Thiết kế điện tử - Các công cụ cần thiết cho thiết kế PCB

Cho dù bạn đang xây dựng một ngôi nhà hoặc xây dựng PCB, bạn cần sử dụng các công cụ phù hợp trong hộp công cụ. Mỗi nhà thiết kế PCB cần sử dụng các công cụ CAD để đặt các thành phần, nhưng ngay cả phần mềm CAD dựa trên dòng lệnh cũng có thể được sử dụng để đặt các thành phần chính xác. Khi các thiết bị điện tử hiện đại trở nên phức tạp hơn ở mọi cấp độ, các nhà thiết kế cần các công cụ có thể giúp đẩy nhanh các nhiệm vụ thiết kế cơ bản.

Chọn đúng công cụ thiết kế PCB đòi hỏi phải cân nhắc nhiều lựa chọn tiềm năng. Có rất nhiều gói với các tính năng khác nhau trên thị trường và không ai có thời gian để thử từng gói miễn phí. Một số nền tảng thiết kế này vẫn sử dụng quy trình làm việc lỗi thời được sử dụng 20 năm trước. Với ý nghĩ đó, chúng ta hãy xem xét một số công cụ cơ bản mà mỗi nhà thiết kế cần trong phần mềm thiết kế PCB.

Thiết kế sơ đồ và chụp

Sơ đồ điện tử của bạn giống như nền móng của một ngôi nhà. Mọi thứ bạn đặt trên bảng đều dựa trên tài liệu cơ bản này. Tài liệu quan trọng này cho thấy các thành phần cần thiết cho bảng, cách kết nối và nơi cung cấp điện và nối đất được kết nối. Với trình soạn thảo sơ đồ phù hợp, bạn có thể dễ dàng lập kế hoạch bố cục và bảng chú thích.

Sử dụng trình soạn thảo sơ đồ có thể giữ cho bảng mạch của bạn được tổ chức, nhưng một khi thiết kế trở nên phức tạp hơn, việc sử dụng một sơ đồ duy nhất có thể trở nên khó xử lý. Một khi bạn bắt đầu bao gồm nhiều chức năng trên bảng, bạn có thể duy trì tổ chức của mình bằng cách sử dụng sơ đồ nhiều lớp. Điều này cho phép bạn chia các thành phần thành các sơ đồ khác nhau dựa trên cách chúng phù hợp với các khối chức năng và có thể xác định mối quan hệ cha con giữa chúng.

Sử dụng các công cụ thiết kế PCB đa kênh không chỉ giúp bạn giữ trật tự mà còn dễ dàng sao chép các nhóm thành phần từ sơ đồ lớp. Một khi bạn chụp sơ đồ dưới dạng bố cục ban đầu, các nhóm phần lặp đi lặp lại này được chuyển sang bảng mới. Sau đó, bạn có thể bắt đầu định tuyến giữa các thành phần, cũng như đặt kết nối nguồn và nối đất.

Sơ đồ lớp có thể giúp bạn xác định mối quan hệ giữa các khối khác nhau trong PCB

Chức năng định tuyến

Sau khi bạn chụp sơ đồ dưới dạng bố cục PCB ban đầu, công cụ CAD của bạn sẽ ở chế độ chờ để giúp bạn đặt các thành phần và dấu vết định tuyến. Định tuyến là một nhiệm vụ quan trọng trong việc xác định các kết nối vật lý giữa các thành phần trên bo mạch. Với thiết kế đơn giản, bạn có thể dễ dàng sắp xếp từng kết nối theo cách thủ công và kiểm tra bố cục theo các quy tắc thiết kế của bạn. Tuy nhiên, khi bảng mạch trở nên phức tạp hơn và số lượng kết nối cần thiết tăng lên, các công cụ có thể tự động hóa quá trình định tuyến có thể giúp bạn tiết kiệm rất nhiều thời gian.

Cuộc tranh luận giữa lợi thế của các bộ định tuyến tự động và các bộ định tuyến tương tác dường như kéo dài mãi mãi. Đối với các bảng mạch đơn giản không liên quan đến các cặp vi sai, mạng tín hiệu lớn hoặc số lượng lỗ được kết nối với nhau, bộ định tuyến tự động vẫn có thể tạo ra bố cục phù hợp. Lưu ý rằng trong những trường hợp này, nếu bạn có thể xác định chính sách định tuyến phù hợp, Autorouter của bạn sẽ tạo ra bố cục tốt hơn.

Đây là nơi cáp tương tác tự động trở thành một công cụ thiết kế PCB quan trọng. Định tuyến tự động tương tác là khía cạnh tốt nhất của định tuyến tự động lai và định tuyến tương tác. Bạn có thể xác định các điểm đường theo cách thủ công trên kết nối của một mạng tín hiệu nhất định và công cụ sẽ tự động định tuyến các dấu vết trong mạng giữa các thành phần nguồn, các điểm đường này và các thành phần tải.

Phân tích toàn vẹn tín hiệu và truyền tải điện

Khi nói đến tính toàn vẹn tín hiệu, các IC kỹ thuật số hiện đại chuyển đổi đủ nhanh để đảm bảo tín hiệu vẫn sạch sẽ, điều này đã trở thành một cân nhắc quan trọng đối với hầu hết các nhà thiết kế. Đảm bảo tính toàn vẹn của tín hiệu đòi hỏi phải thiết kế ngăn xếp lớp phù hợp, hình học dấu vết và mặt phẳng nối đất cho ứng dụng cụ thể của bạn. Tất cả những điều này là nhiệm vụ của các công cụ thiết kế CAD, cáp và bảng mạch.

Nếu bạn sử dụng gói phần mềm toàn vẹn tín hiệu chính xác, bạn có thể kiểm tra các dạng sóng phản xạ và nhiễu xuyên âm trong các mạng khác nhau. Điều này giúp bạn xác định khi nào bạn cần chấm dứt và nên sử dụng mạng phù hợp nào trong các bài hát khác nhau.

Khi nói đến truyền tải điện và quản lý nhiệt, máy phân tích mạng truyền tải điện (PDNA) có thể được sử dụng để xác định tổn thất IR của toàn bộ dấu vết, nguồn điện và hình thành và quá lỗ. PDNA của bạn nên sử dụng định dạng đầu ra trực quan để tạo ra kết quả mật độ điện áp và dòng điện. Các công cụ tốt nhất sẽ hiển thị cho bạn một bản đồ màu tương tác, cho phép bạn kiểm tra trực quan bảng mạch của bạn cho các vấn đề nhiệt điện tiềm ẩn và giảm IR quá mức.

Bản đồ màu cho thấy truyền tải điện của toàn bộ PCB

Công cụ thiết kế PCB dựa trên công cụ điều khiển thông thường

Có lẽ phần quan trọng nhất của thiết kế PCB là đảm bảo thiết kế của bạn tuân thủ các quy tắc thiết kế cơ bản. Khi tạo bố cục, chức năng thiết kế nên kiểm tra dữ liệu thiết kế theo các quy tắc này để các vấn đề có thể được phát hiện nhanh chóng và sửa chữa khi cần thiết. Quy tắc thiết kế của bạn cũng có thể hạn chế chức năng của CAD và chức năng ống vải, giúp bạn tuân thủ các tiêu chuẩn thiết kế quan trọng.

Các gói thiết kế PCB khác chia các chức năng quan trọng này thành các chương trình khác nhau, buộc bạn phải xuất và nhập lại dữ liệu khi bạn di chuyển giữa các chương trình. Khi phiên bản mới được phát hành, bạn sẽ phải thiết kế một giải pháp phức tạp và có nguy cơ thực sự là dữ liệu cũ đột nhiên trở nên không thể truy cập được. Quy trình làm việc và giao diện trong môi trường này không nhất quán trong các công cụ thiết kế, làm tăng đường cong học tập và giảm hiệu quả thiết kế.