Kako dizajnirati PCB ploču?

Dizajniranje PCB ploča To je jedna od najkritičnijih vještina u elektrotehniku. Bilo da gradite jednoslojni prototip ili kompleksnu višeslojnu skupinu, proces dizajna PCB ploča prati strukturirani niz koji direktno određuje koliko dobro završni proizvod funkcioniše. Razumijevanje svake faze pre nego što počnete štediće vam vreme, smanjiće skupe greške i osigurat će da vaša PCB ploča zadovoljava i električne i mehaničke zahteve.

Dobro dizajnirana PCB ploča uravnotežava integritet signala, toplotno upravljanje, mehaničku pogodnost i proizvodnju. Žurenje kroz bilo koju fazu razvoja PCB ploča često dovodi do grešaka u rasporedu, smetnji signala ili odbijanja proizvodnje. Ovaj vodič prati osnovne korake dizajna PCB ploča u logičkom redoslijedu, od početnog shematskog hvatanja sve do stvaranja proizvodnih datoteka, pružajući inženjerima i dizajnerima pouzdan tok rada koji mogu pratiti svaki put kada započnu novi projekt PCB ploče.

Skimatsko hvatanje i planiranje komponenti

Izgradnja pouzdanog sheme za PCB ploču

Svaki dizajn PCB ploče počinje sa shemom. Šematički je logički nacrt koji definiše kako se svaka komponenta povezuje električno. Prije nego što staviš nijedan trag na PCB ploču, moraš imati čist, potpuno provjeren šem koji tačno predstavlja tvoj krug. To uključuje dodjelu ispravnih vrijednosti komponenti, provjeru referentnih oznaka i osiguravanje da je svaka mreža pravilno imenovana i završena. Neizvrsni šemati će se direktno prevesti u pogrešan raspored PCB ploče koji je teško ispraviti kasnije.

Izbor komponenti je sastavni dio šematskih radova za svaku PCB ploču. Izaberite komponente koje su dostupne u vašoj ciljani PCB ploča otisak biblioteka i koji se poklapaju sa svojim proizvodnim procesom, bilo da je to površina-montaža tehnologija ili kroz-rut sastav. Potvrdi da se svaki dio podloge odgovara stvarnom fizičkom dijelu koji planiraš da koristiš, jer neskladnost u ovoj fazi može uzrokovati da se vaša PCB ploča u potpunosti ne sastavi. Provjera električnih pravila u softveru za dizajn pomaže u otkrivanju problema povezanosti prije prelaska na raspored.

Rano definisanje ograničenja PCB ploča

Prije otvaranja uređaja za raspored ploča, definirajte ograničenja dizajna. To uključuje dimenzije ploče, broj slojeva, minimalnu širinu tragova, minimalnu veličinu, pravila za razmak bakra i zahtjeve za impedansom. Za brze PCB ploče, kontrolirani tragovi impedance su neophodni, a vaš proizvođač PCB ploča mora znati dielektrični sastav da bi ih pravilno proizveo. Postavljanje ovih ograničenja u softveru za dizajn u ovoj fazi osigurava da alat označi bilo kakva kršenja dok usmjeravate PCB ploču.

PCB ploča i postavljanje komponenti

Strateško postavljanje komponente na vaš PCB ploča

Kada se završi s crtama, pomeriš komponente na platnu PCB ploče. Smještaj komponente je vjerovatno najutjecajniji korak u dizajnu PCB ploča. Loše postavljanje dovodi do dugih putanja signala, zagušenih područja za usmjeravanje i potencijalnih elektromagnetnih smetnji. Grupa povezanih funkcionalnih blokova zajedno na PCB ploči. Na primer, postavite komponente napajanja blizu ruba ploče i daleko od osetljivih analognih kola. Postavite kondenzatore što bliže napajajućim štapovima svakog IC-a na vašoj PCB ploči da biste minimizirali induktivnost parazita.

Uzimajte u obzir mehanička ograničenja prilikom postavljanja komponenti na PCB ploču. Konektor mora biti usklađen sa izrezcima kućišta, otvorovi za montiranje moraju biti dostupni, a komponente koje proizvode toplotu, kao što su regulatori napona, moraju biti postavljene tamo gdje je dostupan protok vazduha ili toplotni oslab. Gledajući PCB ploču u kontekstu njenog konačnog okvira tokom postavljanja sprečava skupu ponovnu obradu u fazi prototipa. Dobro postavljen PCB layout smanjuje složenost usmeravanja i poboljšava ukupnu kvalitetu signala.

Planiranje sloja za postavljanje ploča za PCB

Za više slojeva PCB ploča dizajn, definiranje sloja stack-up je kritično prije nego što počne usmjeravanje. Tipična četvoroslojna PCB ploča koristi dva sloja signala koji spajaju potporu i tlo. Ovaj aranžman značajno poboljšava distribuciju energije i smanjuje elektromagnetne emisije iz PCB ploče. Za konstrukcije sa visokofrequencynim signalima, referentne ravni moraju biti kontinuirane i neprekinute ispod signalnih tragova kako bi se održala konstantna impedansa na ploči PCB. Rano razgovarajte sa proizvođačem PCB ploča o izboru materijala i težini bakra.

Putovanje, provjere pravila dizajna i dokumentacija o proizvodnji

Traga za usmeravanje na vašoj PCB ploči

Ruteriranje je proces crtanja bakarskih tragova koji povezuju komponente prema vašem shemu na PCB ploči. Počnite usmjeravanjem kritičnih putanja signala, uključujući brze diferencijalne parove, satne signale i električne šine. Ovi tragovi na vašoj PCB ploči imaju stroge zahtjeve za podudaranje dužine, razmak i impedance koje moraju biti ispunjene prije opšteg usmjeravanja signala. Koristite interaktivni ruter vašeg softvera za dizajn kako biste održali pravila razmak i izbjegli oštre uglove, koji mogu uzrokovati klopke kiseline tokom hemijskog etiranja PCB ploče. Nakon usmjeravanja kritičnih mreža, dovrši preostale veze signala na PCB ploči.

Bakrene zalijevice, koje se nazivaju i poplavnim punjenjem, obično se koriste na PCB plocama za povezivanje zemaljskih ili pogonskih aviona preko nekorištenih područja svakog sloja. Čvrsta zemlja na ploči smanjuje buku, smanjuje impedansu i pruža prednost toplotnom širenju. Kada se vaš PCB dostava usmjeravanje završi, uklonite bilo izolovanih bakra ostrva koja nisu povezani na mrežu, jer to može uzrokovati probleme tokom PCB dostava proizvodnje i inspekcije.

Upravljanje DRC i priprema PCB ploča proizvodnja datoteke

Provjera pravila dizajna, obično nazvana DRC, obavezni je korak prije nego što se PCB ploča dostavi za proizvodnju. DRC skenira cijeli PCB layout za kršenja kao što su nedovoljno rastojanje, nespojene mreže, kršenja širine tragova i preklapanja svilenih ploča. Svaka greška koju je označila DRK mora biti pregledana i riješena prije nego što vaša PCB ploča bude spremna za proizvodnju. Preskakanje ovog koraka provjere je česti uzrok odbijanja i kašnjenja proizvodnje PCB ploča.

Kada PCB ploča prođe DRC, generirajte Gerber datoteke koje će vaš proizvođač PCB ploče koristiti za proizvodnju fizičke ploče. Ovi fajlovi uključuju bakrene slojeve, slojeve za lemljenje maski, slojeve za svileno štit, bočne file i obris ploče. Potvrdi sa proizvođačem PCB ploča koji format datoteke i konvencija imenovanja oni zahtijevaju. Mnogi dizajneri PCB ploča također pružaju račun o materijalima i crtež sastava uz Gerberove datoteke kako bi se osigurala tačna montaža PCB ploče. Pregled proizvodnje predviđanja vaše PCB ploče prije nego što položite narudžbu daje vam posljednju priliku da uhvatite bilo kakve probleme.

Često postavljana pitanja

Koji se softver obično koristi za dizajniranje PCB ploče?

Nekoliko EDA alata se široko koristi za dizajn PCB ploča, uključujući Altium Designer, KiCad, Eagle i OrCAD. Pravi izbor za vaš PCB ploča projekat zavisi od vašeg budžeta, složenost PCB ploča, i vaš tim je upoznat sa alatom. KiCad je popularna opcija otvorenog koda za dizajnere PCB ploča koji rade na projektima osetljivim na troškove.

Koliko slojeva je potrebno standardnoj PCB ploči?

Jednostavan PCB panel sa niskom gustoćom komponenti često se može završiti na dva sloja. Kompleksniji PCB ploče dizajn sa gusto postavljanje komponenti, više domena snage, ili brzi signali obično zahtijevaju četiri ili više slojeva za postizanje pravilnog integriteta signala i distribucije snage na PCB ploči.

Koje formate datoteka su potrebne za proizvodnju PCB ploče?

Industrijski standard za proizvodnju PCB ploča je Gerberov format datoteke, posebno RS-274X. Kompletna podnošenje PCB ploča obično uključuje Gerber datoteke za svaki sloj bakra, lemna maska, svilena ploča, file bušenje u Excelon formatu, i PCB ploča obris. Neki proizvođači takođe prihvataju ODB++ kao alternativu Gerberu za proizvodnju PCB ploča.