Thông tin PCB - Thiết kế PCB: Giải quyết vấn đề, Giảm chi phí, Cải thiện hiệu suất

Có nhiều vấn đề cần xem xét trong quá trình thiết kế bảng mạch in, và các công cụ, bao gồm PCB DesignSpark, có thể xử lý hầu hết chúng một cách hiệu quả. Bằng cách áp dụng một số hướng dẫn thực tế nhất định, các kỹ sư có thể giảm chi phí hiệu quả và cải thiện độ tin cậy của bảng đồng thời đáp ứng các thông số kỹ thuật hệ thống, biến hướng hệ thống với chi phí thấp hơn và tránh nhiều vấn đề hơn. Thiết kế bảng mạch in đề cập đến bố trí mạch thông qua thiết kế các bản vẽ sơ đồ và sản xuất bảng mạch in với chi phí thấp nhất có thể. Trong quá khứ, điều này thường được thực hiện với sự giúp đỡ của các công cụ chuyên ngành đắt tiền, nhưng bây giờ, sự sẵn có ngày càng tăng của các công cụ phần mềm hiệu suất cao như DesignSpark PCB và các mô hình thiết kế đã tăng tốc độ thiết kế của các nhà thiết kế bảng mạch. Trong khi các kỹ sư biết rằng một thiết kế hoàn hảo là cách để tránh các vấn đề, nó vẫn là lãng phí thời gian và tiền bạc, trong khi giải quyết các triệu chứng thay vì nguyên nhân gốc rễ. Ví dụ, nếu một vấn đề được phát hiện trong giai đoạn thử nghiệm khả năng tương thích điện từ (EMC), nó sẽ gây ra rất nhiều đầu tư chi phí, và ngay cả thiết kế ban đầu sẽ cần phải được điều chỉnh và chế biến lại, điều này sẽ mất vài tháng.

Layout là một trong những vấn đề đầu tiên mà các nhà thiết kế phải đối mặt. Câu hỏi này phụ thuộc vào các phần của bản vẽ, một số thiết bị cần được thiết lập cùng nhau dựa trên các cân nhắc logic. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng các thành phần nhạy cảm với nhiệt độ, chẳng hạn như cảm biến, nên được đặt riêng biệt với các thành phần tạo nhiệt, bao gồm các bộ chuyển đổi điện. Đối với các thiết kế có nhiều cài đặt công suất, bộ chuyển đổi công suất 12 volt và 15 volt có thể được đặt ở các vị trí khác nhau trên bảng, vì nhiệt và tiếng ồn điện mà chúng tạo ra có thể ảnh hưởng đến các thành phần khác và độ tin cậy và hiệu suất của bảng. Các thành phần trên cũng sẽ có tác động đến hiệu suất điện từ của thiết kế mạch, không chỉ rất quan trọng đối với hiệu suất và tiêu thụ năng lượng của bảng mạch, mà còn có tác động lớn đến nền kinh tế của bảng mạch, vì vậy tất cả các thiết bị bảng mạch bán ở châu Âu Tất cả phải được đánh dấu CE để chứng minh rằng chúng sẽ không can thiệp vào các hệ thống khác. Tuy nhiên, điều này thường chỉ từ phía cung cấp điện, và có nhiều thiết bị phát ra tiếng ồn, chẳng hạn như bộ chuyển đổi DC-DC và bộ chuyển đổi dữ liệu tốc độ cao. Do thiết kế bảng mạch không hoàn hảo, tiếng ồn này có thể được chụp bởi kênh và phát ra như một ăng-ten nhỏ, tạo ra tiếng ồn giả mạo và dị thường tần số. Các vấn đề nhiễu điện từ trường xa (EMI) có thể được giải quyết bằng cách thêm bộ lọc tại điểm tiếng ồn hoặc che chắn tín hiệu bằng vỏ kim loại. Tuy nhiên, đủ chú ý đến các thiết bị có thể phát ra nhiễu điện từ (EMI) trên bảng mạch cho phép bảng mạch chọn một vỏ rẻ hơn, làm giảm hiệu quả chi phí của toàn bộ hệ thống. Sự can thiệp điện từ (EMI) thực sự là một yếu tố cần được xem xét trong quá trình thiết kế của bảng PCB. Crosstalk điện từ có thể kết nối với kênh, xáo tín hiệu thành tiếng ồn và ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của bảng. Nếu tiếng ồn nối quá cao, tín hiệu có thể được che đậy hoàn toàn, vì vậy phải cài đặt bộ khuếch đại tín hiệu đắt tiền hơn để khôi phục nó trở lại bình thường. Tuy nhiên, nếu bố trí của các dây tín hiệu có thể được xem xét đầy đủ ở đầu thiết kế của bảng mạch, các vấn đề trên có thể được tránh. Vì thiết kế của bảng mạch sẽ khác nhau tùy theo thiết bị khác nhau, nơi sử dụng khác nhau, yêu cầu tiêu tan nhiệt khác nhau và điều kiện can thiệp điện từ (EMI) khác nhau, mẫu thiết kế sẽ hữu ích vào thời điểm này. Công suất cũng là một vấn đề quan trọng trong thiết kế bảng mạch không thể bỏ qua bởi vì nó ảnh hưởng đến tốc độ truyền tín hiệu và làm tăng tiêu thụ điện. Các kênh có thể kết nối với các dấu vết liền kề hoặc đi qua hai lớp mạch theo chiều dọc, vô tình hình thành một tụ điện. Vấn đề này có thể được giải quyết tương đối dễ dàng bằng cách giảm chiều dài của các đường song song, thêm một cú cong vào một trong những đường để phá vỡ khớp nối, v.v. Tuy nhiên, điều này cũng yêu cầu các kỹ sư xem xét đầy đủ các nguyên tắc thiết kế sản xuất để đảm bảo rằng thiết kế dễ sản xuất, trong khi tránh bất kỳ bức xạ tiếng ồn nào gây ra bởi góc uốn quá mức của dây chuyền. Nó cũng có thể là khoảng cách giữa các dòng sẽ quá gần, sẽ tạo ra các vòng lặp ngắn giữa các dòng, đặc biệt là ở các đường cong của các dòng, và theo thời gian, "tóc" kim loại sẽ xuất hiện. Kiểm tra quy tắc thiết kế thường có thể là các khu vực có nguy cơ vòng cao hơn bình thường được đánh dấu. Vấn đề này đặc biệt nổi bật trong thiết kế máy bay mặt đất. Một lớp mạch kim loại có khả năng kết nối với tất cả các dấu vết trên và dưới nó. Mặc dù lớp kim loại có thể chặn tiếng ồn hiệu quả, nhưng lớp kim loại cũng tạo ra công suất liên quan, ảnh hưởng đến tốc độ chạy của mạch và làm tăng mức tiêu thụ điện. Về việc thiết kế các bảng mạch đa lớp, thiết kế lỗ thông qua giữa các lớp bảng mạch khác nhau có thể là một vấn đề gây tranh cãi, bởi vì thiết kế lỗ thông qua sẽ mang lại nhiều vấn đề cho sản xuất và sản xuất các bảng mạch. Các lỗ thông qua giữa các lớp bảng mạch sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất của tín hiệu và làm giảm độ tin cậy của thiết kế bảng mạch, vì vậy nên chú ý đầy đủ. Giải pháp: Có nhiều cách tiếp cận khác nhau có thể được thực hiện để giải quyết các vấn đề khác nhau trong quá trình thiết kế bảng mạch in. Trong số đó là việc điều chỉnh bản thân kế hoạch thiết kế, chẳng hạn như điều chỉnh bố trí mạch để giảm tiếng ồn; cũng có các phương pháp trong bố trí của bảng mạch in. Các thành phần thiết kế có thể được cài đặt tự động bởi công cụ bố trí, nhưng khả năng điều chỉnh thủ công bố trí tự động sẽ giúp cải thiện chất lượng thiết kế bảng. Thông qua biện pháp này, kiểm tra quy tắc thiết kế sẽ dựa vào tài liệu kỹ thuật để đảm bảo rằng bảng được thiết kế để đáp ứng yêu cầu của nhà sản xuất bảng. Tách các lớp bảng khác nhau có thể làm giảm công suất liên quan, tuy nhiên, điều này làm tăng số lớp trên bảng, làm tăng chi phí và giới thiệu nhiều vấn đề thông qua lỗ. Mặc dù việc sử dụng hệ thống điện lưới chữ giác và thiết kế dấu vết mặt đất có thể làm tăng kích thước vật lý của bảng, nó có thể sử dụng phẳng mặt đất hiệu quả trong bảng mạch hai lớp để giảm công suất và sự phức tạp sản xuất bảng mạch. Các công cụ thiết kế, bao gồm DesignSpark PCB, có thể giúp các kỹ sư giải quyết nhiều vấn đề ngay từ đầu thiết kế, nhưng các kỹ sư vẫn cần có sự hiểu biết tốt về các yêu cầu thiết kế của bảng mạch in. Ví dụ, nếu trình biên tập của bảng mạch in cần biết số lớp của bảng mạch ở đầu thiết kế, ví dụ, một bảng mạch hai lớp cần có một phẳng mặt đất và một phẳng điện, hai bao gồm các lớp độc lập. Việc sử dụng công nghệ đặt thành phần tự động rất hữu ích, có thể giúp các nhà thiết kế dành nhiều thời gian hơn để thiết kế khu vực bố trí của thiết bị. Ví dụ, nếu thiết bị cung cấp điện quá gần với các đường tín hiệu nhạy cảm hoặc các khu vực có nhiệt độ cao, nhiều vấn đề sẽ phát sinh. Tương tự như vậy, các đường tín hiệu cũng có thể được tự động định tuyến trong khi tránh hầu hết các vấn đề, tuy nhiên, phân tích và thao túng thủ công của các khu vực có nguy cơ cao sẽ giúp cải thiện đáng kể chất lượng và lợi nhuận của thiết kế bảng mạch in, giảm chi phí tổng thể. Kiểm tra quy tắc thiết kế cũng là một công cụ rất mạnh mẽ để kiểm tra các đường để đảm bảo rằng khoảng cách giữa các đường không quá gần, dẫn đến một vòng lặp quá ngắn. Tuy nhiên, thiết kế tổng thể vẫn có giá trị kinh tế cao. Các công cụ kiểm tra kế hoạch thiết kế cũng có thể được sử dụng để kiểm tra và điều chỉnh máy bay điện và mặt đất để tránh các khu vực công suất ký sinh trùng lớn. Các công cụ được mô tả ở trên cũng sẽ hỗ trợ rất nhiều cho Gerber và Excellon khi họ thực hiện in dây và bảng, cũng như khoan xuyên lỗ, để sản xuất thiết kế cuối cùng. Bằng cách này, tập tin kỹ thuật được liên kết chặt chẽ với nhà sản xuất bảng. Có nhiều vấn đề cần xem xét trong quá trình thiết kế bảng mạch in, và các công cụ, bao gồm PCB DesignSpark, có thể xử lý hầu hết chúng một cách hiệu quả. Bằng cách áp dụng một số hướng dẫn thực tế nhất định, các kỹ sư có thể giảm chi phí hiệu quả và cải thiện độ tin cậy của bảng đồng thời đáp ứng các thông số kỹ thuật hệ thống, biến hướng hệ thống với chi phí thấp hơn và tránh nhiều vấn đề với bảng mạch in.