‌how to design a pcb？

El diseño de placas de circuito impreso (PCB) es un aspecto fundamental de la ingeniería electrónica, que implica la conversión de esquemas de circuitos en diseños de placas de circuito impreso listos para la producción, lo que requiere una consideración exhaustiva de la disposición de los componentes, la integridad de la señal, la disipación térmica y la compatibilidad electromagnética.

El proceso básico del diseño de placas de circuito impreso

El diseño de PCB suele incluir los siguientes pasos principales:

1. Análisis y planificación de la demanda
   Los ingenieros planifican los módulos básicos del circuito y dibujan el esquema del producto en función de las condiciones del emplazamiento del circuito, los estudios de mercado o las necesidades de innovación del producto.
   Determine la función del circuito, el tipo de señal (alta velocidad, baja frecuencia, RF, etc.).
   Seleccione el número de capas de la placa de circuito impreso (placas simples, dobles o multicapa).
   Determine las dimensiones, los métodos de montaje y las limitaciones mecánicas.
2. Diseño esquemático
   Dibujar diagramas esquemáticos específicos basados en el diagrama marco del circuito del producto para materializar el sistema de circuitos.
   Utiliza herramientas EDA (Electronic Design Automation) (por ejemplo, Altium Designer, KiCad, Cadence, etc.) para dibujar el esquema del circuito.
   Asegúrese de que todos los componentes están correctamente simbolizados y conectados.
   Realice la ERC (Comprobación de Reglas Eléctricas) para evitar problemas como cortocircuitos, circuitos abiertos, etc.
3. Diseño de PCB
   Después de dibujar el esquema, es necesario transferir el paquete de componentes y la información de conexión de componentes al entorno de diseño de placas de circuito impreso. Después de transferir el paquete de componentes al entorno de diseño de placas de circuito impreso, debe colocar los componentes de acuerdo con la forma del chasis del producto, la estructura del panel, las especificaciones de EMC, los requisitos razonables para el diseño eléctrico y las características de la estructura apilada de diseño de placas de circuito impreso.
   Los componentes se colocan en la placa de circuito impreso según el diagrama esquemático, teniendo en cuenta factores como el flujo de señales, la disipación del calor y la compatibilidad electromagnética (CEM).
   Los componentes clave (como la MCU, el cristal o el módulo de alimentación) se diseñan por orden de prioridad para acortar la ruta de las señales críticas.
   Disposición de las particiones: las partes analógica, digital y de alimentación están separadas para reducir las interferencias.
4. Cableado PCB
   Una vez dispuestos los componentes, las líneas prediseñadas generadas según la tabla de redes en el diseño de la placa de circuito impreso se rellenan con líneas sólidas, y la racionalidad del cableado de la placa de circuito impreso afectará directamente a la calidad de la placa de circuito impreso.
   Cableado de alimentación: ampliar la línea de alimentación, reducir la impedancia, evitar la caída de tensión.
   Líneas de señal: las señales de alta velocidad (como USB, HDMI) necesitan controlar la impedancia, para evitar una alineación demasiado larga.
   Tratamiento de la tierra: uso de tomas de tierra en estrella o tendido de cobre para reducir el ruido.
5. DRC (Comprobación de las normas de diseño)
   Compruebe si la anchura del cable, la separación y los orificios de cruce cumplen los requisitos de fabricación.
   Confirme que no hay cortocircuitos, circuitos rotos, redes desconectadas, etc.
6. Archivos de producción de salida
   Generar archivo Gerber (para fabricación de PCB).
   Proporcione el archivo de perforación (NC Drill) y la lista de materiales (Bill of Materials).

Normas de diseño de PCB

1. en general, todos los componentes deben estar dispuestos en la misma superficie de la placa de circuito, sólo la capa superior de componentes es demasiado densa, con el fin de ser un número de dispositivos de calor muy limitados y pequeños, tales como resistencias de chip, condensadores de chip, circuitos integrados de chip y así sucesivamente en la capa inferior.
2. bajo la premisa de garantizar el rendimiento eléctrico, los componentes deben colocarse en la rejilla y paralelos o perpendiculares entre sí, con el fin de ordenado, hermoso, en general, no permite que los componentes se superponen; componentes para ser dispuestos en un compacto, componentes en todo el diseño debe ser uniformemente distribuido, denso y coherente.
3. la distancia mínima entre los gráficos de las almohadillas adyacentes de los diferentes componentes de la placa de circuito debe ser superior a 1MM.
4. desde el borde de la placa de circuito es generalmente no menos de 2MM. la mejor forma de la placa de circuito para el rectangular, la relación de longitud a anchura de 3:2 o 4:3. superficie de la placa de circuito metraje es superior a 200MM por 150MM, se debe considerar cuando la placa de circuito puede soportar la resistencia mecánica.

Conocimientos de diseño de PCB

En el diseño de la disposición de PCB para analizar la unidad de placa de circuito, basado en la función de partida del diseño de la disposición, la disposición de todos los componentes del circuito, para cumplir con los siguientes principios:
1.de acuerdo con el flujo del circuito para organizar la ubicación de cada unidad de circuito funcional, de modo que el diseño facilita el flujo de señales, y hacer que las señales en la medida de lo posible para mantener una dirección coherente.
2.Tomar el componente central de cada unidad funcional como centro y disponerlo a su alrededor. Los componentes deben ser uniformes, integrales, disposición compacta en el PCB, minimizar y acortar el plomo y la conexión entre los componentes.
3.circuitos que operan a altas frecuencias, para considerar los parámetros de distribución entre los componentes.Circuitos generales deben ser lo más lejos posible para que los componentes están dispuestos en paralelo, que no sólo es hermoso, pero también fácil de cargar y soldar, fácil de producción en masa.

Puntos clave para el diseño de placas de circuito impreso

1. Integridad de la señal (SI)
   Las señales de alta velocidad deben tener en cuenta la adaptación de impedancias para evitar reflexiones y diafonías.
   Utilice pares diferenciales (por ejemplo, USB, LVDS) y mantenga longitudes de alineación iguales. 2.
2. Integridad energética (PI)
   Use decoupling capacitors (0.1μF near IC power pins).
   Las placas multicapa pueden utilizar planos de potencia para reducir el ruido.
3. Compatibilidad electromagnética (CEM)
   Evite la alineación en ángulo agudo para reducir la radiación de alta frecuencia.
   Mantenga las líneas de señal críticas alejadas de las zonas de reloj y alta frecuencia.
4. Gestión térmica
   Componentes de alta corriente (como MOSFETs, LDOs) para aumentar el disipador de calor o disipador de calor.
   Disposición razonable de los componentes generadores de calor para evitar sobrecalentamientos localizados.
5. Fabricabilidad (DFM)
   La anchura/espaciado de línea se ajusta a la capacidad de proceso del fabricante de PCB (por ejemplo, anchura de línea mínima de 6 mil).
   Evite las vías demasiado pequeñas (por ejemplo, por debajo de 0,3 mm puede aumentar el coste).

Resuma

Diseño de PCB es una parte importante de la ingeniería electrónica. Un buen diseño puede mejorar la estabilidad de los circuitos, reducir el ruido y optimizar los costes de producción. Dominar el flujo básico, centrarse en la integridad de la señal, la gestión de la alimentación y la CEM, y verificar con ayuda de herramientas profesionales puede mejorar notablemente la calidad del diseño de placas de circuito impreso.