Wohin mit all den Teilen? Richtlinien für die Positionierung der Bauteile beim PCB-Layout

Als ich zuerst gelernt habe, „Hearts“ zu spielen, war ich immer besorgt, wie ich die drei Karten aus dem Stegreif weitergeben sollte. Was wäre, wenn ich damit einem Gegner zuspielen würde? Als ich es oft genug gespielt hatte, ich dann den Dreh schließlich raus. Ich konnte bestimmte Kartenmuster erkennen und damit die beste Auswahl treffen. Aber bis es so weit war, fühlte es sich immer so an, als ob ich die Karten zufällig auf dem Tisch verteilte. 

Als ich zum ersten Mal Leiterplatten entwarf war es ähnlich wie bei diesem Kartenspiel, besonders wenn es um das Platzieren der Bauteile ging. Ich hatte noch nicht gelernt, weshalb bestimmte Bauteile neben bestimmten anderen Bauteilen angeordnet werden mussten, und mir war auch noch nicht klar, dass ich den Schaltplan zu Rate ziehen musste, um optimale Platzierungs-Entscheidungen zu treffen. Ich richtete mich bei der Positionierung danach, wohin die Führungen wiesen, selbst wenn das nicht der beste Platz für das Bauteil war.

Mit der Zeit sammelte ich mehr Erfahrung mit dem Leiterplattendesign, verbesserte meine Fähigkeiten und entwickelte einen guten Ablauf für die Bauteilplatzierung. Bei der Platzierung gibt es einige wichtige Schritte, wie etwa das Floorplanning und die Reihenfolge der Bauteilplatzierung. Richtig angewandt, kann all dies sehr hilfreich sein. 

Anordnung der Bauteile und Floorplanning

Ebenso wie ich meine Spielkarten nach Farben sortiere, ist es meiner Erfahrung nach auch sehr hilfreich, alle Bauteile so anzuordnen, wie sie später platziert werden müssen. Hierbei gehe ich in zwei Schritten vor. Zunächst mache ich mir für die Platzierung einen Grundriss (Floorplanning). Ein solcher Grundriss ist eine Planskizze für die Positionierung der Bauteile, bevor es an die eigentliche Platzierung der Bauteile auf der Leiterplatte geht. 

Ob ich diesen Grundriss selbst anfertige oder jemand anders, ist dabei gleichgültig. Ich habe festgestellt, dass es sehr nützlich ist, wenn man zu Beginn schon weiß, wohin die Bauteile gehören, anstatt sie wahllos zu verteilen. So kann ich besser eine Platzierung erarbeiten, die das Leiterbahnrouting und eine gleichmäßige Spannungsverteilung berücksichtigt.

Anschließend übertrage ich meine Bauteile in logischen Gruppen vom Schaltplan auf meinen Bildschirm. Dabei ist es besonders hilfreich, Bauteile durch Cross-Probing aus dem Schaltplan auszuwählen. Ich kann eine Gruppe von Bauteilen auswählen, die alle einem Schaltkreis angehören, und diese Gruppe außerhalb des Leiterplattenrands in der Nähe der Position platzieren, wo sie gemäß meinem Grundriss später landen werden.

^{Die Positionen von Steckverbindern müssen exakt zum übrigen System passen}

Richtlinien zur Positionierung von Bauteilen beim Leiterplattenlayout

Wenn Sie „Hearts“ spielen, dann spielen Sie bestimmte wichtige Karten zuerst aus, um strategische Ziele zu erreichen; zum Beispiel, die Pik Dame zu ziehen. Auch vor der Platzierung von Bauteilen sollten Sie sich eine Strategie zurechtlegen. Dazu folgen jetzt hier einige Richtlinien:

• Platzieren Sie die festen Anker-Bauteile zuerst: Dazu gehört alles, was eine Schnittstelle zum dem System aufweist, in das Ihre Leiterplatte eingebaut wird. Steckverbinder, Schalter, Lautsprecher, Leuchten etc. sind Beispiele für Bauteile, die an bestimmten Positionen angebracht werden müssen, damit sie zusammen mit dem restlichen System funktionieren. Mechanische Bauteile wie Abstandshalter, Schrauben, Muttern oder Auswerfer müssen ebenfalls an bestimmten Stellen platziert werden. 

• Platzierung der Haupt-Schaltkreise: Sobald die feststehenden Bauteile untergebracht sind, können Sie mit der Hauptschaltung beginnen. An dieser Stelle ist der Grundriss wirklich hilfreich, um einen Überblick über die Hauptschaltkreise zu bekommen. 

• Platzierung von Bypass-Kondensatoren und weiteren zugehörigen Schaltungen: Diese müssen neben den Bauteilen, mit denen sie verbunden sind, platziert und auf diese ausgerichtet werden. Zum Beispiel können Widerstände, die zu einer Wellenleitung gehören, nicht auf der anderen Seite der Leiterplatte platziert werden. Das würde die Routing-Topologie der Wellenleitung völlig zunichte machen. Bauteile wie diese Widerstände müssen genau so platziert werden, wie der Schaltkreis im Schaltplan angelegt ist. 

• Achten Sie auf Routing-Anforderungen für Signale und Stromversorgung: Allzu leicht lässt man beim Platzieren der Bauteile die Routing-Anforderungen separater Bauteile außer Acht. Es ist jedoch wichtig, diese im Auge zu behalten, um die Effizienz des Designs zu optimieren. 

• Achten Sie auf potenzielle elektromagnetische Störungen oder thermische Probleme: Hitze, Übersprechen und Interferenzen können die Leistung Ihres Designs empfindlich beeinträchtigen. 

^{Eine fertig platzierte Leiterplatte}

Abschluss der Platzierung und einige hilfreiche Tricks

Sobald Ihre festen Bauteile und die Hauptschaltung platziert sind, können Sie die Platzierung mit den verbleibenden Peripherie-Bauteilen abschließen. Diese Komponenten sind zwar nicht weniger wichtig, aber ihre Positionierung beeinträchtigt die kritischen Routing-Topologien nicht, und außerdem gewinnen Sie mehr Flexibilität bei ihrer Positionierung. Deshalb können Sie sie etwas großzügiger verteilen und erhalten beim Design mehr Freiraum. 

Wenn Sie Ihre Bauteile platzieren, denken Sie daran, dass Ihre PCB-Design-Werkzeuge über viele eingebaute Funktionen verfügen, die hilfreich sein können. Es gibt verschiedene Hilfsmittel für die Platzierung sowie die Möglichkeit, die Anzeige umzuschalten, um die Leiterplatte zu organisieren und zu positionieren. Auch das Cross-Probing zwischen Schaltplan und Layout ist, wie bereits erwähnt, eine sehr nützliche Sache. 

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