EN
Å designe en PCB-kort er en av de viktigste ferdighetene innen elektronikkteknikk. Uansett om du bygger en enkel enlaget prototype eller en kompleks flerlagsmontering, følger prosessen for å designe PCB-kretsen en strukturert sekvens som direkte avgjør hvor godt sluttproduktet ditt fungerer. Å forstå hver fase før du begynner vil spare tid, redusere kostbare feil og sikre at PCB-kretsen din oppfyller både elektriske og mekaniske krav.
Et godt designet PCB-kort balanserer signalintegritet, termisk styring, mekanisk passform og fremstillingsevne. Å skynde seg gjennom noen som helst fase av utviklingen av et PCB-kort fører ofte til feil i plasseringen, signalforstyrrelser eller avvisning under fremstillingen. Denne veiledningen går gjennom de viktige trinnene i PCB-kortdesign i en logisk rekkefølge – fra innfangning av skjema til generering av produksjonsfiler – og gir ingeniører og designere en pålitelig arbeidsflyt som kan følges hver gang de starter et nytt PCB-kortprosjekt.
Skjemaoppfangst og komponentplanlegging
Oppbygging av et pålitelig skjema for ditt PCB-kort
Hver PCB-platedesign starter med et skjema. Skjemaet er den logiske blåtegningen som definerer hvordan hver komponent kobles elektrisk. Før du plasserer en enkelt spor på PCB-platen din, må du ha et rent og fullstendig verifisert skjema som nøyaktig representerer kretsen din. Dette inkluderer å tildele riktige komponentverdier, verifisere referansebetegnelser og sikre at hver nettverksforbindelse (net) er riktig navngitt og avsluttet. Et uordentlig skjema vil direkte føre til en feilaktig PCB-platelayout som er vanskelig å feilsøke senere.
Komponentvalg er en integrert del av skjemaarbeidet for alle PCB-plater. Velg komponenter som er tilgjengelige i bibliotekene med footprints for din mål-PCB-plate og som passer til din fremstillingsprosess, enten det er overflatemonterings-teknologi (SMT) eller gjennom-hull-montering. Bekreft at landemønsteret for hver komponent samsvarer med den faktiske fysiske komponenten du planlegger å bruke, siden en feilmatch på dette tidspunktet kan føre til at hele PCB-platen ikke klarer monteringen. Å kjøre en elektrisk regelkontroll (ERC) i designprogramvaren din hjelper deg med å oppdage koblingsproblemer før du går videre til layout.
Definere begrensninger for PCB-plate tidlig
Før du åpner editor for PCB-kortets oppsett, må du definere designbegrensningene dine. Dette inkluderer kortets dimensjoner, antall lag, minimum sporbredde, minimum via-størrelse, regler for kobberavstand og impedanskrav. For høyhastighets-PCB-kortdesign er sporer med kontrollert impedans avgjørende, og produsenten av ditt PCB-kort må kjenne dielektrisk lagoppbygging for å kunne fremstille dem korrekt. Å angi disse begrensningene i designprogramvaren på dette tidspunktet sikrer at verktøyet vil markere eventuelle brudd når du ruter PCB-kortet ditt.
PCB-kortoppsett og plassering av komponenter
Strategisk plassering av komponenter på ditt PCB-kort
Når skjemaet ditt er ferdigstilt, plasserer du komponentene på PCB-platen. Komponentplassering er kanskje det mest innflytelsesrike trinnet i PCB-platedesign. Dårlig plassering fører til lange signalbaner, overfylte ruteringsområder og potensiell elektromagnetisk forstyrrelse. Grupper sammenhengende funksjonelle blokker på PCB-platen. For eksempel bør strømforsyningskomponenter plasseres nær kanten av platen og langt unna følsomme analoge kretser. Plasser avkoplingskondensatorer så nært som mulig til strømterminalene på hver integrert krets (IC) på PCB-platen for å minimere parasittisk induktans.
Ta hensyn til mekaniske begrensninger når du plasserer komponenter på PCB-platen. Koblede må være justert med utskjæringene i kabinettet, monteringshull må være tilgjengelige, og varmeproducerende komponenter som spenningsregulatorer bør plasseres der det er tilgang til luftstrøm eller kjøling. Å se på PCB-platen i sammenheng med dens endelige kabinett under plasseringen forhindrer kostbare omforming på prototypstadiet. En godt plassert PCB-platlayout reduserer kompleksiteten i routingen og forbedrer den generelle signalkvaliteten.
Planlegging av lagoppbygning for din PCB-plate
For design av flerlags PCB-plater er det avgjørende å definere lagoppbygningen før rutning starter. En typisk firelags PCB-bruker to signal-lag som omgir et strømforsyningslag og et jordlag. Denne oppbygningen forbedrer kraftfordelingen betydelig og reduserer elektromagnetiske utslipp fra PCB-platen. For design med høyfrekvente signaler må referanselagene være kontinuerlige og uavbrutte under signaltrassene for å opprettholde konstant impedans på PCB-platen. Diskuter lagoppbygningen din tidlig med PCB-fabrikanten din for å bli enige om materialevalg og kobbervekter.
Rutning, designregelkontroller og fabrikasjonsfiler
Ruting av spor på PCB-platen din
Ruting er prosessen med å tegne kobberbanene som kobler sammen komponentene i henhold til ditt skjema på kretskortet. Start med å rute de kritiske signalbanene først, inkludert høyhastighetsdifferensielle par, klokkesignaler og strømforsyningsbaner. Disse banene på kretskortet har strenge krav til lengdematch, avstand og impedans som må oppfylles før generell signalruting. Bruk interaktiv ruter i designprogramvaren din for å opprettholde avstandsregler og unngå spisse vinkler, som kan føre til syrefeller under kjemisk etsing av kretskortet. Etter at du har rutet de kritiske nettverkene, fullfør de resterende signaltilkoblingene på kretskortet.
Kobberfyllinger, også kalt flomfyll, brukes ofte i PCB-kortdesign for å koble jord- eller strømplaner over ubrukte områder på hver lag. En solid jordfylling på ditt PCB-kort reduserer støy, senker impedans og gir en fordeler når det gjelder varmespredning. Når rutingen på ditt PCB-kort er ferdig, fjern alle isolerte kobberøyer som ikke er tilkoblet et nett, da disse kan føre til problemer under fremstilling og inspeksjon av PCB-kortet.
Kjøre DRC og forberede filer for fremstilling av PCB-kort
Å kjøre en designregelkontroll, vanligvis kalt DRC, er et obligatorisk trinn før du sender inn ditt PCB-kort til fremstilling. DRC-scanner hele layoutet til ditt PCB-kort for feil som for eksempel utilstrekkelig avstand, uforbundne netter, sporbreddefeil og overlappende silkscreen. Alle feil som DRC markerer må gjennomgås og løses før ditt PCB-kort er klart for produksjon. Å hoppe over denne verifikasjonsfasen er en vanlig årsak til avvisning og forsinkelser ved fremstilling av PCB-kort.
Når PCB-kortet har bestått DRC-sjekken, generer Gerber-filene som din PCB-kortprodusent vil bruke til å produsere det fysiske kortet. Disse filene inkluderer kobberlag, soldeplate-lag, silkscreen-lag, borerfiler og konturtegning av kortet. Bekreft med din PCB-kortprodusent hvilket filformat og hvilken navngivningskonvensjon de krever. Mange PCB-kortdesignere leverer også en materialeliste (BOM) og en monterings-tegning sammen med Gerber-filene for å sikre nøyaktig montering av PCB-kortet. Å gjennomgå en fremstillingsoversikt (fabrication preview) av ditt PCB-kort før du plasserer bestillingen gir deg én siste mulighet til å oppdage eventuelle feil.
Ofte stilte spørsmål
Hvilke programvarebrukes vanligvis til å designe et PCB-kort?
Flere EDA-verktøy brukes mye for PCB-kortdesign, inkludert Altium Designer, KiCad, Eagle og OrCAD. Det riktige valget for prosjektet ditt med PCB-kort avhenger av budsjettet ditt, kompleksiteten til PCB-kortet og teamets kjennskap til verktøyet. KiCad er et populært open-source-alternativ for PCB-kortdesignere som jobber med kostnadseffektive prosjekter.
Hvor mange lag trenger et standard PCB-kort?
Et enkelt PCB-kort med lav komponenttetthet kan ofte utføres på to lag. Mer komplekse PCB-kortdesigner med tett komponentplassering, flere strømdomener eller høyhastighetssignaler krever vanligvis fire eller flere lag for å oppnå god signalintegritet og strømfordeling på PCB-kortet.
Hvilke filformater kreves for å produsere et PCB-kort?
Industristandarden for fremstilling av PCB-plater er Gerber-filformatet, spesifikt RS-274X. En fullstendig innsending av en PCB-plate inkluderer vanligvis Gerber-filer for hver kobberlag, soldemaske, silkscreen, en borerfil i Excellon-format og konturen til PCB-platen. Noen produsenter aksepterer også ODB++ som et alternativ til Gerber for produksjon av PCB-plater.