PCB-Designs – Ein umfassender Leitfaden zu grundlegenden Designschritten und -regeln

Ein Leiterplattendesignprozess umfasst zeitaufwändige Schritte, die maximal folgen sollten. Die Nichteinhaltung der Anweisungen kostet in ihren Designprojekten häufig PCB-Designs.

Daher haben wir Regeln, PCB-Designschritte und mehrere kostenlose Designsoftware skizziert, die Sie für eine bessere Haltbarkeit, Leistung und Funktionalität ausprobieren können.

Was ist PCB-Design?

Ein Leiterplattendesign ist ein Prozess, bei dem Layoutsoftware verwendet wird, um Routing und Komponentenplatzierung zu kombinieren. Die Kombination definiert die elektrische Konnektivität auf der Leiterplatte weiter und erweckt sie dadurch physisch zum Leben.

(Entwicklungsprozess für elektronische Schaltungen) 

Regeln für den PCB-Designprozess

Die Befolgung der richtigen Regeln für das Leiterplattendesign begrenzt oft unnötige Verzögerungen und die Wartung der Leiterplatte und gewährleistet eine Hochgeschwindigkeits-Leiterplatte. Während die Konzentration auf das Schaltungsdesign und die Komponentenauswahl von entscheidender Bedeutung ist, kann das Ignorieren der Regeln Ihr Projekt digital und physisch kosten.

Was sind also einige der Regeln während eines Designs für die Herstellbarkeit?

PCB-Designregeln für analoge Schaltungen

Der Layoutprozess umfasst;

1. Sicherstellen eines klaren Rückwegs des analogen Signals und Füllen der Wege mit kurzen und direkten Spuren von Komponenten. Versperrte Pfade verursachen unnötiges Rauschen, da das zurückkehrende analoge Signal in der Nähe einer Masseebene wandert, wenn der direkte und kürzeste Pfad zum Ursprung lokalisiert wird.
2. Verwenden Sie zweitens eine analoge Masseebene, um sie von einer digitalen Ebene zu trennen und so Interferenzen zu vermeiden.
3. Drittens sollten Sie direkte und kurze Signalschichten beibehalten. Es verhindert elektromagnetische Interferenzen in Leiterplattenelementen aufgrund von Impedanzabweichungen, die Reflexionen bei höheren Frequenzen verursachen.
4. Dann getrennte Abschnitte über analoge und digitale Schaltungen, um Rauschen zu minimieren. Leiten Sie auch keine Unterteilungen von analogen Schaltungen zu digitalen Hochgeschwindigkeitskomponenten, da dies den Einfluss von Rauschen verhindert.
5. Platzieren Sie schließlich Ihre analoge Komponente fest, um ein vereinfachtes direktes Routing und separate digitale und analoge Schaltungen zu erreichen.

Überprüfung der SMD-PCB-Designregeln

Normalerweise macht es die Aufrechterhaltung eines guten Abstands zwischen elektronischen Komponenten und ein paar Spurennummern einfacher, die Oberflächenroute zu sprinten.

(Mikrochip mit Surface-Mount-Technologie)

Regel für Weiterleitungsoptionen

Erstens beeinflusst das oberflächenmontierte Komponentenpaket Ihrer Wahl die Routing-Option. Darüber hinaus können der Fanout-Platz und die Komplexität der Route Ihre Wahl beeinflussen. Daher können Sie entweder wählen;

Einseitiges PCB-Routing; Wird in einfachen und restriktiven Schaltungen verwendet und sollte genügend Freiraum für Bohrlöcher, Komponenten, Platinenkanten und Leiterbahnen haben.

Beidseitiges PCB-Routing; Hier bietet die Verwendung der Ober- und Unterseite einen hervorragenden Bereich für die Komponenten und das Routing.

Komponentenauswahlregel

Kennen Sie den richtigen Verpackungstyp für SMD zur Verwendung in Durchgangslochkomponenten oder SMD, da er die Leiterplattenherstellung und Leiterplattenbestückung bestimmt.

Tipps zum PCB-Design mit 2 Schichten

Hersteller erstellen häufig 2-Lagen-Leiterplatten-Designplatinen mit begrenzter Leistung. Daher wird es schwierig, BGA-Gehäuse wie FPGA oder High-End-Mikroprozessoren auf dem Designboard zu routen.

Glücklicherweise können Sie die Herausforderung korrigieren, indem Sie die folgenden Tipps befolgen;

1. Halten Sie sich erstens nicht immer an die Standardrichtlinien. Beispielsweise kann die Verwendung von Kupferfüllung eine Herausforderung darstellen, im Gegensatz zum Leiten der Leistung als Leiterbahnen. Darüber hinaus können Sie drei Kondensatoren mit einer niedrigen Schleifeninduktivität (zusätzlich zu 22 uF) routen, anstatt drei verschiedene Kondensatoren für Stromanschlüsse (1 uF, 10 uF und 0,1 uF) zu verwenden.
2. Verwenden Sie nach Möglichkeit nur einen Return für jedes digitale Signal an allen Anschlüssen, um Masseprellen/Schaltrauschen zu vermeiden.

Schaltung zur Erklärung des Ground Bounce

3. Platzieren Sie auch die riesigen Entkopplungskondensatoren, wie z. B. 22 uF MLCC, in der Nähe des IC-Stromanschlusses. Der Kondensator kann in einem kompakten Gehäuse mit einer Spannungsrate von etwa dem Zweifachen der empfohlenen Schienenanwendung untergebracht werden.
4. Viertens:Erstellen Sie eine kurze Route auf der unteren Schicht/Kupferebene, wobei Sie manchmal Rücklaufbänder verwenden, um die Kürze zu erreichen. Das Verfahren gewährleistet eine geringe Wartung der Gegeninduktivität im Signalrückweg (erhöhte Signalintegrität).
5. Verwenden Sie außerdem beabstandete Signalspuren und Komponentenanpassungen für weniger überfülltes Routing.
6. Nutzen Sie dann Erdungsrückführungs- und Routenkomponenten auf der zweiten Schicht, während die Signal- und Leistungspfade auf der ersten Schicht bleiben. Hier verwenden Sie eine haltbare Grundplatte unter der Designplatte.
7. Verwenden Sie schließlich einen gebohrten Durchmesser von 13 mils, eine 6 mils (mit 1 A DC) breite Signalspur und 20 mils (mit 3 A DC) breite Leistungsspuren. Die winzigen Features erreichen eine hohe Routing-Dichte bei geringen Kosten.

28-lagige PCB-Designregeln

Die Richtlinien für 28-lagige PCB-Designs stellen sicher, dass Sie das Fehlerrisiko minimieren und die Kosten während der Platinenherstellung reduzieren. Beachten Sie auch, dass die Hersteller unterschiedliche Anforderungen haben. Daher kann die High-Power-Board-Regel auch in Bezug auf Leistungsisolierung, Leiterbahngröße und Abstand variieren.

Regeln für die Verkabelung von Komponenten

Die elektrischen Eigenschaften sind wie folgt:

1. Stellen Sie sicher, dass die Signalleitung nicht rückgeschleift erscheint und die Erdungs- und Stromleitung radial sind.
2. Zweitens sollte die Blende 40 mil betragen, während das Pad 60 mil in Double-Inline sein sollte.
3. Außerdem sollte die Durchgangslochkomponente nicht weniger als 30 mil betragen.
4. Als nächstes sollte der Zeilenabstand größer als 10 mil, CPU-Ausgang und -Eingang> 8/10 mil, Netzkabel> 18 mil (sehr breit) und Signalleitung> 12 mil sein.
5. Ziehen Sie zum Schluss Ihre Verdrahtung dort, wo sich der Verdrahtungsbereich innerhalb von 1 mm um das Montageloch und ≤ 1 mm von der Leiterplattenkante befindet.
6. 4-Schicht-PCB-Design

Ein 4-Lagen-PCB-Schaltplandesign hat Leistungsspuren/Signale + Formen, Referenz-GND, geteilte VOUT/VIN und Leistungs-GND. Fluten Sie ungenutzte Bereiche mit einer Kupferschicht aus Vout, Vin und GND. Verbinden Sie dann alle Stromversorgungspads mit der obersten Schicht.

Schritt-für-Schritt-Leitfaden für das PCB-Design

Verwenden Sie als PCB-Designer die Montagemethode in der Richtlinie, um ein qualitativ hochwertiges Designziel für Ihre PCB-Platine zu erreichen.

• Verstehen Sie immer die elektrischen Parameter Ihres Platinenlayoutsystems, z. B. Kapazitätsbeschränkungen, integrierte Schaltkreise, Spannungen usw. 
• Erstellen Sie zweitens ein schematisches Diagramm, in dem Sie die Leiterplatte auf der elektrischen Ebene ihrer Funktion/ihres Zwecks entwerfen.
• Erstellen Sie als Nächstes ein PCB-Layout mit dem Schaltplanerfassungs-Softwaretool wie Altium Designer. Es zeigt an, wo die Komponenten und der Betrieb der Platine in einem vorgesehenen Gerät platziert werden sollen.
• Entwerfen Sie anschließend Ihren PCB-Stapel, da er die Impedanz bestimmt (wie schnell/wie viel Strom eine PCB-Leiterbahn hinunterfließt).
• Fünftens definieren Sie die Anforderungen und Designregeln durch die Akzeptanzkriterien und Standards von IPC. Darüber hinaus können Sie einen Leiterplattenanbieter finden, der die Standardregeln kennt, um Projektverzögerungen und ständige Überarbeitungen zu begrenzen.
• Platzieren Sie nun vorsichtig die Komponenten unter Verwendung eines Datenblatts auf jeder von ihnen mit geschmolzenem Lot. Dann können Sie mit der Platzierung über ein mechanisches Layout und ein PCB-Design fortfahren.

(elektronische Bauteile)

• Bohrungen je nach Anschluss und Bauteilen einfügen. Die Hälfte der Flex-Leiterplatten hat Doppelseiten, d. h. sie schließen an das Bohrloch auf der untersten Ebene an.

(Flexschaltung)

• Verlegen Sie später die einzelnen Leiterbahnen, nachdem Sie die Bohrlöcher und Komponenten wie passive Komponenten verbunden haben. Fügen Sie dann Markierungen, Etiketten und Identifikatoren in das Platinenlayout ein, um zu zeigen, wo sich bestimmte Komponenten auf der Platine befinden.
• Zu guter Letzt generieren Sie Ihre Layout-/Designdateien, wenn der Board-Umriss fertig ist. Jetzt sind Sie offiziell bereit für die Bestückung, Fertigung und Fertigung von Leiterplatten (vom Konzept bis zur Produktion).

Beste kostenlose PCB-Design-Software

Dieser Abschnitt enthält eine zusammengestellte Liste legitimer und kostenloser Leiterplattendesign-Software/Tools für Bastler.

Sie lauten wie folgt:

1. DipTrace; Es ist eine Designsoftware mit einer benutzerfreundlichen Funktion, die ihre Funktionalität nicht beeinträchtigt. Darüber hinaus ist es ideal für alle Lernstufen und kann in Systemen wie Linux, Mac und Windows betrieben werden.
2. EasyEDA; EasyEDA ist nicht nur kostenlos, sondern bietet auch einen Teammitarbeiter, ein Projektmanagement-Tool, einen Bibliotheksdesigner, einen PCB-Editor und eine leistungsstarke Schaltplanerfassung. Außerdem verfügt es über uneingeschränkte Funktionalität (funktioniert sowohl offline als auch online) und kann auf Linux-, Mac- und Windows-Betriebssystemen ausgeführt werden.

EasyEDA

3. CircuitMaker; Es ermöglicht Ihnen ein Design ohne Einschränkungen bei den PCB-Abmessungen und bis zu 16 Ebenenebenen + 16 Signalen. Es kann außerdem bei der Überprüfung von Designregeln, der nativen 3D-Visualisierung und dem erweiterten Routing helfen. Allerdings funktioniert es nur unter Windows.
4. Autodesk Eagle; Das Designtool verfügt über einen PCB-Layout-Editor zum Entwerfen von Leiterplatten und einen Schaltplaneditor zum Entwerfen von Schaltplänen. Abgesehen davon, dass es für Mac, Linux und Windows verfügbar ist, verfügt es über Funktionen wie umfassende Bibliotheksinhalte, PCB-Routing, Komponentenplatzierung usw.
5. Osmond PCB; Es ist die einzige MAC-basierte EDA-Designsoftware und unterstützt PCB-Layoutdesign und Schaltplanerfassung. Darüber hinaus kann es Platinen mit bis zu 700 Pins entwerfen und verfügt über mehrere Platinenschichten und unbegrenzte Platinengrößen.
6. Fritzing; Es ist ein ideales PCB-Design-Tool für verschiedene Bildungsressourcen, da es einfache Schaltungen mit der Software unterstützt, um Designs auf PCBs, gelötete Stripboards oder lötfreie Steckplatinen zu übertragen.
7. KiCad; KiCad ist ein beliebtes Open-Source-Designprogramm, das mit FreeCAD für das physische Design verknüpft ist, GitHub für die Versionskontrolle unterstützt und sich in die Schaltungssimulation (Ngspice) integriert. Trotz einer etwas altmodischen Bibliotheksstruktur verfügt es über eine leistungsstarke Suite von Funktionen und Features für Experten und Anfänger.
8. Einfach anwendbarer grafischer Layout-Editor (EAGLE); Es ist ein EDA-Designprogramm, das Designern umfassende Bibliotheksinhalte, PCB-Routing, Komponentenplatzierung usw. bietet. Außerdem kann es Sieb &Myer- und Excellon-Bohrdateien sowie PostScript- und Gerber-Layoutdateien speichern.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend haben wir möglicherweise einige Regeln für das PCB-Design skizziert und eine Liste von Softwaretools bereitgestellt. Allerdings hätten wir einige Designherausforderungen übersehen können. Wenn Sie also Hilfe benötigen, kontaktieren Sie uns noch heute, und wir werden Sie mit einem Engineering-Experten aus unserem Team verbinden, um Unterstützung zu erhalten.