‌how to design a pcb？

Das Leiterplattendesign ist ein zentraler Aspekt der Elektronikentwicklung und umfasst die Umsetzung von Schaltplänen in produktionsreife Leiterplattenlayouts, wobei die Anordnung der Komponenten, die Signalintegrität, die Wärmeableitung und die elektromagnetische Verträglichkeit umfassend berücksichtigt werden müssen.

Der grundlegende Prozess des PCB-Designs

Das PCB-Design umfasst in der Regel die folgenden Hauptschritte:

1. Bedarfsanalyse und -planung
   Ingenieure planen die Basismodule des Schaltkreises und zeichnen den Schaltplan des Produkts entsprechend den Gegebenheiten des Schaltkreises, der Marktforschung oder dem Bedarf an Produktinnovationen.
   Bestimmen Sie die Funktion des Schaltkreises und den Signaltyp (hohe Geschwindigkeit, niedrige Frequenz, RF, usw.).
   Wählen Sie die Anzahl der Leiterplattenschichten (ein-, zwei- oder mehrlagige Leiterplatten).
   Bestimmen Sie die Abmessungen, die Befestigungsmethoden und die mechanischen Beschränkungen.
2. Schematischer Entwurf
   Zeichnen Sie spezifische Schaltpläne auf der Grundlage des Rahmenplans des Produktstromkreises, um das Stromkreissystem zu materialisieren.
   Verwenden Sie EDA-Tools (Electronic Design Automation) (z. B. Altium Designer, KiCad, Cadence usw.), um den Schaltplan zu zeichnen.
   Stellen Sie sicher, dass alle Komponenten korrekt symbolisiert und angeschlossen sind.
   Führen Sie ERC (Electrical Rule Check) durch, um Probleme wie Kurzschlüsse, offene Stromkreise usw. zu vermeiden.
3. PCB-Layout
   Nachdem Sie den Schaltplan gezeichnet haben, müssen Sie das Bauteilpaket und die Informationen über die Bauteilanschlüsse in die Leiterplattenentwurfsumgebung übertragen. Nachdem das Bauteilpaket in die Leiterplattenentwurfsumgebung übertragen wurde, müssen Sie die Bauteile entsprechend der Gehäuseform des Produkts, der Panelstruktur, den EMV-Spezifikationen, den angemessenen Anforderungen an das elektrische Layout und den Merkmalen der gestapelten Struktur des Leiterplattendesigns auslegen.
   Die Bauteile werden entsprechend dem Schaltplan auf der Leiterplatte platziert, wobei Faktoren wie Signalfluss, Wärmeableitung und elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) berücksichtigt werden.
   Schlüsselkomponenten (z. B. MCU, Quarz, Leistungsmodul) werden beim Layout priorisiert, um den kritischen Signalpfad zu verkürzen.
   Trennungslayout: Analoge, digitale und Stromversorgungsteile sind getrennt, um Interferenzen zu reduzieren.
4. PCB-Verdrahtung
   Nachdem die Bauteile angeordnet sind, werden die vorgezeichneten Linien, die gemäß der Netzwerktabelle im Leiterplattenentwurf erstellt wurden, mit durchgezogenen Linien gefüllt, und die Rationalität der Leiterplattenverdrahtung wirkt sich direkt auf die Qualität der Leiterplatte aus.
   Leistungsverkabelung: Verbreiterung der Stromleitung, Verringerung der Impedanz, Vermeidung von Spannungsabfällen.
   Signalleitungen: Bei Hochgeschwindigkeitssignalen (z. B. USB, HDMI) muss die Impedanz kontrolliert werden, um eine zu lange Ausrichtung zu vermeiden.
   Erdung: Sternförmige Erdung oder Kupferverlegung zur Rauschunterdrückung.
5. DRC (Design Rule Check)
   Prüfen Sie, ob die Drahtbreite, die Abstände und die Kreuzungslöcher den Herstellungsanforderungen entsprechen.
   Vergewissern Sie sich, dass keine Kurzschlüsse, unterbrochene Stromkreise, nicht angeschlossene Netze usw. vorhanden sind.
6. Ausgabe von Produktionsdateien
   Generieren Sie eine Gerber-Datei (für die PCB-Herstellung).
   Liefern Sie eine Bohrdatei (NC-Bohrer) und eine Stückliste (BOM).

Regeln für das PCB-Design

1. in der Regel alle Komponenten sollten auf der gleichen Oberfläche der Leiterplatte angeordnet werden, nur die oberste Schicht von Komponenten ist zu dicht, um eine Reihe von sehr begrenzt und kleine Wärme Geräte, wie Chip-Widerstände, Chip-Kondensatoren, Chip-ICs und so weiter in der unteren Schicht.
2. unter der Prämisse der Gewährleistung der elektrischen Leistung, Komponenten sollten auf dem Raster und parallel oder senkrecht zueinander platziert werden, um ordentlich, schön, in der Regel nicht zulassen, dass die Komponenten zu überlappen; Komponenten in einem kompakten angeordnet werden, sollten Komponenten in der gesamten Layout gleichmäßig verteilt werden, dicht und konsistent.
3. der Mindestabstand zwischen den benachbarten Pad-Grafiken verschiedener Komponenten auf der Leiterplatte sollte mehr als 1MM betragen.
4. von der Kante der Leiterplatte ist in der Regel nicht weniger als 2MM. die beste Form der Leiterplatte für die rechteckige, die Länge zur Breite Verhältnis von 3:2 oder 4:3. Leiterplatte Oberfläche Footage ist größer als 200MM von 150MM, sollte in Betracht gezogen werden, wenn die Leiterplatte kann die mechanische Festigkeit zu widerstehen.

PCB-Design-Fähigkeiten

In der PCB-Layout-Design, um die Leiterplatte Einheit zu analysieren, auf der Grundlage der Ausgangsfunktion des Layout-Design, das Layout aller Komponenten der Schaltung, um mit den folgenden Grundsätzen entsprechen:
1.in Übereinstimmung mit dem Fluss der Schaltung, um die Lage der einzelnen funktionalen Schaltungseinheit zu arrangieren, so dass das Layout erleichtert den Fluss der Signale, und machen die Signale so weit wie möglich zu einer einheitlichen Richtung zu halten.
2. nehmen Sie die Kernkomponente jeder Funktionseinheit als Zentrum und Layout um ihn herum. Komponenten sollten einheitlich sein, integrale, kompakte Anordnung auf der Leiterplatte, minimieren und verkürzen die Führung und Verbindung zwischen den Komponenten.
3.Schaltungen, die bei hohen Frequenzen arbeiten, um die Verteilung Parameter zwischen den Komponenten zu berücksichtigen.Allgemeine Schaltungen sollten so weit wie möglich sein, so dass die Komponenten parallel angeordnet sind, die nicht nur schön, sondern auch leicht zu laden und zu schweißen, leicht zu Massenproduktion ist.

Wichtige Punkte für das PCB-Design

1. Signalintegrität (SI)
   Bei Hochgeschwindigkeitssignalen muss die Impedanzanpassung berücksichtigt werden, um Reflexionen und Nebensprechen zu vermeiden.
   Verwenden Sie differentielle Paare (z. B. USB, LVDS) und achten Sie auf gleiche Ausrichtungslängen. 2.
2. Leistungsintegrität (PI)
   Use decoupling capacitors (0.1μF near IC power pins).
   Multilayer-Leiterplatten können zur Rauschreduzierung Powerplanes verwenden.
3. Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
   Vermeiden Sie eine Ausrichtung in einem spitzen Winkel, um die Hochfrequenzstrahlung zu reduzieren.
   Halten Sie kritische Signalleitungen von Takt- und Hochfrequenzbereichen fern.
4. Thermisches Management
   Hochstrom-Komponenten (z.B. MOSFETs, LDOs), um den Kühlkörper bzw. die Wärmesenke zu vergrößern.
   Angemessene Anordnung der wärmeerzeugenden Komponenten zur Vermeidung örtlicher Überhitzung.
5. Herstellbarkeit (DFM)
   Die Linienbreite/der Abstand entspricht der Prozessfähigkeit des Leiterplattenherstellers (z. B. mindestens 6 mil Linienbreite).
   Vermeiden Sie zu kleine Durchkontaktierungen (z. B. unter 0,3 mm kann die Kosten erhöhen).

Zusammenfassend

PCB-Design ist ein wichtiger Bestandteil der Elektronik. Ein gutes Design kann die Schaltkreisstabilität verbessern, Rauschen reduzieren und die Produktionskosten optimieren. Die Beherrschung des grundlegenden Ablaufs, die Konzentration auf Signalintegrität, Energiemanagement und EMV sowie die Überprüfung mit Hilfe professioneller Tools können die Qualität des PCB-Designs erheblich verbessern.