PCB-ontwerpen – een uitgebreide gids voor basisontwerpstappen en -regels

Een ontwerpproces voor printplaten omvat tijdrovende stappen die maximaal moeten worden gevolgd. Het niet naleven van de instructies kost vaak PCB-ontwerpen in hun ontwerpprojecten.

Daarom hebben we regels, PCB-ontwerpstappen en verschillende gratis ontwerpsoftware uiteengezet die u kunt uitproberen voor betere duurzaamheid, prestaties en functionaliteit.

Wat is PCB-ontwerp?

Een printplaatontwerp is een proces waarbij lay-outsoftware wordt gebruikt om routering en plaatsing van componenten te combineren. De combinatie definieert verder elektrische connectiviteit op de printplaat, waardoor deze fysiek tot leven komt.

(ontwerpproces voor elektronische schakelingen) 

Regels voor PCB-ontwerpproces

Het volgen van de juiste ontwerpregels voor het bord beperkt vaak onnodige vertragingen en PCB-onderhoud en zorgt voor een high-speed PCB. Hoewel concentratie op het circuitontwerp en de selectie van componenten cruciaal is, kan het negeren van de regels uw project digitaal en fysiek kosten.

Dus, wat zijn enkele van de regels tijdens een ontwerp voor maakbaarheid?

PCB-ontwerpregels voor analoge circuits

Het lay-outproces omvat;

1. Zorgen voor een duidelijk retourpad van het analoge signaal en het vullen van de paden met korte en directe sporen van componenten. Belemmerde paden veroorzaken onnodige ruis omdat het terugkerende analoge signaal in de buurt van een grondvlak wandelt bij het lokaliseren van het directe en kortste pad naar de oorsprong.
2. Ten tweede, gebruik een analoog grondvlak om het te scheiden van een digitaal vlak, waardoor interferentie wordt vermeden.
3. Ten derde, behoud directe en korte signaallagen. Het voorkomt elektromagnetische interferentie in PCB-elementen vanwege impedantieverschillen die reflecties bij hogere frequenties veroorzaken.
4. Verdeel vervolgens de secties over analoge en digitale circuits om ruis te minimaliseren. Leid ook geen delen van analoge schakelingen naar snelle digitale componenten, omdat dit de invloed van ruis zal voorkomen.
5. Plaats ten slotte uw analoge component stevig om een ​​vereenvoudigde directe routering en gescheiden digitale en analoge circuits te bereiken.

SMD PCB-ontwerpregelcontrole

Gewoonlijk maakt het handhaven van een goede afstand tussen elektronische componenten en een paar sporennummers het eenvoudiger om de oppervlakteroute te sprinten.

(microchip met technologie voor oppervlaktemontage)

Regel over routeringsopties

Ten eerste beïnvloedt het opbouwcomponentenpakket van uw keuze de routeringsoptie. Bovendien kunnen de fanout-ruimte en de complexiteit van de route van invloed zijn op uw keuze. Daarom kunt u ofwel kiezen;

Enkelzijdige PCB-routing; Gebruikt in eenvoudige en beperkende circuits en moet voldoende ruimte hebben voor boorgaten, componenten, bordrand en sporen.

Dubbelzijdige PCB-routing; Hier biedt het gebruik van de boven- en ondervlakken een uitstekend gebied voor de componenten en routering.

Onderdeelselectieregel

Ken het juiste verpakkingstype voor SMD om te gebruiken in doorlopende componenten of SMD, aangezien dit de fabricage van de printplaat en de PCB-assemblage bepaalt.

2 lagen PCB-ontwerptips

Fabrikanten maken vaak 2-laagse printplaten met beperkte prestaties. Het wordt dus een uitdaging om BGA-pakketten zoals FPGA of high-end microprocessors op het ontwerpbord te routeren.

Gelukkig kun je de uitdaging corrigeren door de onderstaande tips te volgen;

1. Ten eerste:houd je niet altijd aan de standaardrichtlijnen. Het gebruik van kopervulling kan bijvoorbeeld een uitdaging zijn, in tegenstelling tot het routeren van stroom als de sporen. Bovendien kunt u drie condensatoren routeren met een lage lusinductantie (toevoegend aan 22uF) in plaats van drie verschillende condensatoren te gebruiken voor voedingspinnen (1uF, 10uF en 0,1uF).
2. Gebruik indien mogelijk slechts één retour voor elk digitaal signaal op alle connectoren om grondbotsing/schakelruis te voorkomen.

Circuit met uitleg over ground bounce

3. Plaats ook de enorme ontkoppelcondensatoren, zoals 22uF MLCC, dicht bij de IC-voedingspen. De condensator kan in een compacte behuizing zitten met een spanningssnelheid van ongeveer 2x de aanbevolen railtoepassing.
4. Ten vierde, maak een korte route op het onderste laag/koperen vlak, waarbij je soms retourriemen gebruikt voor kortheid. De procedure zorgt voor een laag onderhoud van de wederzijdse inductantie in het signaalretourpad (verbeterde signaalintegriteit).
5. Gebruik verder gespreide signaalsporen en aanpassing van componenten voor minder drukke routering.
6. Laat vervolgens grondretour- en routecomponenten op de tweede laag staan, terwijl de signaal- en stroompaden op de eerste laag blijven. Hier gebruik je een duurzaam grondvlak onder het ontwerpbord.
7. Gebruik ten slotte 13 mils geboorde diameter, 6 mils (met 1 A DC) breed signaalspoor en 20 mils (met 3 A DC) brede stroomsporen. De kleine functies zorgen voor een hoge routeringsdichtheid tegen lage kosten.

28 lagen PCB-ontwerpregels

De richtlijnen voor PCB-ontwerpen met 28 lagen zorgen ervoor dat u het risico op fouten minimaliseert, waardoor de kosten tijdens de fabricage van de printplaat worden verlaagd. Houd er ook rekening mee dat fabrikanten verschillende vereisten hebben. Daarom kan de regel voor een hoog vermogenbord ook variëren in termen van stroomisolatie, de grootte van de sporen en de afstand.

Regels voor bedrading van componenten

De elektrische eigenschappen zijn als volgt;

1. Zorg ervoor dat de signaallijn niet loopback lijkt en dat de grond- en voedingslijn radiaal zijn.
2. Ten tweede moet de opening 40 mil zijn, terwijl de pad 60 mil in dubbele in-line moet zijn.
3. Bovendien mag het doorlopende onderdeel niet minder dan 30 mil zijn.
4. Vervolgens moet de regelafstand groter zijn dan 10 mil, CPU-uitvoer en invoer> 8/10 mil, netsnoer> 18 mil (zeer breed) en signaallijn> 12 mil.
5. Trek ten slotte uw bedrading op een plaats waar het bedradingsgebied zich binnen 1 mm rond het montagegat en ≤1 mm van de rand van de printplaat bevindt.
6. 4-laags PCB-ontwerp

Een 4-laags PCB schematisch ontwerp heeft stroomsporen/signalen + vormen, referentie GND, gesplitste VOUT/VIN en stroom GND. Overspoel ongebruikte gebieden met een koperen laag van Vout, Vin en GND. Sluit vervolgens alle voedingspads aan op de bovenste laag.

Stapsgewijze PCB-ontwerphandleiding

Gebruik als PCB-ontwerper de montagemethode in de richtlijn om een ​​kwalitatief ontwerpdoel voor uw printplaat te bereiken.

• Begrijp altijd de elektrische parameters van uw kaartlay-outsysteem, zoals capaciteitsbeperkingen, geïntegreerde schakelingen, spanningen, enz. 
• Ten tweede, maak een schematisch diagram waarin u de PCB ontwerpt op het elektrische niveau van zijn functie/doel.
• Maak vervolgens een PCB-lay-out met de softwaretool voor schematische opname, zoals Altium designer. Het geeft weer waar de componenten en de werking van het bord in een bedoeld apparaat moeten worden geplaatst.
• Ontwerp daarna uw PCB-stack, aangezien deze de impedantie bepaalt (hoe snel/veel elektriciteit door een PCB-spoor gaat).
• Ten vijfde, definieer de vereisten en ontwerpregels door middel van de aanvaardbaarheidscriteria en normen van IPC. Bovendien kunt u een leverancier van printplaten vinden met kennis van de standaardregels om projectvertragingen en constante revisies te beperken.
• Plaats de componenten nu voorzichtig met behulp van een gegevensblad op elk van hen met behulp van gesmolten soldeer. Vervolgens kunt u doorgaan met de plaatsing via een mechanische lay-out en PCB-ontwerp.

(elektronische componenten)

• Plaats boorgaten afhankelijk van de aansluiting en componenten. De helft van de flexprintplaten heeft dubbele zijden, wat betekent dat ze aansluiten op het boorgat in de onderste laag.

(flex circuit)

• Routeer later de individuele sporen na het rijgen van de boorgaten en componenten zoals passieve componenten. Voeg vervolgens markeringen, labels en identificatiecodes toe aan de lay-out van het bord om te laten zien waar bepaalde componenten zich op het bord bevinden.
• Last but not least, genereer uw lay-out-/ontwerpbestanden wanneer het bordoverzicht klaar is. Nu bent u officieel klaar voor de assemblage, productie en fabricage van PCB's (van concept tot productie).

Beste gratis PCB-ontwerpsoftware

Dit gedeelte bevat een gecompileerde lijst van legitieme en gratis software/tools voor het ontwerpen van printplaten voor hobbyisten.

Ze zijn als volgt;

1. DipTrace; Het is ontwerpsoftware met een gebruiksvriendelijke functie die de functionaliteit niet in gevaar brengt. Bovendien is het ideaal voor alle leerniveaus en kan het werken in systemen zoals Linux, Mac en Windows.
2. EasyEDA; EasyEDA is niet alleen gratis, maar biedt ook een teammedewerker, projectbeheertool, bibliothekenontwerper, PCB-editor en een krachtige schematische opname. Het heeft ook onbeperkte functionaliteit (functioneert zowel offline als online) en kan werken op Linux-, Mac- en Windows-besturingssystemen.

EasyEDA

3. CircuitMaker; Hiermee kunt u ontwerpen zonder beperkingen op de PCB-afmetingen en tot 16 vlakke lagen + 16 signalen. Het kan verder helpen bij het controleren van ontwerpregels, native 3D-visualisatie en geavanceerde routering. Het werkt echter alleen op Windows.
4. Autodesk Eagle; De ontwerptool heeft een PCB-layouteditor voor het ontwerpen van PCB's en een schematische editor die schakelschema's ontwerpt. Behalve dat het beschikbaar is in Mac, Linux en Windows, heeft het functies zoals uitgebreide bibliotheekinhoud, PCB-routering, plaatsing van componenten, enz.
5. Osmond-printplaat; Het is de enige op MAC gebaseerde EDA-ontwerpsoftware en ondersteunt PCB-lay-outontwerp en schematische vastlegging. Verder kan het boards ontwerpen met maximaal 700 pins en heeft het meerdere boardlagen en onbeperkte boardformaten.
6. Fritzing; Het is een ideale PCB-ontwerptool voor verschillende educatieve bronnen omdat het eenvoudige circuits met de software ondersteunt om ontwerpen te vertalen naar PCB's, gesoldeerde stripboards of soldeerloze breadboards.
7. KiCad; KiCad is een populair open-source ontwerpprogramma dat is gekoppeld aan FreeCAD voor fysiek ontwerp, GitHub ondersteunt voor versiebeheer en integreert met circuitsimulatie (Ngspice). Ondanks dat het een ietwat ouderwetse bibliotheekstructuur heeft, heeft het een krachtige reeks functionaliteiten en functies voor experts en beginners.
8. Eenvoudig toepasbare grafische lay-outeditor (EAGLE); Het is een EDA-ontwerpprogramma dat ontwerpers uitgebreide bibliotheekinhoud, PCB-routing, componentplaatsing, enz. biedt. Bovendien kan het Sieb &Myer- en Excellon-boorbestanden opslaan, plus PostScript- en Gerber-lay-outbestanden.

Conclusie

Om samen te vatten, hebben we misschien enkele regels voor het ontwerp van PCB's geschetst en een lijst met softwaretools verstrekt. We hadden echter enkele ontwerpuitdagingen over het hoofd kunnen zien. Neem daarom vandaag nog contact met ons op als u hulp nodig heeft, en wij zullen u voor hulp in contact brengen met een technische expert van ons team.