PCB設計的并非易事,雖然目前EDA軟件可自動執行電路板設計,但這仍然需要扎實的知識。
處理器的時鐘頻率通常較高,技術系統較小,功能更廣泛。PCB電路板必須順應這一趨勢。雖然PCB曾經只是單純的電路載體,對設備本身的創新和功能貢獻不大,但如今它已成為一種復雜的組件,通常使技術解決方案成為可能。
同時,電子組件的許多物理要求要求PCB板開發人員具有廣泛的跨學科專業知識,以確保信號完整性,穩定的電源,熱彈性和可靠性。從單面板到多層板再到特殊技術的大量電路板類型,也需要必要的專業知識。以下概述了PCB設計中的五個建議,它們與過去的EDA方法有所不同。
層結構描述了用于制造多層電路板各個層的材料。這些層由銅箔和FR-4絕緣材料組成,每個都有不同的高度和電氣特性。例如,如果要更換兩個電路板之間的電纜連接,則可以使用剛性-柔性印刷電路板來完成,其中柔性區域將替換電纜。
組件可以作為嵌入式組件埋入PCB電路板中,從而減少了空間需求并提高了可靠性。可以通過銅層的表面特性和各個層之間的間距設置用于高速數據傳輸的阻抗,并且在大電流應用中,可以在電路板上以更大的厚度鋪設銅。
1、層結構決定了設計的成功
不能孤立地看待所有這些方面。并非所有材料都可以相互結合,也不是每個PCB制造商都有所有材料庫存。在開始項目之前,建議與電路板制造商進行技術交流,后者將在以后制造電路板。即使有特殊要求或數量很大,也有必要直接與PCB制造商談談材料選擇或收益分配方面的優化潛力。可以針對成本和制造技術方面的技術要求優化層結構。
對于小批量和中型需求,電路板制造商會提供許多模板(疊層模板),這些模板用于標準材料的層結構。在這些模板中已經指定了材料特性和層高,并且標準化減少了技術查詢的數量,并縮短了成品電路板的交貨時間。
2、運行良好的庫是成功的保證
過去,電子元件的符號和封裝都存儲在一個庫中,以便更快地繪制電路圖和銅結構,以便重復使用元件。如今,將這些幾何元素也與組件的3D模型和數據庫中的元數據鏈接起來很有用。現代布局工具可以使用3D信息生成3D視圖,以便可以虛擬識別與外殼部件或其他電路板的可能碰撞。
開發人員可以使用該數據庫快速選擇其電路元件,并根據參數(例如電氣特性,成本,庫存,許可(UL,RoHS,REACH)以及元件停產或延長交付時間和分配的潛在風險)對其進行過濾。組件數據庫已經經常鏈接到商業商品管理系統和外部信息平臺。這樣就可以電子評估組件制造商隨每次更改發布的更改通知(PCN,產品更改通知)。
進行重大更改后,將導致該組件的新零件號。零件清單還可用于指定在哪個產品中安裝了哪個庫組件,以及必須在哪里進行召回或重新設計。新的組件,審批流程和變更可以通過工作流以受控方式分發給多個人,并與ERP,PLM或商品管理軟件集成。
3、記錄電路圖并模擬關鍵區域
創建原型并使用采樣組件進行測量所需的時間和成本需要修改開發方法。正如可以在機械設計中虛擬地模擬汽車的復雜碰撞測試一樣,也可以模擬處于開發階段的電氣組件的某些方面。可以使用PSpice分析模擬電路元件和寄生特性,例如電感,耦合和電容。
印刷電路板上的高數據傳輸速率意味著信號邊緣非常陡峭。這在相同程度上對信號完整性提出了很高的要求。可以使用布局的模型或提取非常精確地模擬阻抗跳躍和串擾。此處使用特殊的求解器,該求解器考慮了一致性測量中所需的接口(如PCI Express或DDR4內存)的所有參數。
較低的電源電壓可延長電池壽命,但會使電路板上電源的穩定性非常困難。使用功率樹,可以將供電系統中的所有元件記錄在電路圖中,從而可以正確確定系統分支的功率。一旦創建了布局,就可以在電源完整性仿真中分析和優化負載和阻塞電容器的物理特性和位置。
在仿真中,可以考慮電流密度和自熱直至穩態的相互作用,而且還應考慮不同的環境溫度和組件內部的最大允許溫度。針對信號完整性和電源完整性進行了穩健設計的PCB設計也明顯不易受到電磁干擾的影響。通過虛擬控制和優化,EMC實驗室中的測試更少,重新設計的次數也更少。
4、約束管理器確保游戲規則正確
要遵守的設計規則數量正在迅速增加。如今,具有成千上萬條要遵守的規則的PCB設計已經很普遍,并且如果沒有軟件支持,就無法有效地實施。聰明的布局系統具有帶有集成設計規則檢查的約束管理器。可以將設計規則分配給組件的元素,即組件,連接網絡或銅表面。約束管理器的粒度在這里很重要,以便專門指定一般設計規則的特殊情況和例外,并在設計審查期間進行驗證。
此外,可以將復雜規則集(例如,用于DDR3內存拓撲的規則集)保存在庫中。如果要使用這種拓撲,則可以為規則集分配數百個詳細信息,以便分配所有規則,例如阻抗,最小和最大線長,過孔數量或最大層更改數量。通過此分配,PCB編輯器可以了解規則,并可以在布線過程中將其與布局進行比較。如果開發人員違反了規則,則類似于字處理中拼寫更正的錯誤標志會實時將其告知違規。這使您可以立即對錯誤做出反應并消除它。
5、DFM規則集可確保可制造性
通常將PCB布局作為Gerber文件輸出,然后使用華秋DFM軟件檢查所有數據的可制造性。然后,根據華秋DFM給出的建議略微更改設計,提升PCB設計數據的可制造性。
為了幫助行業降低PCB設計成本,華秋將原本只用于企業內部檢測的DFM軟件公開。通過華秋提供的免費DFM軟件,電路板開發人員可以利用華秋DFM軟件給出的建議更好的優化PCB設計。減少設計過程中的缺陷,降低PCB的制造成本,提升PCB制造效率。
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