PCB-asettelun suunnittelu

Elektroniikan kehityksessä piirilevyn layout-suunnittelu on kriittinen silta piiriteorian ja fyysisen toteutuksen välillä.Erinomainen PCB-suunnittelu varmistaa piirin asianmukaisen toiminnan, mutta myös parantaa tuotteen luotettavuutta, vähentää tuotantokustannuksia ja yksinkertaistaa tulevaa huoltoa.Tässä artikkelissa perehdytään koko piirilevysuunnitteluprosessiin, joka ulottuu alkuperäisestä kaaviosuunnittelusta lopputarkastukseen, ja annetaan yksityiskohtaisia ohjeita ja käytännön vinkkejä jokaista vaihetta varten.

1.Pre-Layout-valmistelu

Kaavoitussuunnittelu:Piirisuunnittelun suunnitelma

Kaavoitus on piirilevyn asettelun perusta, joka on kuin arkkitehdin suunnitelma. Tässä vaiheessa keskeisiä näkökohtia ovat mm:

• Komponentin symbolin tarkkuus: Varmista, että jokainen symboli vastaa fyysistä jalanjälkeään.
• Oikeat verkkoyhteydet: Tarkista huolellisesti kaikki sähköliitännät, jotta vältytään aukkojen tai oikosulkujen syntymiseltä.
• Selkeä hierarkia: Monimutkaiset piirit olisi modulaaristettava siten, että toiminnalliset lohkot piirretään erikseen.

Yleinen virhe: Monet aloittelijat ryntäävät asettelun pariin tarkistamatta kaaviota perusteellisesti, mikä johtaa myöhemmin vaikeasti jäljitettäviin ongelmiin. Tarkista kaaviot aina vähintään kaksi kertaa ennen kuin jatkat.

Komponenttitietokannan hallinta:Yksityiskohdat ratkaisevat

Hyvin organisoitu komponenttikirjasto on ammattimaisen PCB-suunnittelun tunnusmerkki:

1. Jalanjälkitiedot: Sisältää mitat, tyynyn muodot ja välit.
2. 3D-mallit: Auttaa mekaanisissa sovitustarkastuksissa.
3. Tärkeimmät parametrit: Nimellisjännite, -virta, -teho jne.
4. Toimittajan tiedot: MPN-numerot ja hankintakanavat.

Ammattilaisen vinkki: Ylläpidä koko yrityksen kattavaa yhtenäistä kirjastoa ja päivitä sitä säännöllisesti suunnittelun tehokkuuden ja johdonmukaisuuden parantamiseksi.

2.PCB-asetteluvaihe

Suunnittelun valmistelu ja lohkosuunnittelu

Varmista asianmukainen valmistelu ennen komponenttien sijoittamista:

• Määrittele hallituksen pääpiirteet: Huomioi asennustila, kiinnitysreiät ja liittimien paikat.
• Stack-up-suunnittelu: Määritä kerrosten lukumäärä ja materiaalit signaalin eheyden tarpeiden perusteella.
• Toiminnallinen lohkojako: Ryhmittele komponentit piirin toiminnon mukaan ja suunnittele signaalivirta.

Kokemusten jakaminen: Karkean ulkoasun piirtäminen paperille ensin - kriittisten komponenttien sijoittelun ja signaalireittien merkitseminen - on usein tehokkaampaa kuin suoraan CAD-ohjelmistoon siirtyminen.

Ruutuasetukset: Avain tehokkaaseen asetteluun

Älykkäät verkkokokoonpanot parantavat asettelun laatua ja nopeutta:

• Suuret komponentit: 50-100 mil grid (IC:t, liittimet).
• Pienet passiivit: 25 mil grid (vastukset, kondensaattorit).
• Hienosäätö: 5-10 millimetrin ruudukko (lopulliset säädöt).

Varoitus: Usein muuttuvat ruudukkoasetukset häiritsevät komponenttien kohdistusta. Asettelu komponenttityypeittäin vaiheittain.

Komponenttien sijoittelusäännöt ja -tekniikat

Yleiset sijoitusperiaatteet

1. Yhden puolen prioriteetti: Aseta kaikki komponentit yhteen kerrokseen, ellei tiheys edellytä muuta.
2. Kohdistus ja suuntaus: Järjestä komponentit ortogonaalisesti siisteyden vuoksi.
3. Välyksen säätö: Vähintään 1 mm komponenttien välillä, 2 mm levyn reunoista.
4. LämmönhallintaJaa lämpöä tuottavat osat kauemmas lämpötilaherkistä laitteista.

Tapaustutkimus: Tehomoduulin suunnittelussa suurivirtaisten komponenttien kohdistaminen lyhensi lineaarisesti johtimien pituuksia ja paransi jäähdytystä, mikä alensi lämpötiloja 15 %.

Kriittisten komponenttien sijoittaminen

• Korkeataajuiset osat: Minimoi liitospituudet loisvaikutusten vähentämiseksi.
• Suurjännitekomponentit: Suurenna välyksiä, muista ryömintää/välyksiä koskevat vaatimukset.
• Raskaat osat: Käytä tukia mekaanisen rasituksen käsittelemiseksi.
• Säädettävät komponentit: Asento ergonomista käyttöä varten.

Opittu läksy: Väärin sijoitettu potentiometri pakotti kerran suunnittelemaan kotelon uudelleen, mikä viivästytti tuotteen lanseerausta.

3. Reititysstrategiat ja sääntösovellukset

Reitityksen prioriteettijärjestys

1. Kriittiset signaalit ensin: Kellot, suurnopeusjohdot ja analogiset signaalit.
2. Tehoverkot: Ota huomioon virran kapasiteetti ja jännitehäviö.
3. Yleiset signaalit: Reititä ei-kriittiset yhteydet viimeisenä.

Asiantuntijan neuvoja: Varaa kerrokset kriittisille signaaleille häiriökytkentöjen välttämiseksi.

Reititysvinkkejä ja sudenkuoppia

• 90° mutkat: Vältä - käytä sen sijaan 45° tai kaarevia jälkiä.
• Differentiaaliset parit: Ylläpidä yhtä pitkä/väli symmetrisellä reitityksellä.
• Serpentiinit: Käytä pituuden sovittamiseen, mutta varo lisättyjä loisia.
• Vias: Minimoi kriittisten polkujen lukumäärät.

Testitiedot: Jokainen nopeiden johtojen kautta voi aiheuttaa 0,3-0,5 sekunnin viiveen, joka on merkittävä GHz:n taajuuksilla.

4. Lopullinen tarkastus ja validointi

Asettelun tarkistuslista

1. Mittatarkastukset: Match mekaaniset piirustukset.
2. Komponenttien täydellisyys: Ei puuttuvia osia.
3. Tyhjennyskatselmus: Komponentti/raita/reunaväli.
4. Lämpöanalyysi: Lämmönlähteen jakautuminen.
5. Huoltokelpoisuus: Helppo pääsy kulumiselle alttiisiin osiin.

QA-vinkki: Vakioi tarkastuslomakkeet järjestelmällisten tarkastusten varmistamiseksi.

Suunnittelutarkastuksen painopistealueet

• Sähköinen suorituskykySignaalin/tehon eheyden analyysi.
• Valmistettavuus: PCB fab -prosessin yhteensopivuus.
• Testattavuus: Riittävät testipisteet.
• Kustannusten valvonta: Optimaalinen paneelin käyttö.

Tiimityön vinkki: Ota valmistus- ja testausryhmät mukaan tarkistuksiin, jotta osastojen väliset ongelmat saadaan selville varhaisessa vaiheessa.

5. PCB-suunnittelun usein kysytyt kysymykset

Q1: Miksi piirilevyni vaativat aina useita prototyyppejä?

V: Tyypillisesti riittämättömän ennakkovarmennuksen vuoksi.Suositellut korjaukset:

1. Toteutetaan tiukat kaavamaiset tarkistusmenettelyt.
2. Simuloi kriittisiä piirejä ennalta.
3. Tarkista 3D-kokoonpanomallit virtuaalisesti.
4. Konsultoi piirilevyvalmistajia varhaisessa vaiheessa mahdollisuuksista.

Q2: Miten korjata nopean signaalin eheysongelmat?

A: Tärkeimmät näkökohdat:

1. Ohjaa impedanssia laskettujen jäljen leveyksien / päällekkäisyyksien avulla.
2. Pidä kriittiset polut lyhyinä.
3. Säilytä yhtenäiset vertailutasot - vältä halkeamia.
4. Käytä tarvittaessa terminointivastuksia heijastusten vaimentamiseksi.

Q3: Onko vinkkejä kompakteihin PCB-asetelmiin?

A: Korkean tiheyden strategiat:

1. Suositellaan 0402 tai pienempiä komponentteja.
2. Käytä monikerroksisia levyjä, joissa on pystysuora reititys.
3. Käytä sokeita/hautuneita läpivientejä harkiten.
4. Tee tiivistä yhteistyötä koneinsinöörien kanssa tilasuunnittelussa.

Q4: Miten minimoida EMI-ongelmat?

A: Tehokkaat vastatoimet:

1. Pidä herkät signaalit ≥5 mm:n päässä levyn reunoista.
2. Varmista kiinteät maatasot suurnopeusjohtimien alle.
3. Lisää suodattimia liitäntöihin.
4. Vältä teräviä kulmia ja äkillisiä leveysmuutoksia.

Q5: Yleisiä virran asetteluvirheitä?

A: Tyypillisiä virransyöttövirheitä:

1. Kytkentäkorkit sijoitetaan >3 mm:n etäisyydelle IC:stä.
2. Alimitoitetut tehojohdot aiheuttavat liiallisen IR-häviön.
3. Nykyisten paluureittien huomiotta jättäminen.
4. Lämpötilan alenemisen vaikutusten huomiotta jättäminen.

Suositeltua lukemista

1. Mikä on PCB-suunnittelu
2. Miten suunnitella PCB BoardN / OFF)
3. Miten parantaa PCB-piirilevyn suorituskykyä ja luotettavuutta?