PCB-Design meistern: Bewährte Tipps für Signalintegrität, EMI und Leiterbahnlayout

Schaltungsdesign kann in der praktischen Anwendung unglaublich anspruchsvoll sein. Oft machen PCB-Designer häufige Designfehler, die sie mit einfachen Tipps und Tricks verbessern können. In diesem Artikel lernen Sie, wie Sie Signalintegrität, EMI und mehr optimieren. Sie erhalten auch Einblicke in Leiterbahnbreiten, Via-Größen, Platzierungen und Abstände zwischen Leiterbahnen.

Design-Toolkits nutzen

Oft erkennen Menschen die Anwendungsfälle und Vorteile von Toolkits nicht und nutzen sie nicht für ihr PCB-Design. Das ist ein Fehler, da Sie kostenlose Toolkits online finden, die Berechnungen ermöglichen, um eine PCB-Schaltung zu perfektionieren. Am nützlichsten für Leiterimpedanzen, Crosstalk, Differentielle Paare etc.

Kopplungs- und Entkopplungskondensatoren

Kondensatoren können beim Aufbau einer PCB-Schaltung sehr nützlich sein. Sie fungieren als Timing-Elemente oder Filter. Nutzen Sie sie als Entkopplungskondensator, müssen Sie sie parallel zur Stromversorgung schalten.

Warum? Sie sollten nicht erwarten, dass eine Stromversorgung fehlerfrei ist. Der Output hat schwankende Eigenschaften. Hier hilft ein Entkopplungskondensator. Durch Einbindung in die Schaltung verhindern Sie, dass Schwankungen der Versorgung die digitalen Pins erreichen.

Pull-Up- und Pull-Down-Widerstände

In Digitalschaltungen ist die konventionelle Eingabe über Schalter oder Taster. Damit riskieren Sie, Eingangs-Pins in einen undefinierten (schwebenden) Zustand zu versetzen. Dann können die Eingänge eines Chips die Eingabelogik nicht erkennen – was zu unerwarteten Ergebnissen führt.

Um diesen häufigen Schwebezustand zu vermeiden, können Sie Widerstände spezifischer Werte nutzen, um Ihr PCB-Design zu verbessern. Pull-Up-Widerstände verbinden den Eingangspin mit VCC, damit er „LOGIC 1“ liest. Pull-Down-Widerstände verbinden den Eingang mit Masse (Ground), damit er „LOGIC 0“ liest.

Batterie-Entladezeit

Ihr Design muss mit Batterien kompatibel sein. Der wichtigste Tipp bei Batteriebetrieb: Berechnen Sie die Entladezeit der Batterie. Dieser Tipp hilft, weil ein Entladen über das optimale Niveau hinaus die Batterie dauerhaft beschädigen kann.

Als Faustregel: Ihre Batteriewahl sollte ca. 1,5-mal mehr Kapazität haben als der tatsächliche Verbrauch Ihrer Schaltung. Prüfen Sie jedoch das Datenblatt wegen Unwägbarkeiten in der Batteriechemie.

Benötigt Ihre Schaltung 1 Ampere für eine Stunde, ist ein Akku mit 1,5 Ah Kapazität die beste Wahl für optimale Leistung.

Leistungswerte (Wattage Ratings)

Die meisten vergessen die Leistungswerte und fokussieren sich auf den Widerstandswert. Der Leistungswert eines Widerstands bezieht sich auf die maximale Leistung, die ein Widerstand sicher als Wärme ableiten kann. Überschreitet die Dissipation im Widerstand den maximalen Leistungswert, wird der Widerstand wahrscheinlich durchbrennen.

Daher ist die Wahl eines Widerstands mit passendem Leistungswert zu Ihrem Schaltungswiderstand ein Tipp, der nicht nur Ihr Schaltungsdesign verbessert, sondern es auch vor dem „Rauchen“ bewahrt. Achten Sie genau auf die Leistungsableitung eines bestimmten Widerstands.

Fazit

Meist sind es die kleinen Änderungen im PCB-Design, die die größten Verbesserungen bewirken. Behalten Sie daher alle kleinen Messungen und Berechnungen im Blick, wenn Sie Ihre Schaltung für höchste Kapazität optimieren wollen.