‌how to design a pcb？

O projeto de PCB é um aspecto essencial da engenharia eletrônica, que envolve a conversão de esquemas de circuitos em layouts reais de placas de circuito impresso prontas para produção, exigindo uma consideração abrangente do layout dos componentes, da integridade do sinal, da dissipação de calor e da compatibilidade eletromagnética.

O processo básico de projeto de PCB

O projeto de PCB geralmente inclui as seguintes etapas principais:

1. Análise e planejamento da demanda
   Os engenheiros planejam os módulos básicos do circuito e desenham o diagrama do circuito do produto de acordo com as condições do local do circuito, a pesquisa de mercado ou as necessidades de inovação do produto.
   Determine a função do circuito, o tipo de sinal (alta velocidade, baixa frequência, RF, etc.).
   Selecione o número de camadas de PCB (placas simples, duplas ou multicamadas).
   Determine as dimensões, os métodos de montagem e as restrições mecânicas.
2. Projeto esquemático
   Desenhe diagramas esquemáticos específicos com base no diagrama de estrutura do circuito do produto para materializar o sistema de circuitos.
   Use ferramentas de EDA (Electronic Design Automation) (por exemplo, Altium Designer, KiCad, Cadence, etc.) para desenhar o esquema do circuito.
   Certifique-se de que todos os componentes estejam corretamente simbolizados e conectados.
   Execute o ERC (Electrical Rule Check) para evitar problemas como curtos-circuitos, circuitos abertos, etc.
3. Layout da placa de circuito impresso
   Depois de desenhar o esquema, você precisa transferir o pacote de componentes e as informações de conexão dos componentes para o ambiente de design da placa de circuito impresso. Depois que o pacote de componentes for transferido para o ambiente de design da placa de circuito impresso, você precisará dispor os componentes de acordo com o formato do chassi do produto, a estrutura do painel, as especificações de EMC, os requisitos razoáveis para o layout elétrico e as características da estrutura empilhada do design da placa de circuito impresso.
   Os componentes são colocados na placa de circuito impresso de acordo com o diagrama esquemático, levando em conta fatores como fluxo de sinal, dissipação de calor e compatibilidade eletromagnética (EMC).
   Os principais componentes (por exemplo, MCU, cristal, módulo de alimentação) são priorizados no layout para encurtar o caminho do sinal crítico.
   Layout de partição: as partes analógicas, digitais e da fonte de alimentação são separadas para reduzir a interferência.
4. Fiação da placa de circuito impresso
   Depois que os componentes são organizados, as linhas pré-desenhadas geradas de acordo com a tabela de rede no projeto da placa de circuito impresso são preenchidas com linhas sólidas, e a racionalidade da fiação da placa de circuito afetará diretamente a qualidade da placa de circuito.
   Fiação de energia: amplie a linha de energia, reduza a impedância e evite a queda de tensão.
   Linhas de sinal: sinais de alta velocidade (como USB, HDMI) precisam controlar a impedância para evitar um alinhamento muito longo.
   Processamento de aterramento: usando aterramento em estrela ou colocando cobre para reduzir o ruído.
5. DRC (verificação de regras de projeto)
   Verifique se a largura do fio, o espaçamento e os furos de cruzamento atendem aos requisitos de fabricação.
   Confirme se não há curtos-circuitos, circuitos interrompidos, redes desconectadas, etc.
6. Arquivos de produção de saída
   Gerar arquivo Gerber (para fabricação de PCB).
   Fornecer arquivo de perfuração (NC Drill) e BOM (Bill of Materials).

Regras de projeto de PCB

1. em geral, todos os componentes devem ser dispostos na mesma superfície da placa de circuito, apenas a camada superior de componentes é muito densa, para que haja uma série de dispositivos térmicos pequenos e altamente limitados, como resistores de chip, capacitores de chip, CIs de chip e assim por diante na camada inferior.
2. sob a premissa de garantir o desempenho elétrico, os componentes devem ser colocados na grade e paralelos ou perpendiculares uns aos outros, de modo a ficarem limpos, bonitos e, em geral, não permitir que os componentes se sobreponham; os componentes devem ser organizados de forma compacta, e todo o layout deve ser distribuído uniformemente, denso e consistente.
3. A distância mínima entre os gráficos de blocos adjacentes de diferentes componentes na placa de circuito deve ser superior a 1MM.
4. a partir da borda da placa de circuito geralmente não é inferior a 2MM. a melhor forma da placa de circuito para o retangular, a relação comprimento/largura de 3:2 ou 4:3. a filmagem da superfície da placa de circuito é superior a 200MM por 150MM, deve ser considerada quando a placa de circuito pode suportar a resistência mecânica.

Habilidades de projeto de PCB

No projeto de layout da placa de circuito impresso para analisar a unidade da placa de circuito, com base na função inicial do projeto de layout, o layout de todos os componentes do circuito deve obedecer aos seguintes princípios:
1. de acordo com o fluxo do circuito para organizar a localização de cada unidade de circuito funcional, de modo que o layout facilite o fluxo de sinais e faça com que os sinais mantenham uma direção consistente, tanto quanto possível.
2) Tome o componente principal de cada unidade funcional como o centro e faça o layout em torno dele. Os componentes devem ter uma disposição uniforme, integral e compacta na placa de circuito impresso, minimizando e encurtando o cabo e a conexão entre os componentes.
3. circuitos que operam em altas frequências, para considerar os parâmetros de distribuição entre os componentes.Os circuitos gerais devem ser, na medida do possível, dispostos em paralelo, o que não é apenas bonito, mas também fácil de carregar e soldar, facilitando a produção em massa.

Pontos-chave para o projeto de PCB

1. Integridade do sinal (SI)
   Os sinais de alta velocidade precisam considerar a correspondência de impedância para evitar reflexos e diafonia.
   Use pares diferenciais (por exemplo, USB, LVDS) e mantenha comprimentos de alinhamento iguais. 2.
2. Integridade de energia (PI)
   Use decoupling capacitors (0.1μF near IC power pins).
   As placas multicamadas podem usar planos de energia para reduzir o ruído.
3. Compatibilidade eletromagnética (EMC)
   Evite o alinhamento em ângulos agudos para reduzir a radiação de alta frequência.
   Mantenha as linhas de sinal críticas longe do relógio e das áreas de alta frequência.
4. Gerenciamento térmico
   Componentes de alta corrente (como MOSFETs, LDOs) para aumentar o dissipador de calor ou o dissipador de calor.
   Layout razoável dos componentes geradores de calor para evitar superaquecimento localizado.
5. Manufaturabilidade (DFM)
   A largura/espaçamento da linha atende à capacidade de processo do fabricante de PCBs (por exemplo, largura mínima da linha de 6 mil).
   Evite vias muito pequenas (por exemplo, abaixo de 0,3 mm pode aumentar o custo).

Resumir

Projeto de PCB é uma parte importante da engenharia eletrônica. Um bom projeto pode melhorar a estabilidade do circuito, reduzir o ruído e otimizar os custos de produção. O domínio do fluxo básico, com foco na integridade do sinal, gerenciamento de energia e EMC, e a verificação com a ajuda de ferramentas profissionais podem melhorar significativamente a qualidade do projeto de PCB.