Thiết kế PCB và Phần mềm CAD: Hiểu rõ những gì điều khiển thiết kế của bạn

Thỉnh thoảng, cụm từ "nguyên tắc pháp quyền" trở thành một phần của các cuộc thảo luận về cách các quốc gia quản lý. Trải qua từ thế kỷ 13 với Magna Carta, "nguyên tắc pháp quyền" nói về sự phát triển của các xã hội hòa bình và công bằng—và nhu cầu về các quyền cơ bản của con người. Cá nhân sống dưới "nguyên tắc pháp quyền" tận hưởng

• Bình đẳng trước pháp luật
• Sự minh bạch của pháp luật
• Một bộ máy tư pháp độc lập và
• Quyền tiếp cận với các biện pháp pháp lý.

Không có quy tắc cho việc quản lý, chúng ta sẽ chứng kiến sự thiếu nhất quán dẫn đến hỗn loạn. Điều tương tự cũng áp dụng cho thiết kế PCB. Không có một nền tảng vững chắc về các quy tắc điện và thiết kế, sự hỗn loạn của các tín hiệu số và tương tự hoạt động ở các tần số khác nhau sẽ trở thành tiếng ồn. Một thế giới đầy rẫy các mạch ồn ào sẽ trở nên kém hấp dẫn khi máy rửa chén thông minh trong 9 trên 10 gia đình phát ra tín hiệu được các vệ tinh gián điệp phát hiện.

Khi chúng ta sử dụng phần mềm CAD để thiết kế PCB, các quy tắc điện sẽ điều khiển quá trình bố trí bảng mạch. Ví dụ, sau khi đặt các linh kiện của bạn, bạn sẽ cần phải định tuyến các đường dẫn nguồn, mặt đất và tín hiệu sao cho các đường dẫn phù hợp với sơ đồ và để đảm bảo rằng thiết kế tuân thủ các quy tắc về tính toàn vẹn tín hiệu, RF và EMC.

Có Điện trong Không Khí

Mặc dù có một số quy tắc dường như được áp dụng khắp mọi nơi, việc tuân theo giới hạn tốc độ có thể không phải lúc nào cũng phù hợp với thiết kế PCB của bạn khi bạn đang đứng xung quanh máy tính. Các quy tắc điện tử phổ biến cho PCB bao gồm:

• Khoảng cách
• Mạch ngắn
• Mạng chưa được nối
• Chân không được kết nối
• Đa giác chưa được đổ

Khoảng cách: Nếu không có khoảng cách đúng giữa các đường mạch PCB, hiện tượng phóng điện có thể xảy ra. Khoảng cách xác định khoảng cách tối thiểu cho phép giữa bất kỳ hai đối tượng nào trên lớp đồng. Tại Hoa Kỳ, tiêu chuẩn UL 60950-1 cung cấp khoảng cách tối thiểu cho phép cho PCB sử dụng trong thiết bị công nghệ thông tin chạy bằng pin và chạy bằng AC. Các bảng trong tài liệu tiêu chuẩn chỉ rõ khoảng cách khoảng cách cho các đường mạch dựa trên điện áp làm việc, mức độ ô nhiễm, nhóm vật liệu PCB, và lớp phủ.

Mạch Ngắn: Việc tăng mật độ linh kiện cho một thiết kế PCB tạo nên môi trường cho mạch ngắn. Thường thì, các thiết kế sẽ cố gắng giải quyết vấn đề mật độ bằng cách sử dụng các pad linh kiện nhỏ hơn. Tuy nhiên, khoảng cách hẹp giữa các pad nhỏ có thể cho phép cầu hàn hình thành. Việc sử dụng các pad nhỏ cũng dẫn đến vấn đề với việc định tuyến trace, từ đó—làm đông đúc các kết nối và ảnh hưởng đến mối hàn. Bất kỳ điều kiện nào trong số này cũng có thể tạo ra môi trường cho mạch ngắn.

Có một số luật quan trọng cho dòng điện và điện áp cần tuân theo.

Mạng Chưa Định Tuyến: Sau khi tạo phác thảo bảng mạch, quy trình thiết kế PCB chuyển sang việc đặt linh kiện và cấu hình các footprint cho thiết bị thiết kế. Các chân của mỗi linh kiện đặt cần được kết nối trước khi chúng ta có thể gọi thiết kế là hoàn thành. Công cụ thiết kế PCB của chúng tôi đại diện cho mỗi kết nối giữa các linh kiện bằng một dây.

Một mạng bao gồm toàn bộ chuỗi các điểm, đất linh kiện, và vias từ điểm nguồn đầu tiên đến điểm nguồn cuối cùng. Các mạng khác nhau có độ rộng khác nhau do nhu cầu chuyển dòng điện khác nhau.

Mạch kết nối hoạt động như một hướng dẫn thiết kế cho biết hai chân cần được kết nối. Khi mạch kết nối đã được thiết lập, bước tiếp theo trong thiết kế bảng mạch là việc định tuyến các kết nối mạch giữa các bộ phận. Quá trình định tuyến chuyển các kết nối mạch thành dấu vết đồng vật lý kết nối các bộ phận trong nguyên mẫu PCB.

Một mạch kết nối đã được định tuyến có tất cả các pad của linh kiện được kết nối thông qua các đường dẫn, cung, pad, via và đa giác. Một mạch kết nối chưa được định tuyến đại diện cho các kết nối xấu, kết nối kém, hoặc kết nối chưa hoàn thành trong mạch. Một đường dẫn chỉ chạm nhẹ vào một via sẽ gây ra lỗi mạch kết nối chưa được định tuyến.

Chân Không Kết Nối: Quy tắc chân không kết nối thêm sự dư thừa vào việc kiểm tra tổng thể cho các kết nối xấu hoặc chưa hoàn thành. Một chân không kết nối không có mạch kết nối được gán hoặc bất kỳ đường dẫn nào được kết nối. Khi thiết kế PCB của bạn, hãy kiểm tra các chân không kết nối ở cấp độ sơ đồ. Nếu thiết kế cố ý để chân không kết nối, đánh dấu chân đó là “No ERC.”

Đa giác Chưa Đổ: Việc đổ đa giác cân bằng đồng đều sự phân bố đồng trên PCB đa lớp. Kết quả là, bảng mạch trở nên ít có khả năng bị cong vênh, uốn cong, và xoắn trong quá trình sản xuất. Sự cân bằng đồng tốt có các dấu vết được phân bố đều đặn trong mỗi lớp trên PCB. Việc lấp đầy các khu vực trống với đồng cân bằng đồng ở lớp đối diện và cung cấp sự đối xứng.

Khi sự phân bố đồng trở nên không đối xứng, tải nhiệt do làm nóng không khí, hàn sóng, hoặc phát triển nhiệt trong quá trình reflow có thể gây ra hiện tượng cong vênh PCB. Một tấm bảng cong vênh sẽ biến dạng theo hình cầu với bốn góc của bảng nằm trên một mặt phẳng. Các bảng bị xoắn sẽ biến dạng theo đường chéo và gây ra một trong các góc của PCB nằm ngoài mặt phẳng của ba góc còn lại.

Đảm bảo rằng bạn có sự đối xứng thích hợp và cần thiết để đáp ứng các yêu cầu thiết kế

Kiểm Tra Quy Tắc Điện Tử Tổng Hợp Mọi Thứ

Phần mềm CAD PCB sử dụng Kiểm Tra Quy Tắc Điện Tử (ERC) để xác minh độ chính xác của sơ đồ và đảm bảo rằng thiết kế của bạn đáp ứng bất kỳ ràng buộc nào đã được thiết lập. Phát hiện một vi phạm quy tắc tại sơ đồ cho phép bạn sửa lỗi trước khi quá trình chuyển từ sơ đồ sang bố trí bảng mạch. Ví dụ, Kiểm Tra Quy Tắc Điện Tử cho mạch ngắn kiểm tra sự ngắn mạch giữa các đối tượng nằm trên các lớp tín hiệu và lớp mặt phẳng.

Với một phần mềm CAD PCB mạnh mẽ, bạn có thể linh hoạt kết hợp mức báo cáo ERC với các bus, biểu tượng mã, linh kiện, dây dẫn, mạng lưới, và các tham số. Nhờ vào sự linh hoạt này, bạn có thể kiểm tra độ rộng khoảng cách, độ rộng dấu vết, và định tuyến của mỗi tín hiệu. Đối với những khả năng phần mềm này, hãy xem xét Altium Designer.

Nếu bạn muốn trao đổi thêm về quy tắc thiết kế và các phương pháp tốt nhất, nói chuyện với một chuyên gia tại Altium ngày hôm nay.