크기를 줄이고 제조 가능하게 만들려고 할 때 모든 것이 복잡하게 제한됩니다.설계 요구사항은 많은 구속을 초래할 수 있지만 설계가 과도하게 구속되지 않도록 하는 것이 중요합니다.단순한 구속형 설계보다 시뮬레이션 및 분석에서 더 많은 것을 배우는 것이 현명합니다.

시뮬레이션이 중요합니다.

일단 회로를 설계하고 원리도를 그리면 기능검증을 진행할 때가 되는데 이는 일반적으로 아날로그도구로 완성된다.시뮬레이션의 목적은 물리적 원형의 생성을 대체하는 것이 아니라 원형의 중복 생성을 피하는 것이다. 왜냐하면 시뮬레이션은 설계 엔지니어가 일반적으로 원형이 생성되기 전에 발견할 수 없는 설계 결함을 발견할 수 있기 때문이다.

시뮬레이션 과정에서 다양한 설계 토폴로지를 시도하고 회로 성능에 미치는 영향을 확인하기 위해 다른 제조업체의 장비로 교체할 수 있습니다.그러나 시뮬레이션에서는 모델의 가용성과 유효성에 끝없는 문제가 있습니다.현재 일반적으로 사용되는 모든 PCB 설계 키트에는 고가의 모델 라이브러리가 있지만 특정 장치가 라이브러리에 없는 경우가 한 번 이상 발생할 수 있습니다.그러나 장비 공급업체는 일반적으로 웹 사이트에 Spice 모델을 출시하여 문제를 해결하므로 장비 공급업체의 웹 사이트에서 이를 찾는 것이 좋습니다.

우회 경로설정 제한

하지만 스파이스 기반 시뮬레이션도 한계가 있다.실제 조건을 나타내지 않는 이상적인 아날로그 신호를 생성할 수 있습니다.실제 신호는 사실감을 변경하는 노이즈와 위상 이동을 가질 수 있습니다.

물리적 구현

시뮬레이션을 통해 성능 문제를 제거한 후 다음 단계는 물리적 프로토타입을 생성하기 위해 회로를 배치하고 경로설정하는 것입니다.레이아웃 및 경로설정은 회로 성능이 설계 사양 요구 사항을 충족하고 보드 모양이 설계 모양 매개변수와 일치하는지 확인해야 합니다.이 시점에서 기계 엔지니어와의 협력은 매우 필요할 것입니다.

설계 구속

PCB 레이아웃은 많은 문제에 직면해 있으며, 그 중 가장 중요한 과제는 이러한 제한을 충족시키는 것입니다.이러한 구속조건은 신호 무결성 문제, 제조 가능 문제, 전자기 간섭, 열 효과 또는 이러한 문제의 조합을 해결하는 데 사용됩니다.

설계 제한 사항 외에도 현재 특정 부품 기술과 관련된 많은 요소들이 PCB 레이아웃과 케이블 연결을 더욱 복잡하게 만듭니다.예를 들어, 보드 칩 (COB) 과 같은 첨단 반도체 패키징 기술은 케이블 연결을 매우 어렵게 만들 수 있습니다.현재 고밀도 패키징은 0.65mm 미만의 핀을 2천개 이상 수용할 수 있다. 이 패키징은 I/O와 신호 속도 관리에 큰 어려움을 겪는데, 이 패키징의 Escape Routing도 고도의 기술 작업이다.

프로그래밍 가능한 논리 장치의 PCB 레이아웃과 케이블 연결은 또 다른 과제입니다.Altium 및 Mentor Graphics에서 제공하는 PCB 설계 키트와 같은 일부 고급 PCB 설계 키트는 FPGA 공급업체의 설계 도구와 긴밀하게 연결되어 FPGA 및 PCB 자체의 통합 설계를 완료합니다.

과거에는 대형 FPGA의 핀 구성이 FPGA 설계 엔지니어에 의해 수행되는 경우가 많았지만 PCB 레이아웃과 케이블 연결을 고려하지 않고 구성했습니다.이제 프로그래밍 가능한 I/O가 있는 FPGA가 입력과 출력 궤적의 원천이라는 것을 깨닫게 되었다.PCB 레이아웃에 맞게 FPGA를 변경하는 것은 FPGA의 I/O 설정과 일치하도록 PCB를 변경하는 것보다 훨씬 쉽습니다.

최종 검사

PCB 레이아웃 제조에 앞서 마지막 단계는 최종 검사입니다.반드시 신호의 완전성과 정시를 검사하여 신호가 제때에 목적지에 도착하고 충분한 품질보증을 갖추도록 확보해야 한다.설계 구속 충돌이 나타나며 이를 고려해야 합니다.

PCB 설계가 끝나면 생산, 조립 및 테스트와 관련된 모든 파일을 포함하여 제조 데이터를 생성해야 합니다.설계 프로세스 전반에 걸쳐 설계 팀 멤버와 제조업체 간에 제조업체의 기술 역량과 한계를 이해하기 위한 충분한 의사 소통이 있어야 합니다.또한 설계 엔지니어가 오류를 발견할 수 있는 마지막 기회를 가질 수 있도록 제조 데이터를 검증해야 합니다.