Navigieren durch die Gefahren der Entwurfsprüfung

Design-Reviews lassen selbst den erfahrensten Ingenieur erschauern. Egal wie viel Zeit, Mühe und Überprüfung investiert wurde, besteht immer noch die Angst, dass etwas übersehen worden sein könnte. Dieses Papier wird einige einfache Filter- und Hervorhebungstechniken ansprechen, um kritische Komponenten und Netze visuell zu isolieren... alles in dem Bemühen, Ihr nächstes Design-Review ein wenig weniger stressig zu machen.

EINFÜHRUNG

Die Sicherstellung der Konnektivität bei der PCB-Designprüfung ist einer der wichtigsten Teile des Designs. Wenn zu irgendeinem Zeitpunkt ein einzelnes Netz schlecht verwaltet wird, kann dies zu Problemen im Produkt führen, deren Behebung ein Vermögen kosten kann. Egal wie gut das Design theoretisch ist, es hängt stark von Tests des Produkts gegen verschiedene Hindernisse ab, wie Komponentenplatzierung, thermische Ereignisse, Rauschen und ein ordnungsgemäßer Designfluss der Leistung.

Software ist heutzutage der beste Freund jedes Ingenieurs, um diese Art von möglichen Problemen vor der Produktion von Prototypen und Endprodukten zu simulieren. Dies ist eine Form der Abschreckung, die das Bewusstsein für Probleme fördern und den heiligen Gral des Designs erreichen kann, der als „Erster Versuch ein Treffer“ bezeichnet wird.

VIRTUELLE REALITÄT DER PCB

Jedes Produkt beginnt mit einem Konzept, wie es funktionieren sollte. Im großen Ganzen beginnt das Produkt mit einem Schaltungsdesign, bei dem eine Idee in die Realität umgesetzt wird. Genau wie unsere menschliche Anatomie wird jeder Punkt unseres Körpers eine Aufgabe in Einheit ausführen, die unsere Umgebung und die Art, wie wir unser Leben leben, verändern wird.

In der Welt des PCB-Schaltungsdesigns beginnt die elektrische Konnektivität typischerweise auf der Schaltungsebene zwischen den Komponentenpins mit Drähten. Um jedoch diese Verbindungen zu identifizieren, ist es eine gute Praxis, diese Verbindungen so zu benennen, dass sie leicht von ihrem Ursprungsort bis zu ihrem Endziel verfolgt werden können. Netzbezeichnungen sind benutzerfreundliche Kennzeichner, die es einem Designer ermöglichen, Punkte in einem Schaltkreis zu verbinden, ohne sie tatsächlich physisch mit einem Draht zusammenzuschließen.

Ist das Rückgrat des Entwurfs im Schaltplan fertiggestellt, besteht die nächste Herausforderung darin, diese im PCB-Layout-Umfeld zu verwalten. Klassische Software exportiert oft eine Netzliste in die PCB-Umgebung, sodass die Footprints oder Decals die zugewiesenen Netznamen auf ihren zugehörigen Landepads erhalten. Mit moderner Technologie wurde diese Methode durch Automatisierung des Übertragungsprozesses mittels direktem ECO-Prozess verbessert, wodurch die manuelle Exportierung der Netzlistendatei entfällt.

Die Verwendung separater Tools für jede Phase des Entwurfsprozesses macht es extrem schwierig, Ihre Entwurfsdaten zu verwalten. Jedes Tool hat seine eigene Art, seinen Teil des gesamten Entwurfsrätsels zu modellieren. Unterschiedliche Komponentenmodelle, Dateiformate und Netzlisten, all diese zusammenzuführen, kann ein Albtraum sein. Der Entwurfsprozess in Altium Designer ist anders. Ob Sie Ihren Schaltplan bearbeiten, eine Platine layouten oder sogar FPGA-Design durchführen, in jeder Phase interagieren Sie mit einem einzigen einheitlichen Modell des Entwurfs. Jede Komponente des Entwurfsprozesses in Altium Designer enthält diese einheitlichen Daten. Es ist eine vollständige Darstellung dessen, was eine Komponente in der realen Welt tatsächlich ist. Nicht nur, dass dieses einheitliche Datenmodell eine schnelle und genaue Synchronisation jedes Teils des Entwurfs erleichtert, es bedeutet auch, dass Sie beim Übergang zur Fertigung sicher sein können, dass alle Ihre Ausgabedaten validiert, konsistent und fertigungsreif sind.

DIE NADEL IM HEUHAUFEN

Ein Bauteil im Layout zu finden, ist ziemlich mühsam, besonders wenn man nicht weiß, mit welchen anderen Bauteilen dieses spezifische Bauteil verbunden sein sollte. Altium bietet eine Lösung, bei der Benutzer die Ansichtsfilteroptionen leicht anpassen können, um nur die notwendigen Komponenten im PCB-Designfluss anzuzeigen. Dies macht den gesamten Designprüfungsprozess leicht zu betrachten und zu navigieren (Abbildung 1).

Der Vorteil der Verwendung einheitlicher Datenmodelle besteht darin, dass sie niemanden davon abhält, Objekte nur in der gedruckten Schaltungsplatte-Umgebung zu finden. Die Cross-Probing-Funktion ermöglicht es Benutzern, eine Gruppe von Komponenten aus dem Schaltplan auszuwählen und dann automatisch ihre Footprint-Gegenstücke in der PCB-Umgebung auszuwählen.

Abbildung 1: Altium Designer ermöglicht es Ihnen, Komponenten in Ihrem Entwurf einfach und schnell zu finden.

Je näher das Design seiner Fertigstellung kommt, desto herausfordernder wird es, Verbindungen auf der Leiterplatte herzustellen, da der Platz durch Kupferbahnen, die sich über die gesamte Platine erstrecken, begrenzt wird. Es ist wesentlich, dass unnötige Informationen aus der Ansicht ausgeblendet, maskiert oder herausgefiltert werden. RF-Designs sind ein gutes Beispiel dafür, da bestimmte Netze mit besonderer Vorsicht behandelt werden müssen. Die Identifizierung von Netzen, die Teil des Kommunikationsgeräts sind, hat höchste Priorität, und das Filtern dieser Netze kann den Erfolg und die Zuverlässigkeit des Produkts bestimmen. Ein Designer sollte die volle Kontrolle darüber haben, welche Netze angezeigt werden müssen, die Gesamtlänge der Leiterbahn und ob es andere Pads gibt, die nicht verdrahtet sind.

Abbildung 2: Netze, wie RF-Schaltkreise, können maskiert und gesteuert werden.

Abbildung 3: Die Pads für das ausgewählte RF-Netz sind hervorgehoben.

DAS VIRTUELLE BOARD VOR DEM ECHTEN BOARD

PCB-Designer verlassen sich üblicherweise auf Gerber-Dateien, um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie ihre Platine nach der Produktion aussehen würde. Dies ist eine Einschränkung, da sie nur in 2D betrachtet werden kann. Eine gute Möglichkeit, das Board wirklich zu sehen, ist die Navigation im Inneren in 3D, Abbildung 4, um den Weg der Leiterbahnen und ihre Verbindungen zwischen den Schichten mit Vias und Pads zu sehen.

Abbildung 4: Mit 3D können Sie die Leiterbahnen im Inneren der Platine sehen.

Die Lötmaske kann ebenfalls betrachtet werden, um sicherzustellen, dass eine ordnungsgemäße Abdeckung erreicht wird, wie in Abbildung 5 gezeigt. Dies ist eine dünne, lackähnliche Schicht aus Polymer, die normalerweise auf die Kupferbahnen aufgetragen wird, um Oxidation während des Herstellungsprozesses zu verhindern. Eine weitere Verwendung dafür ist, das Bilden von Lötzinnklumpen zu verhindern, die unbeabsichtigte Verbindungen zwischen Leitern verursachen können. Dies wird als Lötbrücke bezeichnet.

Abbildung 5: Die Lötmaske kann hier in Blau betrachtet werden.

SCHLUSSFOLGERUNG

Leiterplattendesign mag komplex sein, aber es ist durchaus möglich, Herausforderungen mit Hilfe von Such- und Filterpanels zu überwinden. Diese Funktionen zu nutzen, egal ob man Anfänger oder Veteran im PCB-Design ist, bedeutet, dass der einzige Weg nach vorne führt. Hier sollte Ihr Design-Tool helfen, Mängel im Design zu minimieren und die Produktivität durch Automatisierung seiner Umgebung zu steigern.