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電路設計

電路設計 - PCB設計的覈心問題解決方案

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電路設計 - PCB設計的覈心問題解決方案

PCB設計的覈心問題解決方案

2021-10-01
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Author:Downs

PCB設計是指通過設計原理圖和電路佈局,以盡可能低的成本生產電路板。 過去,這通常是在昂貴的專用工具的幫助下完成的,但現在,隨著免費高性能軟體工具和設計模型的日益普及,電路板設計師的設計速度大大加快。

儘管工程設計師知道完美的設計方案是避免問題的最佳方法,但這仍然是浪費時間和金錢,同時治標不治本。 例如,如果在電磁相容性(EMC)測試階段發現問題,將導致大量的成本投資,甚至需要調整和重新進行原始設計,這將需要幾個月的時間。

佈局是設計者必須面對的第一個問題。 此問題取決於圖形中的部分內容,並且需要基於邏輯考慮將一些設備設定在一起。 然而,應該注意的是,對溫度更敏感的部件,如感測器,應與產生熱量的部件(包括功率轉換器)分開安裝。 對於具有多種功率設定的設計,12伏和15伏功率轉換器可以設定在電路板上的不同位置,因為它們產生的熱量和電子雜訊會影響其他組件和電路板的可靠性和效能。

電路板

上述元件也會影響電路設計的電磁效能。 這不僅對電路板的效能和能耗很重要,而且對電路板經濟性也有很大影響。 囙此,所有在歐洲銷售的電路板設備都必須獲得CE標誌,以證明它不會對其他系統造成干擾。 然而,這通常只是在電源方面,並且有許多設備會發出雜訊,例如DC-DC轉換器和高速資料轉換器。 由於電路板設計中的缺陷,這些雜訊可以被通道捕獲並作為小型天線輻射,從而導致雜散雜訊和頻率异常區域。

遠場電磁干擾(EMI)的問題可以通過在雜訊點安裝濾波器或使用金屬外殼來遮罩訊號來解决。 然而,對能够在電路板上釋放電磁干擾(EMI)的設備給予了足够的關注,這允許電路板選擇更便宜的外殼,從而有效地降低了整個系統的成本。

在電路板設計過程中,電磁干擾確實是一個必須認真對待的因素。 電磁串擾可能與通道耦合,從而將訊號干擾為雜訊,並影響電路板的整體效能。 如果耦合雜訊太高,訊號可能會被完全覆蓋,囙此必須安裝更昂貴的訊號放大器才能恢復正常。 然而,如果在電路板設計之初能够充分考慮訊號電路佈局,則可以避免上述問題。 由於電路板的設計會根據不同的設備、不同的使用場所、不同的散熱要求和不同的電磁干擾(EMI)條件而有所不同,囙此設計範本將派上用場。

電容也是電路板設計中不可忽視的一個重要問題,因為電容會影響訊號的傳播速度並新增功耗。 通道將與旁邊的線路耦合,或者垂直穿過兩個電路層,從而無意中形成電容器。 通過减少平行線的長度、向其中一條線添加扭結以切斷耦合等,可以相對容易地解决上述問題。 然而,這也要求工程設計人員充分考慮生產設計原則,以確保設計易於製造,同時避免電路彎曲角度過大而引起的任何雜訊輻射。 線之間的距離也可能太近,這將線上之間產生短環,尤其是線上的彎曲處。 隨著時間的推移,金屬“須狀物”會出現。 設計規則檢測通常可以訓示環路風險高於正常情况的區域。

這個問題在地平面的設計中尤為突出。 一個金屬電路層可能會與它上面和下麵的所有線路形成耦合。儘管金屬層可以有效地阻擋雜訊,但金屬層也會產生相關的電容,這會影響線路的運行速度並新增功耗。

就多層電路板的設計而言,不同電路板層之間的通孔設計可能是最具爭議的問題,因為通孔設計會給電路板的生產帶來許多問題。 電路板各層之間的通孔會影響訊號的效能,降低電路板設計的可靠性,囙此應予以充分重視。

解決方案:

在PCB的設計過程中,可以採用許多不同的方法來解决各種問題。 其中,既有設計方案本身的調整,如調整電路佈局以降低雜訊; 也存在用於印刷電路板的佈局的方法。 設計組件可以通過佈局工具自動安裝,但如果可以手動調整自動佈局,將有助於提高電路板設計的質量。 通過這一措施,設計規則檢測將依靠科技檔案來確保電路板的設計能够滿足電路板製造商的要求。

分離不同的電路板層可以减少相關的電容。 然而,這將新增電路板層的數量,從而新增成本並帶來更多的通孔問題。 雖然使用正交網格電源系統和接地電路設計可能會新增電路板的物理尺寸,但它可以有效地發揮雙層電路板中接地層的作用,降低電路板製造的電容和複雜性。

許多PCB設計工具可以幫助工程設計師在設計之初解决許多問題,但工程設計師仍需要充分瞭解印刷電路板(PCB)的設計要求。 例如,如果印刷電路板(PCB)編輯器在設計之初需要瞭解電路板的層數,例如,雙層電路板需要接地層和電源層,由兩個獨立的層組成。 自動元件佈局科技非常有用,可以幫助設計者花更多的時間設計設備的佈局區域。 例如,如果電源設備離敏感訊號線或溫度較高的區域太近,就會出現很多問題。 以同樣的管道,訊號線也可以自動佈線,同時避免大多數問題。 然而,對高風險區域的分析和手動操作將有助於大大提高印刷電路板(PCB)的設計質量,提高收入並降低總體成本。

設計規則檢測也是一個非常强大的工具,它可以檢測線,以確保線之間的距離不會太近,從而導致環路太短。 但總體設計仍具有較高的經濟價值。 設計規劃檢測工具還可以用於檢測和調整功率層和接地層,以避免大的相關電容區域。

上述工具也將對Gerber和Excellon有很大幫助,幫助他們列印電路和電路板,以及通孔鑽孔,以生產最終的設計產品。 通過這種管道,技術文檔與電路板製造商緊密相連。

總之:

在PCB設計過程中需要考慮許多問題,PCB設計工具可以有效地處理其中的大多數問題。 通過採用某些最佳實踐指南,工程設計師可以有效地降低成本,提高電路板的可靠性,同時滿足系統規範,並以更低的成本獲得偏轉系統認證,從而避免更多問題