Eine Kurzanleitung zum PCB-Layout für Anfänger

PCB, kurz für Printed Circuit Board, ist die grundlegende Plattform, um elektronische Komponenten zu tragen, um entsprechende Funktionen zu erreichen. Basierend auf dem Substratmaterial wird die PCB in Übereinstimmung mit den PCB-Designdateien hergestellt, wobei eine Verbindung zwischen Platinenschichten, Platine und Komponenten hergestellt wird. Die Hauptfunktion der Leiterplatte liegt in ihrer Relaisübertragungsrolle mit vollem Beitrag zur elektrischen Verbindung zwischen allen Teilen, die die Leiterplatte umgeben. Daher wird PCB normalerweise als das Herzstück von Elektronikprodukten angesehen.

Leiterplatten sollten streng nach PCB-Designdateien hergestellt werden, einschließlich Gerber-Dateien, NC-Bohrdateien, Schablonendesigndateien usw. All dies zusammen wird schließlich zu echten PCBs führen. Dieser Artikel bietet eine Kurzanleitung zum PCB-Layout für PCB-Design-Anfänger und behandelt wichtige Themen in Bezug auf PCB-Design und -Layout. Wir hoffen, dass dieser Artikel eine Art Bandage für Elektronik-Anfänger-Ingenieure sein wird.

Was ist PCB-Layout?

Das PCB-Layout umfasst hauptsächlich die Platzierung von Komponenten auf der Platine, das Routing, die Leiterbahnbreite, den Leiterbahnabstand usw. Da PCB-Platten in fast allen elektronischen Produkten verwendet werden, wurden PCBs in Bereichen wie Unterhaltungselektronik, Information, Telekommunikation, medizinische Versorgung oder sogar Luft- und Raumfahrt weit verbreitet . Das PCB-Layout spielt eine wesentliche Rolle bei der Beeinflussung der erwarteten Funktionen und Leistung.

Grundlagen des PCB-Layouts

Beim Zeichnen von Schaltplänen mit PCB-Design-Software ist es wichtig, Abkürzungen der Elektronik zu beherrschen, da die ersten drei Buchstaben normalerweise verwendet werden, um für einen Begriff zu stehen. Beispielsweise steht RES für Widerstand; CAP steht für Kondensator; IND steht für Induktor. Daher ist es von großer Notwendigkeit, einige elektronische Begriffe zu beherrschen:Spannung, Strom, Ohm, Volt, Ampere, Watt, Schaltung, Schaltungselement, Widerstand, Widerstand, Induktivität, Induktivität, Kapazität, Kondensator, Ohmsches Gesetz, Kirchhoffsches Gesetz, Kirchhoffsches Spannungsgesetz (KVL), Kirchhoffsches Stromgesetz (KCL), Schleife, Netzwerk, passiver Zweipol, aktiver Zweipol.

Unvermeidbare Probleme, die beim PCB-Layout zu berücksichtigen sind

• Mindestabstand

Ein PCB-Design sollte einen Rahmen aufweisen und der Mindestabstand zwischen Rahmenlinie und Bauteilstift sollte mindestens 2 mm betragen und es ist sinnvoll, ihn auf 5 mm einzustellen.

• Komponentenplatzierung

Wenn es sich um ein Schaltungssystem handelt, das digitale Schaltungen und analoge Schaltungen enthält, sollten sie grundsätzlich getrennt werden, um Systeme systematisch in Schaltungen zu koppeln, die zur selben Kategorie gehören. Außerdem sollten die Komponenten nach Signalflussrichtung, Funktionen und Modulen platziert werden.

Eingangssignalverarbeitungseinheit und Ausgangssignaltreiberkomponenten sollten in der Nähe der Platinenseite platziert werden, um Eingangs-/Ausgangssignalleitungen so kurz wie möglich zu machen und Eingangs-/Ausgangsinterferenzen zu reduzieren.

Bezüglich der Bestückungsrichtung können Bauteile nur vertikal oder horizontal platziert werden. Wenn zwischen den Komponenten eine relativ hohe Potentialdifferenz vorhanden ist, sollte der Abstand zwischen den Komponenten groß genug sein, um die Entladung zu stoppen.

Bei einer Leiterplatte mit mittlerer Dichte sollte der Abstand zwischen Komponenten mit geringer Leistung basierend auf dem Löten berücksichtigt werden. Wenn Wellenlöten gewählt wird, kann der Abstand zwischen Komponenten im Bereich von 50 mil bis 100 mil liegen.

Leistungs- und Masseleitungsdesign im PCB-Layout

Es ist keine schwierige Aufgabe für PCB-Designingenieure, die Ursache für die Rauscherzeugung zwischen Masseleitungen und Stromleitungen zu verstehen. Auch wenn das PCB-Layout exzellent ausgeführt ist, wird die Interferenz aufgrund unzureichender Berücksichtigung der Anordnung von Strom- und Masseleitungen immer noch die Produktleistung beeinträchtigen oder sogar zu einem Totalausfall führen. Daher ist es die Aufgabe des PCB-Layout-Ingenieurs, Rauschinterferenzen so weit wie möglich zu reduzieren, um die Produktqualität mit den folgenden Methoden zu gewährleisten:

a. Als Erdungsleitungen werden großflächige Kupferschichten verwendet und alle unbenutzten Teile sollten mit Masse verbunden werden, die als Erdungsleitungen verwendet werden können. Bei mehrschichtigen Leiterplatten sollten Strom- und Masseleitungen jeweils in verschiedenen Schichten angeordnet werden.

b. Zwischen Strom- und Masseleitungen sollte ein Entkopplungskondensator hinzugefügt werden.

c. Die Breite von Masseleitungen und Stromleitungen sollte so groß wie möglich eingestellt werden. Es ist am besten, Erdleitungen breiter als Stromleitungen zu machen. Die Breitenanordnung von Masseleitungen, Stromleitungen und Signalleitungen sollte sein:Masseleitungen> Stromleitungen> Signalleitungen.

d. Breite Masseleitungen sollten verwendet werden, um eine Schleife auf einer Leiterplatte mit digitaler Schaltung herzustellen.

Drei Tipps zur Reduzierung von EMI im PCB-Layout

Die EMV-Wartung (elektromagnetische Verträglichkeit) ist ein Muss im PCB-Layout. Die Implementierung von EMC zielt darauf ab, EMI (elektromagnetische Interferenz) so weit wie möglich zu reduzieren. Um EMI zu verringern, sollten die folgenden drei Elemente im Mittelpunkt stehen:elektromagnetische Störquelle, Kopplungspfad und Opfer.

Um EMV zu erreichen, sollten Maßnahmen von den oben genannten Elementen ausgehen. Zunächst sollten Störquelle, Kopplungspfad und empfindliche Geräte analysiert und wirksame Maßnahmen zusammengefasst und ergriffen werden, um die Störquelle zu stoppen, die Störkopplung zu beseitigen oder zu verringern, die Reaktion empfindlicher Geräte auf Störungen zu verringern oder den elektromagnetischen Empfindlichkeitspegel zu erhöhen.

Um durch Menschen verursachte Störungen einzuschränken und die Gültigkeit der angewandten technischen Maßnahmen zu belegen, sollten auch organisatorische Maßnahmen getroffen werden. Daher sollte eine Reihe vollständiger Vorschriften und Standards erstellt und befolgt werden, wobei das Spektrum angemessen verteilt ist. Darüber hinaus sollte die Nutzung des Spektrums kontrolliert und verwaltet werden und der Arbeitsmodus sollte nach Frequenz, Arbeitszeit und Antennenrichtung bestimmt werden. Die elektromagnetische Umgebung sollte analysiert und die Platzierung mit durchgeführter EMV-Verwaltung ausgewählt werden.

• Elektromagnetische Störquelle

EMI-Quelle bezieht sich auf jede Art (natürliche oder von einem elektrischen Gerät abgestrahlte) elektromagnetischer Energie, die Menschen oder Geräten in derselben Umgebung Schaden zufügt oder EMI-Schäden an anderen Geräten, Subsystemen oder dem gesamten System hervorruft, was zu einer Leistungsminderung führt oder Fehler.

• Kopplungspfad

Der Kopplungspfad bezieht sich auf den Zugang oder die Medien, die zum Übertragen von EMI verwendet werden.

• Opfer

Opfer bezieht sich auf Menschen oder Systeme, die durch EMI geschädigt wurden, einschließlich Komponenten, Ausrüstung, Subsystem oder Systeme, die unter Leistungsminderung oder -ausfall leiden.