EN
At designe en PCB-plader er en af de mest kritiske færdigheder inden for elektronikingeniørvidenskab. Uanset om du bygger en simpel enlaget prototype eller en kompleks flerlaget montage, følger designprocessen for PCB-kortet en struktureret rækkefølge, der direkte afgør, hvor godt dit endelige produkt fungerer. At forstå hver fase, inden du går i gang, sparer tid, reducerer dyre fejl og sikrer, at dit PCB-kort opfylder både elektriske og mekaniske krav.
Et veludformet PCB-kort balancerer signalintegritet, termisk styring, mekanisk pasform og fremstillelighed. At skynde sig gennem enhver fase af udviklingen af et PCB-kort fører ofte til layoutfejl, signalforstyrrelser eller afvisning ved fremstillingen. Denne vejledning gennemgår de væsentlige trin i PCB-kortdesign i en logisk rækkefølge – fra den indledende skemategning og frem til generering af produktionsfiler – og giver ingeniører og designere en pålidelig arbejdsgang, som de kan følge hver gang, de starter et nyt PCB-kortprojekt.
Skemategning og komponentplanlægning
Opbygning af et pålideligt skema til dit PCB-kort
Hver PCB-plade-design starter med et skematisk diagram. Det skematiske diagram er den logiske blåprint, der definerer, hvordan hver enkelt komponent elektrisk forbindes. Før du placerer én enkelt ledning på din PCB-plade, skal du have et rent og fuldt verificeret skematisk diagram, der præcist repræsenterer din kreds. Dette omfatter tildeling af korrekte komponentværdier, verifikation af referencebetegnelser og sikring af, at hver net er korrekt navngivet og afsluttet. Et uordentligt skematisk diagram vil direkte føre til en fejlbehæftet PCB-pladelayout, som er svær at fejlsøge senere.
Valg af komponenter er en integreret del af skematiske arbejde for ethvert PCB-kort. Vælg komponenter, der er tilgængelige i dine mål-PCB-kortets footprint-biblioteker, og som passer til din fremstillingsproces, uanset om det er overflademonterings-teknologi eller gennemhulsmontage. Bekræft, at hver komponents landemønster svarer til den faktiske fysiske komponent, du planlægger at bruge, da en uoverensstemmelse på dette tidspunkt kan medføre, at dit PCB-kort ikke kan samles korrekt. At køre en elektrisk regelkontrol i dit designsoftware hjælper med at opdage forbindelsesproblemer, inden du går videre til layout.
Definerer PCB-kortets begrænsninger tidligt
Før du åbner layouteditoren til printkortet, skal du definere dine designbegrænsninger. Dette omfatter kortets dimensioner, antal lag, mindste sporbredde, mindste via-størrelse, regler for kobberafstand og impedanskrav. Ved højhastighedsprintkortdesign er spore med kontrolleret impedans afgørende, og din printkortfabrikant skal kende dielektriske lagopbygning for at fremstille dem korrekt. Ved at indstille disse begrænsninger i dit designsoftware på dette tidspunkt sikrer du, at værktøjet vil markere eventuelle overtrædelser, mens du routerer dit printkort.
Printkortlayout og komponentplacering
Strategisk komponentplacering på dit printkort
Når din skematisk tegning er færdig, placerer du dine komponenter på PCB-pladens arbejdsområde. Komponentplaceringen er måske det mest afgørende trin i PCB-pladedesign. Dårlig placering fører til lange signalkabler, overfyldte routeringsområder og mulig elektromagnetisk interferens. Gruppér relaterede funktionelle blokke sammen på PCB-pladen. Placer for eksempel strømforsyningskomponenter tæt på pladens kant og væk fra følsomme analoge kredsløb. Placer afkoblingskondensatorer så tæt som muligt på strømstifterne for hver IC på din PCB-plade for at minimere parasitisk induktans.
Overvej mekaniske begrænsninger, når du placerer komponenter på PCB-pladen. Forbindelsesstik skal være justeret med udskæringerne i kabinettet, monteringshuller skal være tilgængelige, og varmeudviklende komponenter såsom spændingsregulatorer skal placeres, hvor der er tilstrækkelig luftgennemstrømning eller mulighed for køling. At betragte din PCB-plade i sammenhæng med dens endelige kabinet under placeringen forhindrer kostbare omarbejdsopgaver i prototypestadiet. En velplaceret layout af PCB-pladen reducerer routing-kompleksiteten og forbedrer den samlede signalkvalitet.
Planlægning af lagopbygning for din PCB-plade
For multilagte PCB-plader er det afgørende at definere lagopbygningen, inden routing begynder. En typisk firelaget PCB-plade bruger to signallag, der omgiver et strømforsyningslag og et jordlag. Denne opstilling forbedrer betydeligt strømforsyningen og reducerer elektromagnetiske udstrålinger fra PCB-pladen. For designs med højfrekvente signaler skal referenceplanerne være sammenhængende og uafbrudte under signallinierne for at opretholde konstant impedans på PCB-pladen. Diskutér din lagopbygning tidligt med din PCB-pladeproducent for at sikre enighed om materialevalg og kobbervægt.
Routing, designregelkontroller og fremstillingsfiler
Routing af linier på din PCB-plade
Ruting er processen med at tegne kobberbanerne, der forbinder komponenterne i overensstemmelse med dit skema på printkortet. Start med at rute de kritiske signalkabler først, herunder højhastighedsdifferentialpar, klokkesignaler og strømforsyningsledninger. Disse baner på dit printkort har strenge krav til længdematchning, afstand og impedans, som skal opfyldes, inden almindelige signalkabler rutes. Brug din designsoftware's interaktive router til at overholde afstandsreglerne og undgå spidse vinkler, da disse kan forårsage syrætter under kemisk ætsning af printkortet. Når de kritiske net er routed, afslut de resterende signalkoblinger på dit printkort.
Kobberfylldinger, også kaldet overfyldninger, bruges almindeligt i PCB-kortdesign til at forbinde jord- eller strømplaner på ubenyttede områder af hver lag. En massiv jordfyllding på dit PCB-kort reducerer støj, sænker impedansen og giver en termisk fordelsfordelingseffekt. Når routingen af dit PCB-kort er færdig, skal eventuelle isolerede kobberøer, der ikke er forbundet til et net, fjernes, da de kan forårsage problemer under fremstilling og inspektion af PCB-kortet.
Udførelse af DRC og forberedelse af filer til PCB-kortfremstilling
At udføre en designregelkontrol (DRC) er et obligatorisk trin, inden du indsender dit PCB-kort til fremstilling. DRC-scannen gennemgår hele layoutet af dit PCB-kort for fejl som utilstrækkelig afstand, uforbundne net, sporbreddesfejl og overlapning af silkscreen. Alle fejl, der markeres af DRC, skal gennemgås og rettes, inden dit PCB-kort er klar til produktion. At springe dette verifikationstrin over er en almindelig årsag til afvisning og forsinkelser ved fremstilling af PCB-kort.
Når printpladen består DRC-kontrollen, skal du generere Gerber-filerne, som din printpladeproducent vil bruge til at fremstille den fysiske printplade. Disse filer omfatter kobberlag, solde-maskelag, silkeskærm-lag, boretter og printpladens kontur. Bekræft med din printpladeproducent, hvilket filformat og hvilken navngivningskonvention de kræver. Mange printpladedesignere leverer også en materialeliste (BOM) og en monterings-tegning sammen med Gerber-filerne for at sikre en præcis montering af printpladen. At gennemgå en fremstillingsforhåndsvisning af din printplade, inden du afgiver ordren, giver dig en sidste mulighed for at opdage eventuelle fejl.
Ofte stillede spørgsmål
Hvilke programmer bruges typisk til at designe en printplade?
Flere EDA-værktøjer bruges bredt til PCB-plade-design, herunder Altium Designer, KiCad, Eagle og OrCAD. Det rigtige valg til dit PCB-plade-projekt afhænger af din budgetramme, kompleksiteten af PCB-pladen og dit teams fortrolighed med værktøjet. KiCad er en populær open-source-løsning for PCB-plade-designere, der arbejder med projekter, hvor omkostningerne er afgørende.
Hvor mange lag kræver en standard PCB-plade?
En simpel PCB-plade med lav komponenttæthed kan ofte udføres på to lag. Mere komplekse PCB-plade-designs med tæt komponentplacering, flere strømdomæner eller højhastighedssignaler kræver typisk fire eller flere lag for at opnå korrekt signalintegritet og strømfordeling på PCB-pladen.
Hvilke filformater kræves der for fremstilling af en PCB-plade?
Branchestandarden for fremstilling af printede kredsløbskort (PCB) er Gerber-filformatet, specifikt RS-274X. En komplet indsendelse af et PCB-kort omfatter typisk Gerber-filer til hver kobberlag, loddemasken, silkeskriftet, en boretabel i Excellon-format samt konturen af PCB-kortet. Nogle producenter accepterer også ODB++ som alternativ til Gerber til fremstilling af PCB-kort.