PCB, kurz für Printed Circuit Board, ist die grundlegende Plattform, um elektronische Komponenten zu tragen und entsprechende Funktionen zu erreichen. Basierend auf Substratmaterial Die Leiterplatte wird gemäß den Leiterplattendesigndateien hergestellt, wobei die Verbindung zwischen den Platinenebenen, der Platine und den Komponenten erreicht wird. Die Hauptfunktion der Leiterplatte liegt in ihrer Übertragungsrolle mit vollem Beitrag zur elektrischen Verbindung zwischen allen Teilen, die die Leiterplatte umgeben. Daher wird die Leiterplatte normalerweise als Kern von Elektronikprodukten betrachtet.
Die Leiterplatte sollte streng nach den Leiterplattendesigndateien hergestellt werden, einschließlich Gerber-Dateien NC-Bohrdateien, Schablonendesigndateien usw., die alle zusammen letztendlich zu realen Leiterplatten führen werden. Dieser Artikel bietet einen schnellen Leitfaden für das PCB-Layout für PCB-Design-Anfänger und behandelt wichtige Themen in Bezug auf PCB-Design und -Layout. Es wird gehofft, dass dieser Artikel ein Pflaster für angehende Elektronikingenieure sein wird.
Was ist PCB-Layout?
Die PCB-Layout umfasst hauptsächlich die Platzierung von Bauteilen auf der Platine, das Routen, die Leiterbahnbreite, den Leiterbahnabstand usw. Da Platinen in nahezu allen elektronischen Produkten verwendet werden, finden PCBs breite Anwendung in Bereichen wie Unterhaltungselektronik, Information, Telekommunikation, Gesundheitswesen oder sogar in der Raumfahrt. PCB-Layout spielt eine wesentliche Rolle bei der Beeinflussung ihrer erwarteten Funktionen und Leistungen.
PCB Layout Grundlagen
Beim Erstellen von Schaltplänen mit PCB-Design-Software Es ist entscheidend, Abkürzungen der Elektronik zu beherrschen, da die ersten drei Buchstaben normalerweise verwendet werden, um für Begriffe zu stehen. Zum Beispiel 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, Schaltkreis, Schaltkreiselement, Widerstand, Widerstand, Induktivität, Induktivität, Kapazität, Kondensator, Ohmsches Gesetz, Kirchhoffs Gesetz, Kirchhoffs Spannungsgesetz (KVL), Kirchhoffs Stromgesetz (KCL), Schleife, Netzwerk, passives Zweipolen-Netzwerk, aktives Zweipolen-Netzwerk.
Unvermeidbare Probleme, die bei der Leiterplatten-Layout zu berücksichtigen sind
• Mindestabstand
Ein PCB-Design sollte einen Rahmen aufweisen, und der Mindestabstand zwischen der Rahmenlinie und dem Bauteilanschluss sollte mindestens 2 mm betragen. Es ist sinnvoll, diesen auf 5 mm festzulegen.
• Komponentenplatzierung
Grundsätzlich sollten in einem Schaltungssystem, das digitale und analoge Schaltkreise enthält, diese getrennt werden, um die Systeme systematisch in Schaltkreise derselben Kategorie zu koppeln. Zusätzlich sollten die Komponenten entsprechend der Signalflussrichtung, der Funktionen und der Module platziert werden.
Die Eingangssignalverarbeitungseinheit und die Ausgangssignalantriebskomponenten sollten in der Nähe der Platine platziert werden, um die Ein-/Ausgangssignalleitungen so kurz wie möglich zu halten und Störungen bei Ein-/Ausgängen zu reduzieren.
In Bezug auf die Bauteilanordnungsrichtung können Bauteile nur vertikal oder horizontal platziert werden. Wenn zwischen den Bauteilen ein relativ hoher Potenzialunterschied besteht, sollte der Abstand zwischen den Bauteilen groß genug sein, um Entladungen zu verhindern.
Hinsichtlich einer Leiterplatte mit mittlerer Dichte sollte der Abstand zwischen Bauteilen mit geringer Leistung basierend auf dem Löten berücksichtigt werden. Bei Auswahl des Wellenlötens kann der Abstand zwischen den Bauteilen im Bereich von 50mil bis 100mil liegen.
Entwurf von Strom- und Erdungsleitungen im PCB-Layout
Es ist keine schwierige Aufgabe für PCB-Design-Ingenieure, die Ursache für die Rauschentwicklung zwischen Masseleitungen und Stromleitungen zu verstehen. Selbst wenn das PCB-Layout hervorragend durchgeführt wird, wird die Leistung des Produkts durch Interferenzen aufgrund unzureichender Überlegungen zur Anordnung der Strom- und Masseleitungen dennoch beeinträchtigt oder kann sogar zum totalen Ausfall führen. Daher ist es die Aufgabe des PCB-Layout-Ingenieurs, die Rauschstörungen so weit wie möglich zu reduzieren, um die Produktqualität mit den unten aufgeführten Methoden zu gewährleisten:
a. Großflächige Kupferschicht wird als Erdungsschicht verwendet und alle ungenutzten Teile sollten mit Erdung verbunden werden, die als Erdungslinien verwendet werden können. Bei mehrschichtigen Leiterplatten sollten Strom- und Erdungslinien jeweils in verschiedenen Schichten angeordnet werden.
b. Entkopplungskondensator sollte zwischen Strom- und Erdleitungen hinzugefügt werden.
c. Die Breite der Erd- und Stromleitungen sollte so weit wie möglich festgelegt werden. Es ist am besten, die Erdleitungen breiter als die Stromleitungen zu machen. Die Breitenanordnung der Erdleitungen, Stromleitungen und Signalleitungen sollte sein: Erdleitungen > Stromleitungen > Signalleitungen.
d. Breite Masseleitungen sollten verwendet werden, um auf einer Leiterplatte mit digitaler Schaltung eine Schleife zu bilden.
Drei Tipps zur Reduzierung von EMI im PCB-Layout
Die Wartung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) ist bei der Leiterplattenentwurfs einen Muss. Die Implementierung von EMV zielt darauf ab, elektromagnetische Störungen (EMI) so weit wie möglich zu reduzieren. Um EMI zu verringern, sollten die folgenden drei Elemente im Fokus stehen: Quelle elektromagnetischer Störungen, Kopplungspfad und Opfer.
Um EMC zu erreichen, sollten Maßnahmen bei den oben genannten Elementen beginnen. Zunächst sollten die Störquelle, der Kopplungspfad und empfindliche Geräte analysiert werden, und es sollten wirksame Maßnahmen zusammengefasst und getroffen werden, um die Störquelle zu stoppen, die Störkopplung zu beseitigen oder zu reduzieren, die Reaktion empfindlicher Geräte auf Störungen zu verringern oder das Niveau der elektromagnetischen Empfindlichkeit zu erhöhen.
Um Störungen durch Menschen einzuschränken und die Gültigkeit der angewandten technischen Maßnahmen zu bestätigen, sollten auch organisatorische Maßnahmen ergriffen werden. Daher sollte ein vollständiger Satz von Vorschriften und Standards erstellt und befolgt werden, wobei das Spektrum vernünftig verteilt ist. Zusätzlich sollte die Nutzung des Spektrums kontrolliert und verwaltet werden und der Arbeitsmodus sollte entsprechend der Frequenz, der Arbeitszeit und der Antennenrichtung bestimmt werden. Die elektromagnetische Umgebung sollte analysiert werden und der Standort sollte mit durchgeführter EMV-Verwaltung ausgewählt werden.
• Störquelle für elektromagnetische Interferenzen
EMI-Quelle bezieht sich auf jede Art (natürlich oder durch elektrische Geräte abgestrahlt) von elektromagnetischer Energie, die Menschen oder Geräten in derselben Umgebung schaden wird oder EMI-Schäden an anderen Geräten, Subsystemen oder dem gesamten System verursacht, was zu Leistungsminderungen oder Ausfällen führt.
• Kopplungsweg
Der Kopplungsweg bezieht sich auf den Zugang oder das Medium, das zur Übertragung von EMI verwendet wird.
• Opfer
Das Opfer bezieht sich auf Menschen oder Systeme, die durch elektromagnetische Störungen (EMI) geschädigt sind, einschließlich Komponenten, Ausrüstungen, Subsystemen oder Systemen, die unter Leistungsverschlechterung oder -ausfall leiden.
