Die beste PCB Entwurfsmethode: Sechs Dinge, die bei der Auswahl von PCB-Komponenten basierend auf der Komponentenverpackung zu beachten sind. Alle Beispiele in diesem Artikel wurden mit der MulTIsim-Designumgebung entwickelt, aber die gleichen Konzepte gelten auch mit unterschiedlichen EDA-Tools.

1. Berücksichtigen Sie die Wahl der Komponentenverpackung

In der gesamten Schaltplan-Zeichnungsphase sollten die in der Layoutphase zu treffenden Entscheidungen hinsichtlich der Komponentenverpackung und der Anschlussflächenmuster berücksichtigt werden. Nachfolgend sind einige Vorschläge aufgeführt, die bei der Auswahl von Komponenten basierend auf der Komponentenverpackung zu berücksichtigen sind.

Denken Sie daran, dass das Gehäuse die elektrischen Pad-Anschlüsse und die mechanischen Abmessungen (X, Y und Z) der Komponente enthält, d. h. die Form des Komponentenkörpers und die Pins, die mit der Leiterplatte verbunden sind. Bei der Auswahl von Komponenten müssen Sie alle Montage- oder Verpackungsbeschränkungen berücksichtigen, die möglicherweise auf den oberen und unteren Schichten der endgültigen Leiterplatte bestehen. Einige Komponenten (z. B. polare Kondensatoren) können hohe Headroom-Beschränkungen aufweisen, die bei der Komponentenauswahl berücksichtigt werden müssen. Zu Beginn des Designs können Sie zunächst eine Grundform des Leiterplattenrahmens zeichnen und dann einige große oder positionskritische Komponenten (z. B. Steckverbinder) platzieren, die Sie verwenden möchten. Auf diese Weise kann die virtuelle perspektivische Ansicht der Leiterplatte (ohne Verdrahtung) intuitiv und schnell gesehen werden, und die relative Positionierung und Bauteilhöhe von Leiterplatte und Bauteilen kann relativ genau angegeben werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Komponenten nach der Bestückung der Leiterplatte richtig in der Umverpackung (Kunststoffprodukte, Chassis, Chassis usw.) platziert werden können. Rufen Sie den 3D-Vorschaumodus aus dem Menü Extras auf, um die gesamte Leiterplatte zu durchsuchen.

Das Land-Muster zeigt die tatsächliche Land- oder Via-Form des gelöteten Bauteils auf der Leiterplatte. Diese Kupfermuster auf der Leiterplatte enthalten auch einige grundlegende Forminformationen. Die Größe des Anschlussflächenmusters muss korrekt sein, um ein korrektes Löten und die korrekte mechanische und thermische Integrität der angeschlossenen Komponenten zu gewährleisten. Beim Entwurf des PCB-Layouts müssen Sie berücksichtigen, wie die Leiterplatte hergestellt wird oder wie die Pads gelötet werden, wenn sie manuell gelötet werden. Reflow-Löten (das Flussmittel wird in einem kontrollierten Hochtemperaturofen geschmolzen) kann eine Vielzahl von SMD-Bauelementen (Surface Mount Devices) verarbeiten. Das Wellenlöten wird im Allgemeinen verwendet, um die Rückseite der Leiterplatte zu löten, um Durchsteckvorrichtungen zu befestigen, aber es kann auch einige oberflächenmontierte Komponenten verarbeiten, die auf der Rückseite der Leiterplatte platziert sind. Im Allgemeinen müssen bei Verwendung dieser Technologie die Bottom-Surface-Mount-Bauelemente in einer bestimmten Richtung angeordnet werden, und um sich an dieses Lötverfahren anzupassen, müssen die Pads möglicherweise modifiziert werden.

Die Auswahl der Komponenten kann während des gesamten Konstruktionsprozesses geändert werden. Die Festlegung, welche Geräte Durchkontaktierungen (PTH) und welche SMT-Technologie (Surface Mount Technology) zu Beginn des Designprozesses verwenden sollten, hilft bei der Gesamtplanung der Leiterplatte. Zu den Faktoren, die berücksichtigt werden müssen, gehören Gerätekosten, Verfügbarkeit, Geräteflächendichte, Stromverbrauch usw. Aus fertigungstechnischer Sicht sind oberflächenmontierte Bauelemente im Allgemeinen billiger als Durchsteckbauelemente und weisen im Allgemeinen eine höhere Verfügbarkeit auf. Für kleine und mittlere Prototypprojekte wählen Sie am besten größere SMD-Geräte oder Durchsteckgeräte, die nicht nur das manuelle Löten erleichtern, sondern auch eine bessere Verbindung von Pads und Signalen während der Fehlerprüfung und -beseitigung ermöglichen.

Wenn in der Datenbank kein fertiges Paket vorhanden ist, wird normalerweise ein benutzerdefiniertes Paket im Tool erstellt.

2. Verwenden Sie eine gute Erdungsmethode

Stellen Sie sicher, dass das Design über ausreichende Bypass-Kondensatoren und Masseflächen verfügt. Achten Sie bei der Verwendung eines integrierten Schaltkreises darauf, einen geeigneten Entkopplungskondensator in der Nähe des Stromanschlusses zur Erde (vorzugsweise eine Erdungsebene) zu verwenden. Die geeignete Kapazität des Kondensators hängt von der spezifischen Anwendung, der Kondensatortechnologie und der Betriebsfrequenz ab. Wenn der Bypass-Kondensator zwischen den Strom- und Massepins und nahe dem richtigen IC-Pin platziert wird, können die elektromagnetische Verträglichkeit und Anfälligkeit der Schaltung optimiert werden.

3. Virtuelles Komponentenpaket zuweisen

Drucken Sie eine Stückliste (BOM) zur Prüfung virtueller Komponenten. Die virtuelle Komponente hat keine zugehörige Verpackung und wird nicht in die Layoutphase übertragen. Erstellen Sie eine Stückliste und zeigen Sie dann alle virtuellen Komponenten im Design an. Die einzigen Elemente sollten Strom- und Massesignale sein, da es sich um virtuelle Komponenten handelt, die nur in der Schaltplanumgebung verarbeitet werden und nicht an den Layoutentwurf weitergegeben werden. Sofern nicht für Simulationszwecke verwendet, sollten die im virtuellen Teil angezeigten Komponenten durch gekapselte Komponenten ersetzt werden.

4. Stellen Sie sicher, dass Sie über vollständige Stücklistendaten verfügen

Prüfen Sie, ob im Stücklistenbericht genügend Daten vorhanden sind. Nach der Erstellung des Stücklistenberichts ist es erforderlich, die unvollständigen Geräte-, Lieferanten- oder Herstellerangaben in allen Komponenteneinträgen sorgfältig zu prüfen und zu ergänzen.

5. Sortieren nach Komponentenetikett

Um das Sortieren und Anzeigen der Stückliste zu erleichtern, stellen Sie sicher, dass die Komponentennummern fortlaufend nummeriert sind.

6. Auf redundante Gate-Schaltungen prüfen

Generell sollten alle Eingänge von redundanten Gattern über Signalverbindungen verfügen, um ein Hängenbleiben der Eingangsklemmen zu vermeiden. Stellen Sie sicher, dass Sie alle redundanten oder fehlenden Gate-Schaltungen überprüft haben und alle unverdrahteten Eingangsklemmen vollständig angeschlossen sind. In einigen Fällen kann das gesamte System nicht richtig funktionieren, wenn das Eingangsterminal ausgesetzt ist. Nehmen Sie den Dual-Op-Amp, der oft im Design verwendet wird. Wenn nur einer der Operationsverstärker in den Dual-Op-Amp-IC-Komponenten verwendet wird, wird empfohlen, entweder den anderen Operationsverstärker zu verwenden oder den Eingang des nicht verwendeten Operationsverstärkers zu erden und eine geeignete Verstärkung (oder eine andere Verstärkung) bereitzustellen. Feedback-Netzwerk, um sicherzustellen, dass die gesamte Komponente normal funktionieren kann.

In einigen Fällen funktionieren ICs mit Floating-Pins innerhalb des Spezifikationsbereichs möglicherweise nicht normal. Normalerweise kann dieser IC die Indexanforderungen nur dann erfüllen, wenn er funktioniert, wenn der IC-Baustein oder andere Gatter im selben Baustein nicht in einem gesättigten Zustand arbeiten – der Eingang oder Ausgang befindet sich in der Nähe oder in der Stromschiene der Komponente. Die Simulation kann diese Situation normalerweise nicht erfassen, da das Simulationsmodell im Allgemeinen nicht mehrere Teile des ICs miteinander verbindet, um den schwebenden Verbindungseffekt zu modellieren.