Die häufigsten Probleme beim PCB-Design und ihre Analyse

PCB (Printed Circuit Board) ist ein ziemlicher Kern elektronischer Produkte, der in fast allen Geräten verschiedener Bereiche eingesetzt wird, von klein bis groß, von Computern, Telekommunikation bis hin zu militärischer Hardware. Einfach gesagt spielt PCB eine bedeutende Rolle bei der Implementierung von Funktionen elektronischer Produkte.

Dennoch ist es nie einfach, eine Leiterplatte zu entwerfen, und es müssen viele Assoziationen zwischen Schichten, Komponenten oder Schaltkreisen richtig behandelt werden. Ein schlecht durchdachtes Design wird möglicherweise Fehler oder sogar Katastrophen hervorrufen, wenn es in einem elektronischen System arbeitet. Trotz der Schwierigkeit des PCB-Designs an sich können einige Probleme, die häufig auftreten, zusammengefasst werden, damit alle PCB-Designer sie im Voraus erkennen und lernen können, damit vor der PCB-Fertigungsphase umzugehen.

HINWEIS:Dieser Artikel behandelt PCB-Designprobleme und -Lösungen basierend auf der Beteiligung der Altium Designer-Software.

Probleme beim PCB-Design im Schaltplan

Problem Nr. 1:Laut ERC-Bericht gibt es kein Zugriffssignal auf Pins.
Analyse:
a. I/O sollte beim Erstellen des Pakets auf Pins definiert werden;
b. Beim Erstellen oder Platzieren von Komponenten kann das Attribut der Nichtkonformität so modifiziert werden, dass Stifte und Linien locker bleiben;
c. Beim Einrichten von Komponenten leidet der Stift unter der umgekehrten Richtung.

Problem Nr. 2:Komponenten sind jenseits des Papiers.
Analyse:Dateien werden nicht in der Mitte des Papiers der Komponentenbibliothek erstellt.

Problem Nr. 3:Die erstellte Netzliste der Engineering-Datei kann nur teilweise auf PCB zugreifen.
Analyse:Das Element „global“ wird beim Generieren der Netzliste nicht erfasst.

Problem Nr. 4:Komponenten können nicht gedreht werden.
Analyse:Eingabemethode sollte umgeschaltet werden.

Probleme beim PCB-Design auf PCB

Problem Nr. 1:Beim Laden des Netzwerks tritt der Bericht NODE nicht auf.
Analyse:
a. Die Komponenten im Schaltplan nutzen möglicherweise das Paket, das in der Komponentenbibliothek nicht verfügbar ist;
b. Die Komponenten in Schaltplänen verwenden Pakete, die nicht mit denen kompatibel sind, die in der Komponentenbibliothek verwendet werden;

Problem Nr. 2:Das DRC-Berichtsnetzwerk ist in mehrere Abschnitte unterteilt.
Analyse:Dieses Problem zeigt, dass dieses Netzwerk nicht verbunden ist und CONNECTED COPPER verwendet werden kann, um die Datei zu durchsuchen.

Problem Nr. 3:Im laufenden Betrieb sollte so wenig wie möglich Bluescreen verwendet werden.
Analyse:Dateien können viele Male exportiert werden, um eine neue DDR-Datei zu erstellen und so die Dateigröße zu reduzieren. Automatisches Routing wird beim Design komplexer PCB nicht empfohlen.

Das Routing ist ein ziemlich wichtiger Schritt im PCB-Design und alle Schritte davor sind alle seine Vorbereitungen. Wenn es um das PCB-Design geht, stellt das Routing die höchsten Anforderungen. PCB-Routing kann in einseitiges Routing, doppelseitiges Routing und mehrseitiges Routing eingeteilt werden. Es stehen zwei Routing-Methoden zur Verfügung:automatisches Routing und interaktives Routing. Vor dem automatischen Routing kann interaktives Routing für relativ komplexe Systeme im Voraus verwendet werden. Die Seitenlinien an Ein- und Ausgangsanschlüssen sollten parallel zueinander verlaufen, damit keine HF-Störungen erzeugt werden können. Erdungsleitungen sollten bei Bedarf hinzugefügt werden und die Verlegung auf zwei benachbarten Ebenen sollte senkrecht zueinander verlaufen. Parallele Leitungen neigen dazu, eine parasitäre Kopplung zu erzeugen. Die Routing-Rate des automatischen Routings hängt von einem gut durchdachten Layout ab, und Routing-Regeln können im Voraus festgelegt werden. Generell kann zunächst ein anfragebasiertes Routing durchgeführt werden und der Routing-Pfad sollte insgesamt optimiert werden. Verlegte Leitungen werden dann gesperrt und umgeleitet, um die Gesamtwirkung zu verbessern. Was das Design für Leiterplatten mit hoher Bauteildichte betrifft, können Durchgangslöcher allein kaum zählen, da viele Routing-Kanäle verschwendet werden. Daher wurde die Blind- und Buried-Via-Technologie entwickelt. Sie funktionieren nicht nur wie Durchgangslöcher, sondern sparen auch viele Routing-Kanäle ein. Dadurch kann das Routing einfacher, reibungsloser und besser werden.

PCB-Designprobleme bei Störungen und ihre Lösungen

Beim Debuggen und Anwenden treten bei elektronischen Geräten immer Störungen auf, die auf eine Vielzahl von Ursachen zurückzuführen sind. Unter allen Ursachen bringen irrationales Routing und falsche Platzierung von Komponenten die meisten Interferenzen hervor, abgesehen von Interferenzen, die aus der Umgebung resultieren. Störungen führen möglicherweise dazu, dass elektrische Geräte nicht mehr normal funktionieren oder sogar ausfallen. Daher sollten mögliche Interferenzen in der PCB-Designphase eingeschränkt werden.

Problem Nr. 1:Erzeugung und Kontrolle von Erdleitungsinterferenzen.

Analyse und Lösungen:

Wenn die Masseleitungen Nullpotential anzeigen, sollte die relative Potentialdifferenz jedes Erdungspunkts in der gesamten Schaltung ebenfalls Null sein. Es ist jedoch fast unmöglich sicherzustellen, dass die Potentialdifferenz absolut Null ist, und eine winzige Potentialdifferenz führt möglicherweise zu Interferenzsignalen, die den normalen Betrieb der gesamten Schaltung beeinträchtigen, nachdem sie durch die Verstärkerschaltung verstärkt wurden.

Um Interferenzen einzudämmen, können die folgenden Methoden verwendet werden:a. korrekte Erdungsrichtlinien sollten vollständig befolgt werden; b. digitale Masseleitungen sollten von analogen Masseleitungen getrennt werden; c. Masseleitungen sollten so weit wie möglich verdickt werden; d. Erdung sollte so weit wie möglich beschichtet werden.

Problem Nr. 2:Stromstörungen und Zurückhaltung.

Analyse und Lösungen:Strominterferenzen stammen möglicherweise von irrationalem schematischem Design, Routing oder Layout. Daher können AC-DC-Loops während des Routings nicht miteinander verbunden werden und Masseleitungen sollten nicht parallel zur großen Schleife verlaufen. Außerdem sollten Stromleitungen und Signalleitungen nicht zu nahe beieinander liegen und dürfen niemals parallel verlaufen. Bei Bedarf können Filter zwischen Stromausgangsklemme und Gerät hinzugefügt werden.

Problem Nr. 3:EMI (Elektromagnetische Interferenz) und ihre Beschränkung.

Da die Komponenten dicht angeordnet sind, werden bei der Implementierung eines irrationalen Designs EMI hervorgerufen, wie z. B. Verteilungsparameterinterferenzen und Komponenten-EMI. Es sollten entsprechende Maßnahmen getroffen werden, um verschiedene Störungen zu unterdrücken.

Analyse und Lösungen:

a. Parasitäre Kopplung zwischen Druckschaltungen. Die Wirkung des Verteilungsparameters zwischen zwei parallelen Leitungen mit kurzem Abstand ist äquivalent zu der von Induktivität und Kapazität, die sich gegenseitig koppeln. Signale fließen durch eine Leitung, während induktive Signale durch die andere Leitung erzeugt werden. Daher können Signalleitungen während des PCB-Designs niemals so ausgelegt werden, dass sie parallel zueinander verlaufen, oder es können abgeschirmte Leitungen verwendet werden, um schwache Interferenzsignale einzudämmen, um Interferenzen zu stoppen.

b. Interferenz zwischen magnetischen Teilen. Lautsprecher und Elektromagnete erzeugen ein konstantes Magnetfeld, während Hochspannungstransformatoren und Relais ein magnetisches Wechselfeld erzeugen. Beide Magnetfelder bringen Störungen auf periphere Komponenten und Druckleitungen und entsprechende Rückhaltemaßnahmen können je nach Situation getroffen werden:
• Das durch magnetische Leitungen verursachte Schneiden auf gedruckten Leitungen sollte reduziert werden.
• Die Positionen zweier magnetischer Teile sollten entlang zweier unterschiedlicher magnetischer Richtungen senkrecht zueinander bleiben, um die Kopplung zwischen zwei Teilen zu verringern.
• Die Störquelle sollte eine magnetische Abschirmung erhalten und die Abschirmabdeckung sollte gut mit der Erde verbunden sein .

Problem Nr. 4:Thermische Interferenz und Zurückhaltung.

Analyse und Lösungen:Wenn Geräte mit hoher Leistung arbeiten, weisen sie normalerweise eine so hohe Temperatur auf, dass Wärmequellen im Stromkreis verfügbar sind und Störungen auf die gedruckte Schaltung übertragen. Daher sollten temperaturempfindliche Komponenten während des PCB-Layout-Designs weit entfernt von wärmeerzeugenden Teilen platziert werden, und Wärmequellen sollten an der Luft außerhalb der Platine platziert werden, um zu verhindern, dass die erzeugte Wärme übertragen oder Wärmeableitung erzeugt wird. Falls erforderlich, sollte ein Wärmeableitungsblech angebracht werden.

Dieser Artikel behandelt nur die häufigsten Probleme, denen wir normalerweise beim PCB-Design begegnen, und ihre Lösungen. In der Tat wird erwartet, dass Sie in Ihrer praktischen Designerfahrung weitere Probleme herausfinden werden.

Hilfreiche Ressourcen
• So entwerfen Sie hochwertige PCBs
• Die wichtigsten PCB-Designregeln, die Sie kennen müssen
• Eine Richtlinie vom Schaltplan zum PCB-Design basierend auf Altium Designer
• Wie zur Bekämpfung von Interferenzen im PCB-Design
• Methoden zur Stärkung der Anti-Interferenz-Fähigkeit im PCB-Design