Die Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB) ist ein zentrales Element in elektronischen Produkten und wird in nahezu allen Geräten aus unterschiedlichen Bereichen eingesetzt – von klein bis groß, von Computern und Telekommunikationsanlagen bis hin zu militärischer Hardware. Einfach ausgedrückt spielt die Leiterplatte eine bedeutende Rolle bei der Umsetzung der Funktionen elektronischer Produkte.
Dennoch ist es niemals eine leichte Aufgabe, eine Leiterplatte zu entwerfen, und zahlreiche Verknüpfungen zwischen Lagen, Bauteilen oder Schaltungen müssen korrekt berücksichtigt werden. Ein schlecht durchdachtes Design kann während des Betriebs in einem elektronischen System möglicherweise zu Ausfällen oder sogar Katastrophen führen. Trotz der dem Leiterplattendesign innewohnenden Schwierigkeit lassen sich einige häufig auftretende Probleme zusammenfassen, sodass alle PCB-Designer sie im Voraus kennen und lernen können, wie sie damit umgehen, noch bevor die Leiterplattenfertigung beginnt.
HINWEIS: Dieser Artikel behandelt Probleme und Lösungen beim PCB-Design auf der Grundlage der Teilnahme vonAltium Designer Software.
Probleme beim PCB-Design im Schaltplan
Problem Nr. 1: Laut ERC-Bericht liegt an den Pins kein Zugriffssignal an.
Analyse:
a. I/Os sollten beim Erstellen des Gehäuses an Pins definiert werden;
b. Beim Einrichten oder Platzieren von Komponenten kann das Attribut der Nichtübereinstimmung so geändert werden, dass Pins und Leitungen lose bleiben;
c. Beim Einrichten von Komponenten ist der Stift in umgekehrter Richtung betroffen.
Problem Nr. 2: Komponenten gehen über Papier hinaus.
Analyse:Dateien werden nicht in der Mitte des Komponentenbibliothek-Papiers erstellt.
Problem Nr. 3: Die erstellte Engineering-Datei-Netzliste kann nur teilweise auf die Leiterplatte zugreifen.
Analyse:Das Element „global“ wird beim Erzeugen der Netzliste nicht erfasst.
Problem Nr. 4: Komponenten lassen sich nicht drehen.
Analyse:Die Eingabemethode sollte gewechselt werden.
Probleme beim PCB-Design auf der Leiterplatte
Problem#1: Im Prozess des Netzwerkladens tritt der Berichtsknoten NODE nicht auf.
Analyse:
a. Die Bauteile im Schaltplan nutzen möglicherweise ein Gehäuse, das in der Bauteilbibliothek nicht verfügbar ist.
b. Die Bauteile im Schaltplan verwenden Gehäuse, die mit denen in der Bauteilbibliothek verwendeten nicht kompatibel sind;
Problem Nr. 2: Der DRC-Bericht ist in mehrere Abschnitte unterteilt.
Analyse:Dieses Problem zeigt, dass dieses Netzwerk nicht verbunden ist und dass CONNECTED COPPER verwendet werden kann, um die Datei zu durchlaufen.
Problem#3: Im Betriebsablauf sollte der Bluescreen so wenig wie möglich verwendet werden.
Analyse:Dateien können mehrfach exportiert werden, um neue DDR-Dateien zu erzeugen und so die Dateigröße zu reduzieren. Autorouting wird beim Entwurf komplexer Leiterplatten nicht empfohlen.
Das Routing ist ein äußerst wichtiger Schritt im PCB-Design, und alle vorherigen Schritte dienen seiner Vorbereitung. Beim PCB-Design stellt das Routing die höchsten Anforderungen. PCB-Routing lässt sich in einseitiges Routing, zweiseitiges Routing und mehrseitiges Routing einteilen. Es stehen zwei Routing-Methoden zur Verfügung: automatisches Routing und interaktives Routing. Vor dem automatischen Routing kann das interaktive Routing im Voraus für relativ komplexe Systeme eingesetzt werden. Die Leitungen an Ein- und Ausgängen sollten vermeiden, parallel zueinander zu verlaufen, damit keine HF-Störungen entstehen. Bei Bedarf sollten Masseleitungen hinzugefügt werden, und das Routing auf zwei benachbarten Lagen sollte senkrecht zueinander erfolgen. Parallele Leitungen neigen dazu, parasitäre Kopplungen zu erzeugen. Die Routing-Rate des automatischen Routings hängt von einem gut durchdachten Layout ab, und Routing-Regeln können im Voraus festgelegt werden. Allgemein gesprochen kann zunächst ein abfragebasiertes Routing durchgeführt werden, und der Routing-Pfad sollte insgesamt optimiert werden. Die gerouteten Leitungen werden dann geschlossen, und ein erneutes Routing wird implementiert, um den Gesamteffekt zu verbessern. Was das Design für komponentendichte PCBs betrifft, können Durchkontaktierungen allein dem kaum gerecht werden, da viele Routing-Kanäle verschwendet werden. Daher…blind und verlegt überEs wurde eine Technologie entwickelt. Sie funktionieren nicht nur wie Durchkontaktierungen, sondern sparen auch viele Leitungskanäle. Dadurch kann das Routing einfacher, reibungsloser und besser werden.
Probleme bei der Leiterplattengestaltung durch Störungen und deren Lösungen
Bei der Inbetriebnahme und Anwendung elektronischer Geräte tritt stets Störung auf, die auf eine Vielzahl von Ursachen zurückzuführen ist. Unter all diesen Ursachen führen unvernünftige Leiterbahnführung und unsachgemäße Platzierung der Bauteile – abgesehen von umgebungsbedingten Störungen – zu den meisten Beeinträchtigungen. Störungen können dazu führen, dass elektrische Geräte nicht ordnungsgemäß funktionieren oder sogar ausfallen. Daher sollten mögliche Störungen bereits in der PCB-Designphase unterdrückt werden.
Problem Nr. 1: Erzeugung und Kontrolle von Erdleitungsstörungen.
Analyse und Lösungen:
Wenn die Erdungsleitungen ein Nullpotential anzeigen, sollte auch der relative Potentialunterschied jedes Erdungspunkts im gesamten Stromkreis null sein. Es ist jedoch nahezu unmöglich, den Potentialunterschied absolut auf null zu halten, und ein winziger Potentialunterschied kann möglicherweise zu Störsignalen führen, die nach der Verstärkung durch Verstärkerschaltungen den normalen Betrieb des gesamten Stromkreises beeinträchtigen.
Um Störungen zu begrenzen, können die folgenden Methoden angewendet werden: a. korrekte Erdungsrichtlinien sollten eingehalten werden; b. digitale Masseleitungen sollten von analogen Masseleitungen getrennt werden; c. Masseleitungen sollten so weit wie möglich verstärkt werden; d. die Erdung sollte so weit wie möglich beschichtet werden.
Problem Nr. 2: Stromeinfluss und Begrenzung.
Analyse und Lösungen:Stromstörungen ergeben sich möglicherweise aus einer irrationalen Schaltungsentwicklung, Leiterführung oder Layoutgestaltung. Daher dürfen AC- und DC-Schleifen bei der Leiterführung nicht miteinander verbunden werden, und Masseleitungen sollten nicht parallel zur großen Schleife verlaufen. Außerdem sollten Versorgungsleitungen und Signalleitungen nicht zu nah beieinander liegen und niemals parallel geführt werden. Bei Bedarf können zwischen dem Stromausgangsanschluss und dem Gerät Filter hinzugefügt werden.
Problem Nr. 3: EMI (Elektromagnetische Störung) und ihre Begrenzung.
Da die Komponenten dicht angeordnet sind, kann bei einer unvernünftigen Auslegung elektromagnetische Störung (EMI) auftreten, wie z. B. Störungen durch Verteilungsparameter und Bauteil-EMI. Entsprechende Maßnahmen sollten ergriffen werden, um die verschiedenen Störungen zu beseitigen.
Analyse und Lösungen:
a. Parasitäre Kopplung zwischen Leiterbahnen. Die Wirkung der Verteilungsparameter zwischen zwei parallelen, eng beieinanderliegenden Leitungen ist äquivalent zu der von Induktivitäten und Kapazitäten, die wechselseitig gekoppelt sind. Signale fließen durch eine Leitung, während durch die andere Leitung induktive Signale erzeugt werden. Daher dürfen Signalleitungen bei der PCB-Entwicklung niemals parallel zueinander geführt werden, oder es können Abschirmleitungen verwendet werden, um schwache Störsignale zu unterdrücken und so Interferenzen zu verhindern.
b. Störungen zwischen magnetischen Bauteilen. Lautsprecher und Elektromagnete erzeugen ein konstantes Magnetfeld, während Hochspannungstransformatoren und Relais ein wechselndes Magnetfeld erzeugen. Beide Magnetfelder verursachen Störungen bei peripheren Komponenten und Leiterbahnen, und entsprechende Gegenmaßnahmen können je nach Situation ergriffen werden:
• Das Schneiden entlang der von Magnetlinien vorgegebenen Drucklinien sollte reduziert werden.
• Die Positionen der beiden magnetischen Teile sollten entlang zweier unterschiedlicher magnetischer Richtungen senkrecht zueinander bleiben, um die Kopplung zwischen den beiden Teilen zu verringern.
• Die Störquelle sollte eine magnetische Abschirmung erhalten, und die Abschirmabdeckung sollte gut mit der Erde verbunden sein.
Problem Nr. 4: Thermische Beeinflussung und Einschränkung.
Analyse und Lösungen:Wenn Geräte mit hoher Leistung arbeiten, weisen sie in der Regel eine so hohe Temperatur auf, dass im Stromkreis Wärmequellen vorhanden sind, die Störungen in der Leiterplatte verursachen. Daher sollten temperaturempfindliche Bauteile währenddessen weit entfernt von wärmeerzeugenden Teilen platziert werden.PCB-Layout-DesignUnd Wärmequellen sollten an der Luftaußenseite der Platine platziert werden, um zu verhindern, dass die entstehende Wärme übertragen wird oder Wärmeableitung entsteht. Falls erforderlich, sollte ein Wärmeableitungsblech angebracht werden.
Das Design von Leiterplatten ist komplex und erfordert eine präzise Abstimmung zwischen Lagen, Bauteilen und Schaltungen. Eine schlechte Konstruktion kann zu Funktionsproblemen oder Ausfällen führen. Durch die Identifizierung vorherrschender Designprobleme wie Schaltplanfehler, ineffiziente Leiterbahnführung und Störungsprobleme können Entwickler erwartete Probleme effektiv angehen, um stabile und robuste Produkte zu liefern.
PCBCart ist Ihr verlässlicher Partner, wenn es darum geht, Ihre komplexen Leiterplattendesigns in hochwertige, einsatzbereite Produkte zu verwandeln. Mit umfassender Erfahrung und modernen Fertigungsanlagen stellen wir uns den Herausforderungen der Leiterplattenherstellung und erwecken Ihre Designs mit Präzision und Sorgfalt zum Leben. Wir sind einem Höchstmaß an Qualität verpflichtet, damit Ihr Projekt von den neuesten Innovationen und Qualitätsstandards der Branche profitiert.
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Hilfreiche Ressourcen
•Wie man hochwertige Leiterplatten entwirft
•Die wichtigsten Leiterplatten-Designregeln, die Sie kennen müssen
•Eine Richtlinie vom Schaltplan- zum Leiterplattendesign basierend auf Altium Designer
•Wie man Störungen im PCB-Design besiegt
•Methoden zur Stärkung der Störfestigkeit im PCB-Design
