Vereinfachen Sie Ihren PCB-Designprozess mit einem modularen Ansatz

Wenn der Übergang von den konzeptionellen Spezifikationen zum tatsächlichen Design nicht richtig geplant wird, kann das modulare Leiterplattendesign sehr zeitaufwendig sein. Viele Faktoren müssen gleichzeitig berücksichtigt werden. Wo sollen die Hauptkomponenten platziert werden, um Platz und Leistung zu optimieren? Auf welche Bauteile kann man verzichten? Zudem müssen Sie überlegen, wo die Subsysteme am besten passen und welche Platzierung die saubersten Leiterbahnen ergibt. Diese anfänglichen Entscheidungen können entmutigend sein und dazu führen, dass man sie entweder lange herausschiebt oder, im schlechtesten Fall, wieder komplett von vorne anfangen muss. Lesen Sie weiter, um eine Lösung für dieses Problem zu finden!

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Als ich das erste Mal im Yosemite-Nationalpark war, hatte ich mich eindeutig übernommen. Große Berge, schlechte Planung, und ein Notfall später musste mein Projekt abgebrochen werden und ich saß wieder im Tal und starrte auf den Berg, den ich nicht bezwingen konnte. Modulares Leiterplattendesign kann wie mein gescheiterter Kletterversuch enden, wenn der Übergang von den konzeptionellen Spezifikationen zum tatsächlichen Design nicht vernünftig geplant wird. Viele Faktoren müssen gleichzeitig berücksichtigt werden. Wo sollen die Hauptkomponenten platziert werden, um Platz und Leistung zu optimieren? Auf welche Bauteile kann man verzichten? Zudem müssen Sie überlegen, wo die Subsysteme am besten passen und welche Platzierung die saubersten Leiterbahnen ergibt. Diese anfänglichen Entscheidungen können entmutigend sein und dazu führen, dass man sie entweder lange herausschiebt oder, wie in meinem Fall in Yosemite, wieder komplett von vorne anfangen muss.

Um komplexe Probleme zu bewältigen, vereinfache ich die Designkonzepte, indem ich sie in virtuelle Komponenten modularisiere.

Bildquelle: Flickr User Uwe Hermann (CC BY 2.0)

Erzwingen Sie den Berg in Etappen

Folgen Sie dem Beispiel der Bergsteiger: Unterteilen Sie Ihr PCB-Design in überschaubare "Seillängen" und bewältigen Sie diese nacheinander, bis Sie den Gipfel erreicht haben. Zunächst sollten Sie Bereiche im Design identifizieren, die in sich geschlossen sind oder eine eindeutige Schnittstelle haben. Später werden diese Bereiche im Detail geplant, aber am Anfang müssen wir nur ihr Vorhandensein auf der Platine vermerken. Sobald sie die Bereiche identifiziert haben, können Sie sie vorübergehend mit einem Platzhalter blockieren, den wir als "Blackbox" bezeichnen werden.  Ähnlich wie bei der Planung einer Kletterroute können Sie sich so zunächst auf das große Ganze konzentrieren und anschließend jeden einzelnen Abschnitt in Angriff nehmen. Die Verwendung von Platzhaltern zur Priorisierung bestimmter Bereiche Ihres Layouts, wird üblicherweise als "Modularisierung Ihres Designs" bezeichnet.

Sie werden feststellen, dass viele der Komponenten in unseren Designs Blackboxen sind, und zwar aus zwei Gründen:

1. Sie bieten eine klar definierte Schnittstelle für ihre Pinbelegung und Spezifikationen.
2. Wir wissen, dass ihre Leistung vordefiniert und spezifisch für ihre Schnittstelle ist. Folglich müssen wir ihre Funktionsweise in der Schnittstelle nicht näher bestimmen. 

Stellen Sie sich vor, wie kompliziert Ihr Projekt werden würde, wenn Sie die interne Arbeitsweise aller Operationsverstärker, CPUs, Regler usw. darstellen müssten. Es würde enorm komplex werden.  

Wir können nun auf diesem Platzhalter-Konzept aufbauen, um den Designprozess in Gang zu bringen. Wenn Sie organisiert arbeiten, haben Sie oft einen Ausgangspunkt, von dem aus Sie Ihr Design in überschaubare Abschnitte aufteilen können. Erinnern Sie sich an Ihre Projektdokumentation? Diese Flussdiagramme, Designübersichten und Benutzerdokumentationen sollten die Funktionsweise Ihres Designs auf einer hohen Ebene darstellen. Diese Dokumente konzentrieren sich auf das Gesamtbild Ihres Designs und sind eine hervorragende Ressource für die anfängliche Modularisierung Ihres PCB-Layouts.

Unabhängig davon, ob Sie diese Dokumente haben oder nicht: Ich empfehle, dass Sie die folgenden Schritte so oft wiederholen, bis das Designkonzept einfach genug ist, um es zu vervollständigen:

• Finden Sie ein Subsystem oder eine Funktionsgruppe, die Sie modularisieren können
• Identifizieren Sie alle Bauteile, die zu der Gruppe gehören
• Identifizieren Sie die Eingänge und Ausgänge (d. h. die Schnittstelle) der Gruppe
• Erstellen Sie eine Blackbox, um die Gruppe und ihre Schnittstelle darzustellen
• Ersetzen Sie die Blackbox durch die identifizierten Bauteile in Ihrem Design

Nachdem Sie Ihre Module definiert haben, können Sie auf Ihrem Schaltplan oder Ihrer Leiterplatte einen ersten Durchgang mit schwarzen Kästen machen, um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie sie zusammenhängen. Dann ist es relativ einfach, das gesamte Design zu entwerfen. Danach können Sie sich dem Inhalt jeder einzelnen Blackbox widmen. Sie können auch die Subsysteme innerhalb einer Blackbox modularisieren; Modularisierung funktioniert auf jeder Ebene.

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Modularisierung: Tools und Techniken

Die meisten Designsoftwares enthalten Funktionen, mit denen Sie Ihr Design modularisieren können. Dadurch können Sie Ihre Module so darstellen, wie es für Sie und Ihr Team am sinnvollsten ist. Die folgenden Funktionen sind üblicherweise verfügbar:

Zeichentools

Verwenden Sie die Zeichentools, um Formen auf Ihrer Platine zu platzieren.  Dies kann ein einfacher Kasten oder etwas Kreativeres sein – was immer Ihnen hilft, organisiert zu bleiben. Sie können auch Linien zeichnen, um Verbindungen zu anderen Bereichen des Designs darzustellen.

Benutzerdefinierte Bauteile

In einigen Design-Softwareprogrammen können Sie benutzerdefinierte Bauteile definieren, falls Sie in den Bauteilbibliotheken nicht alles finden, was Sie benötigen. Möglicherweise können Sie sogar die elektrischen Eigenschaften der Komponente genau genug definieren, um sie in einen funktionierenden Schaltplan aufzunehmen.

Anmerkungen

Verwenden Sie Text, um Ihren schwarzen Kasten darzustellen, oder fügen Sie geschriebenen Text zu einer gezeichneten Form hinzu. Es ist auch hilfreich anzumerken, warum Sie diese Platzierung vorgenommen haben, und die beabsichtigte Funktion des schwarzen Kastens zu definieren. Achten Sie darauf, mit einem Pfeil auf den Teil des Designs hinzuweisen, für den die Anmerkung gilt.

To-dos

Legen Sie für sich selbst Erinnerungen mithilfe von "To-dos" an, um den Inhalt Ihrer Blackboxen zu entwerfen. Die To-dos sollten Ihnen überall im Projekt zur Verfügung stehen. Sie können einem Besitzer zugewiesen, kategorisiert und als erledigt markiert werden.

Modularisieren Sie ihr Design mühelos

Seit meiner ersten Erfahrung im Yosemite-Nationalpark plane ich meine Kletterstrecken besser und bin deutlich erfolgreicher in den Bergen unterwegs. Dasselbe gilt für die Modularisierung Ihres PCB-Designs und zum Glück gibt es Programme, die Ihnen dabei helfen können. Mit Altium Designer^® können Sie Ihr Design modularisieren, den Fortschritt verfolgen und Berichte erstellen. Auf diese Weise verbringen Sie weniger Zeit damit, ängstlich zu planen, wie Sie aus einer schlechten Situation herauskommen, und mehr Zeit damit, ein hervorragendes Produkt zu entwerfen.