Die wesentlichen Werkzeuge, die Sie für das PCB-Design benötigen

Ob Sie ein Haus bauen oder eine Leiterplatte (PCB) erstellen, Sie benötigen die richtigen Werkzeuge in Ihrer Werkzeugkiste. Jeder Designer muss CAD-Werkzeuge für die Komponentenplatzierung haben, aber selbst kommandozeilenbasierte CAD-Software kann für eine genaue Komponentenplatzierung verwendet werden. Da moderne elektronische Geräte auf allen Ebenen komplexer werden, benötigen Designer Werkzeuge, die wesentliche Entwurfsaufgaben beschleunigen.

Die Auswahl des richtigen Sets an PCB-Designwerkzeugen erfordert die Abwägung einer Reihe von möglichen Optionen. Es gibt viele Softwarepakete auf dem Markt mit unterschiedlichen Fähigkeiten, und niemand hat Zeit, eine kostenlose Testversion jedes Softwarepakets zu nutzen. Einige dieser Designplattformen arbeiten immer noch mit demselben veralteten Workflow, den sie vor 20 Jahren verwendet haben. Mit diesem Hintergrund werfen wir einen Blick auf einige wesentliche Werkzeuge, die jeder Designer in seiner PCB-Designsoftware haben sollte.

Schaltplanentwurf und -erfassung

Ihr Elektronikschaltplan ist wie das Fundament eines Hauses. Alles, was Sie auf Ihrer Platine platzieren, basiert auf diesem grundlegenden Dokument. Dieses wichtige Dokument zeigt, welche Komponenten Sie für Ihre Platine benötigen, wie sie verbunden sind und die Lage der Strom- und Masseverbindungen. Mit dem richtigen Schaltplaneditor können Sie Ihr Layout einfach planen und Ihre Platinen annotieren.

Mit einem Schaltplan-Editor bleibt Ihr Board organisiert, aber die Arbeit mit einem einzigen Schaltplan kann unhandlich werden, sobald Ihre Entwürfe komplexer werden. Sobald Sie beginnen, mehrere Funktionen auf Ihrem Board zu integrieren, können Sie die Dinge durch die Arbeit mit hierarchischen Schaltplänen organisiert halten. Dies ermöglicht es Ihnen, Komponenten basierend darauf, wie sie in funktionale Blöcke passen, in verschiedene Schaltpläne zu unterteilen, und Sie können Eltern-Kind-Beziehungen zwischen Ihren Schaltplänen definieren.

Die Arbeit mit Werkzeugen für das Multi-Channel-PCB-Design hilft Ihnen nicht nur, organisiert zu bleiben, sondern ermöglicht es Ihnen auch, Gruppen von Komponenten innerhalb hierarchischer Schaltpläne leicht zu duplizieren. Sobald Sie Ihren Schaltplan erfassen als eine anfängliche Layout, werden diese duplizierten Gruppen von Komponenten auf Ihr neues Board übertragen. Sie können dann damit beginnen, Verbindungsleitungen zwischen den Komponenten zu verlegen sowie Ihre Strom- und Erdungsanschlüsse zu platzieren.

Hierarchische Schaltpläne helfen Ihnen, Beziehungen zwischen verschiedenen Blöcken in Ihrem PCB zu definieren

Routing-Funktionen

Sobald Ihr Schaltplan als erste Layoutvorlage erfasst ist, stehen Ihre CAD-Tools bereit, um Ihnen bei der Platzierung Ihrer Komponenten und dem Verlegen von Leiterbahnen zu helfen. Das Routing ist jene kritische Aufgabe, die die physischen Verbindungen zwischen den Komponenten auf Ihrer Platine definiert. Bei einfachen Designs ist es eine leichte Aufgabe, jede Verbindung von Hand zu routen und Ihr Layout mit Ihren Designregeln abzugleichen. Doch sobald Ihre Platine komplexer wird und die Anzahl der erforderlichen Verbindungen zunimmt, können Werkzeuge, die den Routing-Prozess automatisieren, Ihnen eine enorme Zeitersparnis bringen.

Die Debatte über die Vorzüge von Autoroutern und interaktiven Routern scheint ewig zu sein. Für einfache Platinen, die keine differentiellen Paare, eine große Anzahl von Signalleitungen oder Beschränkungen hinsichtlich der Anzahl von Vias bei einer Verbindung involvieren, können Autorouter immer noch ein anständiges Layout produzieren. Beachten Sie, dass in diesen Fällen Ihr Autorouter ein besseres Layout erstellen wird, wenn Sie eine geeignete Routingstrategie definieren können.

Dies ist der Punkt, an dem das auto-interaktive Routing zu einem wichtigen PCB-Designwerkzeug wird. Ein auto-interaktiver Router vereint die besten Aspekte eines Autorouters und eines interaktiven Routers. Sie können manuell Wegpunkte entlang einer Verbindung für ein bestimmtes Signalleitungsnetz definieren, und das Werkzeug wird automatisch die Leiterbahnen in dem Netz zwischen der Quellkomponente, diesen Wegpunkten und Ihrer Lastkomponente routen.

Die Erstellung dieser Art von Layout ist mit einem auto-interaktiven Router

Signalintegrität und Stromversorgungsanalyse

viel einfacher. Wenn es um Signalintegrität geht, schalten moderne digitale ICs schnell genug, dass es für fast jeden Designer wichtig wird, sicherzustellen, dass die Signale sauber bleiben. Die Gewährleistung der Signalintegrität erfordert wirklich das Design der richtigen Lagenstapel, der Leiterbahnbreite und der Massefläche für Ihre spezielle Anwendung. All dies sind Aufgaben für CAD-, Routing- und Platinendesign-Tools.

Wenn Sie mit dem richtigen Signalintegritätspaket arbeiten, können Sie Reflexions- und Übersprechwellenformen in verschiedenen Netzen untersuchen. Dies hilft Ihnen zu bestimmen, wann eine Terminierung notwendig ist und welches Anpassungsnetzwerk Sie in verschiedenen Leiterbahnen verwenden sollten.

Wenn es um Stromversorgung und thermisches Management geht, ermöglicht Ihnen die Arbeit mit einem Power Delivery Network Analyzer (PDNA), IR-Verluste in Ihren Leiterbahnen, Strom- und Masseebenen sowie Vias zu bestimmen. Ihr PDNA sollte Spannungs- und Stromdichteresultate unter Verwendung eines intuitiven Ausgabeformats liefern. Die besten Tools zeigen Ihnen eine interaktive Farbkarte, die es Ihnen ermöglicht, Ihre Platine visuell auf potenzielle thermische Probleme bei der Stromversorgung und übermäßigen IR-Abfall zu untersuchen.

Farbkarte, die die Stromversorgung durch eine PCB zeigt

PCB-Design-Tools, basierend auf einem regelgesteuerten Motor

Vielleicht ist der wichtigste Teil des PCB-Designs sicherzustellen, dass Ihr Design den grundlegenden Designregeln entspricht. Ihre Designfunktionen sollten Ihre Entwurfsdaten gegen diese Regeln prüfen, während Sie Ihr Layout erstellen, sodass Sie Probleme schnell identifizieren und bei Bedarf korrigieren können. Ihre Designregeln können auch die Funktionalität Ihrer CAD- und Routing-Funktionen einschränken und Ihnen helfen, wichtige Standards in Ihrem Design einzuhalten.

Andere PCB-Designpakete trennen diese wichtigen Funktionen in verschiedene Programme, was Sie dazu zwingt, Ihre Daten zu exportieren und erneut zu importieren, wenn Sie zwischen Programmen wechseln. Sie werden gezwungen sein, einen komplizierten Umweg zu finden, wenn neue Versionen veröffentlicht werden und es besteht ein reales Risiko, dass Ihre alten Daten plötzlich unzugänglich werden. Die Arbeitsabläufe und Schnittstellen in dieser Umgebung sind über die Designwerkzeuge hinweg inkonsistent, was die Lernkurve verschärft und die Designproduktivität reduziert.

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