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So entwerfen Sie eine Leiterplatte: Leiterplattenlayout

So entwerfen Sie eine Leiterplatte: Leiterplattenlayout

PCB ist ein Schlüsselelement bei jedem Entwurfsprozess für elektronische Schaltungen.

Das Layout und Design der Leiterplatte hat einen großen Einfluss auf die Funktionsweise einer Schaltung. Wenn die Leiterplatte also effektiv ausgelegt ist, arbeitet die Schaltung zuverlässiger und innerhalb ihrer Spezifikation.

PCB-Design-Ausrüstung

Für kommerzielle Entwicklungsprogramme stehen möglicherweise CAD- und computergestützte Konstruktionspakete zur Verfügung, die aufgrund der Komplexität benötigt werden.

Selbst für Studenten und Bastler gibt es viele sehr gute Pakete, die entweder kostenlos zu geringen Kosten erhältlich sind.

Der alte PCB-Entwurfsprozess der Verwendung von Klebeband auf einem Master-Zeichenblatt ist längst vorbei, obwohl dies in einigen sehr begrenzten Fällen möglicherweise noch möglich ist.

Die Fähigkeit der PCB-Software variiert erheblich. Budget oder sogar freie Software bieten die Grundfunktionen, während die Top-End-Pakete es ermöglichen, viel mehr Einrichtungen in das Design einzubeziehen. Simulationen, komplexes Routing und viele weitere Funktionen stehen zur Verfügung.

Die Fähigkeit, Simulationen durchzuführen, wird zu einer zunehmenden Anforderung, da die Geschwindigkeit digitaler Karten zunimmt und Hochfrequenzdesigns immer höhere Frequenzen erreichen.

Schaltplanerfassung

Der erste Schritt bei der Entwicklung eines Leiterplattenentwurfs besteht darin, den Schaltplan für die Schaltung zu erfassen. Dies kann auf verschiedene Arten erreicht werden. Schaltungen können in ein schematisches Erfassungswerkzeug eingegeben werden. Dies kann Teil der PCB-Design-Suite sein, oder es kann sich um ein externes Paket handeln, dessen Ausgabe in ein geeignetes Format exportiert werden kann.

Zusätzlich zur reinen schematischen Erfassung können in diesem Stadium Simulationen der Schaltung durchgeführt werden. Einige Pakete können möglicherweise mit Simulationspaketen verbunden werden. Für Anwendungen wie das HF-Schaltungsdesign ermöglicht die Simulation der Schaltung, dass die endgültige Schaltung weiter optimiert werden kann, ohne einen Prototyp zu erstellen.

Wenn die schematische Erfassung abgeschlossen ist, ist das elektronische Design der Schaltung in der Datei enthalten und kann in eine sogenannte "Netzliste" konvertiert werden. Die Netzliste ist die Interkonnektivitätsinformation und im Wesentlichen die Komponentenstifte und die Schaltungsknoten oder Netze, mit denen jeder Stift verbunden ist.

Erste Platzierung der Leiterplattenkomponenten

Bevor Sie mit dem detaillierten Design und Layout der Leiterplatte fortfahren, müssen Sie sich eine ungefähre Vorstellung davon machen, wo sich die Komponenten befinden und ob auf der Platine genügend Platz vorhanden ist, um alle erforderlichen Schaltkreise aufzunehmen. Dies ermöglicht Entscheidungen über die Anzahl der in der Platine benötigten Schichten und darüber, ob möglicherweise genügend Platz vorhanden ist, um alle Schaltkreise aufzunehmen.

Sobald eine grobe Schätzung des Raums und der ungefähren Positionen der Komponenten vorgenommen wurde, kann ein detaillierteres Komponentenlayout für das PCB-Design erstellt werden. Dies kann Aspekte wie die Nähe von Geräten berücksichtigen, die möglicherweise miteinander kommunizieren müssen, und andere Informationen, die sich beispielsweise auf HF-Überlegungen beziehen.

Damit Komponenten in das PCB-Design integriert werden können, müssen ihnen alle relevanten Informationen zugeordnet sein. Dies umfasst den Platzbedarf für die Leiterplattenpads, alle Bohrinformationen, Bereiche fernhalten und dergleichen. In der Regel teilen sich mehrere Geräte den gleichen Platzbedarf, sodass diese Informationen nicht für jede Teilenummer der Komponente eingegeben werden müssen. Innerhalb des PCB-Layout-Design-Systems wird jedoch eine Bibliothek für alle verwendeten Geräte aufgebaut. Auf diese Weise können bisher verwendete Komponenten einfach aufgerufen werden.

Routing

Sobald die Grundplatzierung abgeschlossen ist, besteht die nächste Stufe des PCB-Designs darin, die Verbindungen zwischen allen Komponenten zu verlegen. Die PCB-Software leitet dann die physischen Verbindungen auf der Karte gemäß der Netzliste aus dem Schaltplan weiter. Um dies zu erreichen, wird die Anzahl der Schichten verwendet, die für Verbindungen verfügbar sind, und nach Bedarf über Löcher erstellt. Oft wird eine Schicht zur Verwendung als Grundebene und eine andere als Leistungsebene zugewiesen. Dies reduziert nicht nur den Geräuschpegel, sondern ermöglicht auch das Herstellen von Verbindungen mit niedrigem Quellenwiderstand für die Stromversorgung.

Das Routing kann eine erhebliche Menge an Rechenleistung verbrauchen. Dies gilt insbesondere für größere Konstruktionen, bei denen mehr als drei- oder viertausend Komponenten vorhanden sein können. Wenn das Routing aufgrund der hohen Komponentendichte schwierig ist, kann dies dazu führen, dass das Routing viel Zeit in Anspruch nimmt.

PCB-Dateien: Gerber-Dateien usw.

Die Informationen für die Fotodiagramme des Leiterplattenlayouts werden in Form von Gerber-Dateien ausgegeben. Dieses Format ist der Standard für PCB-Dateien und eine Form einer numerischen Steuerdatei, die von einem Fotoplotter verwendet wird. Zusätzlich zu den Gerber-Dateien werden neben den Siebdruck- und Fotolackinformationen auch Bohrinformationen generiert.

Ein Hauptelement bei den Kosten einer Leiterplatte ist das Bohren. Bei jeder Konstruktion sind einige Löcher für die Befestigung sowie für herkömmliche Komponenten erforderlich. Um die Kosten zu senken, ist es jedoch ratsam, so wenig Lochgrößen wie möglich zu verwenden. Auf diese Weise muss der Bohrer weniger gewechselt werden und die Zeit kann reduziert werden.

Sobald die Informationen für die Leiterplatte vollständig sind, werden sie in vielen Bereichen des Herstellungsprozesses verwendet. Es wird nicht nur für die Herstellung der eigentlichen Leiterplatte selbst verwendet, sondern die Dateien werden auch in anderen Bereichen des Herstellungsprozesses verwendet. Sie können verwendet werden, um ein Bestückungsprogramm zu entwickeln, und zusätzlich können die Dateien bei der Herstellung einer PCB-Lötmaske zum Hinzufügen von Lötpaste zur Platine vor dem Einsetzen der Komponenten verwendet werden. Die Dateien können auch zum Entwickeln verschiedener Formen von Testprogrammen wie einem "In-Circuit-Test" (IKT) und insbesondere zum Entwickeln einer beliebigen Nagelbett-Testvorrichtung verwendet werden. Auf diese Weise ist das PCB-Design ein entscheidendes Element des gesamten Herstellungsprozesses für jedes Produkt. Das PCB-Design ist mehr als nur ein Design für die Basisplatine.

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