PCB Hardware-Anleitung

PCB-Leitfaden

1. PCB-Klassifizierungssystem

Klassifizierung nach strukturellen Schichten

TypMerkmaleAnwendungsszenarien
Einseitige TafelVerdrahtung nur auf einer Seite, geringe Kosten, einfache KonstruktionGrundlegende Schaltungen, z. B. für Spielzeug, einfache Haushaltsgeräte
Doppelseitiges BrettBeidseitige Verdrahtung, verbunden durch Durchkontaktierungen, höhere VerdrahtungsdichteLeistungsmodule, industrielle Steuergeräte
Mehrschichtige Platte4 oder mehr leitende Schichten laminiert, hochdichte Verdrahtung, starke Anti-InterferenzKomplexe Geräte wie Mobiltelefone, Computer-Motherboards

Klassifizierung nach Grundmaterial

TypKernmaterialienMerkmale und Anwendungen
Starrer KartonFR-4 Glasfaser-EpoxidharzFest installierte Geräte, wie Fernseher, Desktop-Computer
Flexible Platte (FPC)Polyimid (PI)Anwendungen, die ein Biegen erfordern, wie faltbare Bildschirme, Kameramodule
Starr-Flex-PlatteStarre + flexible VerbundwerkstoffeLuft- und Raumfahrt, medizinische Geräte, Ausgleich von Kraft und Flexibilität
Spezial-Substrat-PlattenRogers-Hochfrequenzplatinen, Aluminiumsubstrate, KeramiksubstrateHochfrequenzschaltungen, hohe Anforderungen an die Wärmeableitung, Umgebungen mit hohen Temperaturen

Klassifizierung nach besonderen Verfahren

  • HDI-LEITERPLATTE: Micro-Via- und Blind-/Buried-Via-Technologie, feine Verdrahtung, geeignet für Smartphones, Wearable Devices
  • Metall-Substrat: Ausgezeichnete thermische Leistung, wichtig für Leistungsgeräte
  • Hochfrequenz-Hochgeschwindigkeits-Board: Niedrige Dielektrizitätskonstante (Dk), niedriger Verlust (Df), geeignet für RF-/Mikrowellenschaltungen
Hochfrequenz-Leiterplatten

2. Detaillierte Analyse der wichtigsten elektronischen Komponenten

2.1 Hauptsteuerchipfamilie

Classification and Characteristics Comparison Table

Chip TypeWesentliche MerkmaleTypische Anwendungen
MCUIntegrated CPU, memory, peripherals, small size, low powerRemote controls, sensors, embedded systems
MPUPowerful CPU core, requires external memoryPCs, servers, smartphones
SoCHighly integrated, processes digital/analog mixed signalsTablets, smartwatches, drones
DSPProfessional digital signal processing capabilityReal-time image processing, motion control
AI ChipDedicated AI algorithm accelerationVoice recognition, image recognition
FPGAProgrammable logic gate arrayFlexible logic control, signal processing

Function Matrix

  • System Control: Coordinates hardware resources, implements overall control
  • Data Processing: Processes sensor data, executes control algorithms
  • Communication Coordination: Ensures reliable communication between systems
  • Safety Protection: Overload protection, short circuit protection, and emergency shutdown
  • Energy Management: Optimizes operating parameters, improves energy efficiency

2.2 Treiber-Chip-System

Motor Drive Specialization

  • Stepper Motor Drive: A4988, DRV8825 (precise position control)
  • DC Motor Drive: L298N, L293D (speed and direction control)
  • Brushless Motor Drive: DRV10983 (high-efficiency motor control)
  • Servo Motor Drive: Industrial-grade precision closed-loop control

Display and Power Drive

  • LCD/OLED Drive: ILI9341, SSD1306 (display control)
  • LED Drive: Constant current/PWM dimming technology
  • Power Management: DC-DC conversion, linear regulation

2.3 Energiemanagement-Chips

Classification Architecture

Power Management Chips
├── AC/DC Conversion Chips (AC to DC)
├── DC/DC Conversion Chips
│   ├── Boost Converter
│   ├── Buck Converter
│   └── Buck-Boost Converter
├── Linear Regulators (LDO)
├── Battery Management Chips
├── Protection Chips (OVP/OCP/OTP)
├── Fast Charging Protocol Chips
└── PFC Power Factor Correction Chips

Wichtige technische Parameter

  • Conversion Efficiency: >90% (high-efficiency design)
  • Ripple Noise: <10mV (precision applications)
  • Load Regulation: ±1% (stable output)
  • Temperature Range: -40℃~125℃ (industrial grade)
Leiterplatte

2.4 Technische Daten der passiven Komponenten

Technische Indikatoren für Widerstände

  • Package Specifications: 0201, 0402, 0603, 0805 (SMD resistors)
  • Accuracy Grades: ±1%, ±5%, ±10%
  • Special Types: Thermistors (NTC/PTC), varistors, photoresistors

Kondensatortechnik System

Classification Application Table

Kondensator TypMerkmaleAnwendungsszenarien
Electrolytic CapacitorLarge capacity, polarizedPower filtering, energy storage
Keramik-Kondensator (MLCC)Unpolarisiert, gute HochfrequenzeigenschaftenEntkopplung, Hochfrequenzfilterung
FilmkondensatorHohe Stabilität, geringer VerlustPräzise Zeitmessung, Audioschaltungen

System zur Kapazitätsumwandlung
1F = 10³mF = 10⁶μF = 10⁹nF = 10¹²pF

Induktivitäten und Quarzoszillatoren

  • Induktor-Funktionen: Energiespeicherung, Filterung, Impedanzanpassung
  • Funktionen des Quarzoszillators: Taktsignalerzeugung, Zeitsteuerung, Referenz
  • Wichtige Parameter: Induktivitätswert (H), Gütefaktor Q, Eigenresonanzfrequenz

2.5 Diskrete Halbleiterbauelemente

Technische Merkmale der Diode

  • Gleichrichterdioden: AC-DC-Wandlung
  • Zenerdioden: Regelung der Durchbruchsspannung in umgekehrter Richtung
  • Schottky-Dioden: Geringer Durchlassspannungsabfall, hohe Schaltgeschwindigkeit
  • LEDs: Sichtbare/IR-Lichtemission

Transistor-Technologie-Matrix

BJT-Betriebszustände

  • Grenzwertiger Bereich: Ib=0, vollständig ausgeschaltet
  • Aktiver Bereich: Ic=β×Ib, lineare Verstärkung
  • Sättigungsbereich: Vollständig eingeschaltet, Schaltfunktion

MOSFET Vorteile

  • Spannungsgesteuertes Gerät, einfacher Antrieb
  • Schnelle Schaltgeschwindigkeit, hohe Effizienz
  • Geringer Einschaltwiderstand, geringer Leistungsverlust

3. Steckeranschlusstechnik

Strukturelles Klassifizierungssystem

Rundsteckverbinder

  • Eigenschaften: Hervorragende Abdichtung, Vibrationsfestigkeit
  • Anwendungen: Raue industrielle Umgebungen

Rechteckige Steckverbinder

  • Merkmale: Hohe Dichte, Multi-Signal-Übertragung
  • Anwendungen: Unterhaltungselektronik, Kommunikationsgeräte

Board-to-Board-Verbinder

  • FPC-Steckverbinder: Flexible Schaltungsverbindungen
  • Platine-zu-Platine: Interboard-Verbindungen mit hoher Packungsdichte

Professionelle Anwendungssteckverbinder

Hochgeschwindigkeits-Steckverbinder

  • Impedanzanpassung: 50Ω/75Ω-Standards
  • Crosstalk-Kontrolle: <-40dB@10GHz
  • Einfügungsdämpfung Index: <0,5dB/Zoll

RF-Steckverbinder

  • SMA/BNC-Schnittstellen: RF-Signalübertragung
  • Charakteristische Impedanz: 50Ω Standard
  • Frequenzbereich: DC~18GHz

Faseroptische Steckverbinder

  • LC/SC/ST-Schnittstellen: Optische Signalübertragung
  • Einfügungsdämpfung: <0,3dB
  • Rückflussdämpfung: >50dB
PCBA

4. Fachterminologie der Industrie

Terminologie der PCB-Herstellung

  • HDI: High-Density Interconnect
  • Impedanzkontrolle: ±10% Toleranz
  • ENIG/HASL: Verfahren zur Oberflächenbehandlung
  • Blinde/vergrabene Vias: Spezielle Via-Strukturen in mehrlagigen Leiterplatten

Terminologie der Komponentenverpackung

  • SMD: Oberflächenmontiertes Gerät
  • DIP: Dual In-line Paket
  • QFP/BGA: Verpackungsformen mit hoher Packungsdichte

System der Messeinheiten

  • Widerstand: Ω, kΩ, MΩ
  • KapazitätpF, nF, μF, F
  • Induktivität: nH, μH, mH, H

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