O design do PCB impacta muito o desempenho, a integridade do sinal e a confiabilidade do produto final. Especialmente porque as placas de circuito de hoje se tornam mais complexas, compactas e menores, o design do layout do PCB exige muito trabalho e tempo. Problemas como interferência eletromagnética, componentes com defeito, danos à placa ou até mesmo falha total da placa podem resultar do layout inadequado da placa de circuito. Neste artigo, revelaremos como projetar um layout de PCB passo a passo, algumas dicas úteis para projetar e ferramentas comuns de design. Isso lhe dará algum conhecimento e experiência para entender o layout do PCB.
O que é layout de PCB?
PCB Layout é o processo de projetar localizações de componentes, caminhos de trilhas condutoras, larguras de trilhas e outros elementos em uma placa de circuito impresso para garantir que a integridade do sinal da placa de circuito seja mantida e atenda à funcionalidade necessária, ao mesmo tempo em que otimiza o tamanho da placa. Este é o processo de traduzir conceitos de design em documentos concretos que podem ser usados na produção de placas. Um layout de placa de circuito impresso bem-sucedido permite um desempenho ideal.
Como projetar layout de PCB: explicação passo a passo
A partir da compreensão das especificações elétricas do equipamento necessário PCB para a documentação final, abaixo abordaremos as 10 etapas do projeto de um layout de PCB.
Etapa 1 - Entenda os requisitos elétricos
Antes de projetar, precisamos compreender os requisitos elétricos do circuito, como voltagem, requisitos de corrente, componentes necessários, frequência do sinal, tipo de sinal e assim por diante.
Etapa 2: Criando o esquema
Um esquemático é um projeto de layout de placa de circuito impresso para posicionamento e alinhamento de componentes. É uma maneira lógica de criar a representação de um circuito eletrônico. Símbolos são usados conforme diferentes componentes e parâmetros aparecem em diagramas esquemáticos e conectá-los com linhas denota a conexão. Isso é então usado para fazer simulação de circuito para demonstrar que ele funciona eletricamente como esperado.
Etapa 3: Criar layout de PCB
Converta esquemas em layouts de PCB. Selecione o tamanho e o formato apropriados do PCB, que levam em conta o espaço para montagem, os requisitos de dissipação de calor e o encaixe com outros PCBs. Os componentes são mostrados como pegadas com almofadas e linhas de conexão no layout do PCB. Você pode ver como os componentes ficarão fisicamente e serão montados. O software exibe linhas de ar que mostram as conexões elétricas entre os componentes. Essas linhas indicam como os pinos de um componente devem ser conectados a outro componente.
Etapa 4: Projete a pilha de PCB
Você pode escolher o número de camadas necessárias dependendo de quão complexo o circuito é. Elas fazem coisas ligeiramente diferentes em cada camada. A camada isolante isola a camada condutora para evitar interferência, enquanto a camada condutora transmite energia e sinais. Consequentemente, quando o arranjo das camadas foi determinado sensatamente, os materiais das camadas são escolhidos, dependendo de como elas funcionam.
Etapa 5: Defina regras e requisitos de design
Existem muitas regras de design de PCB, e você pode definir as regras de forma flexível para se adequar ao PCB que deseja projetar. É necessário garantir o espaçamento dos fios e o espaçamento dos furos, e a largura de traço apropriada para atender aos requisitos de capacidade de transporte de corrente e impedância. Há espaço suficiente para componentes de soldagem e reparos subsequentes. Além disso, regras relevantes devem ser definidas para permitir a produção em larga escala com base nas capacidades do fabricante. Essas regras precisam ser ajustadas de acordo com as condições reais e são benéficas para a confiabilidade e o desempenho do PCB.
Etapa 6: Posicione os componentes
Cada componente é colocado de acordo com o esquema e layout para ter cada componente na direção certa. A dissipação de calor de componentes de alta potência deve ser levada em conta. Além disso, o circuito pode ser dividido em diferentes áreas dependendo das funções. Reunir componentes que desempenham funções semelhantes resulta em maior integridade do sinal e menor interferência.
Etapa 7: Insira os furos de perfuração
Os furos de perfuração para diferentes tipos de componentes exigem diferentes tamanhos e localizações. Para esta etapa, precisamos pensar cuidadosamente sobre os requisitos de instalação do componente. A técnica de perfuração de PCB e a estrutura de empilhamento impactarão a confiabilidade e a qualidade do PCB.
Etapa 8: Rotear os traços
O roteamento de PCB precisa minimizar a interferência, melhorar a integridade do sinal e atender a requisitos como impedância e gerenciamento térmico. O roteamento deve ser otimizado na largura dos traços, evitando cantos agudos e ângulos retos, e espaçamento correto entre os traços.
Etapa 9: Adicionar etiquetas e marcações
Adicionar etiquetas, marcações e identificação de componentes às placas de circuito é benéfico para a montagem posterior do PCB e melhora a eficiência da produção.
Etapa 10: Gerar arquivos
Antes que o design seja realmente entregue, ele também deve ser verificado por meio de regras de design para garantir que o layout da placa de circuito seja viável. Quando o teste for aprovado, os arquivos de design podem ser feitos para entrar em produção. Gerber Os arquivos contêm informações muito detalhadas sobre o PCB e funcionam como uma ponte importante, ligando o projeto físico com a placa de circuito final e real.
6 dicas importantes para um layout de placa de circuito perfeito
Posicionamento de componente
O posicionamento dos componentes requer muitas considerações, como integridade do sinal, interferência eletromagnética e gerenciamento térmico. Dividir o circuito em diferentes áreas reduz a interferência direta de diferentes módulos funcionais. Os componentes relacionados podem ser combinados, e o layout da placa de circuito é mais claro, bem como conveniente para fiação e teste. Combinar componentes de alta velocidade perto e simultaneamente perto da fonte de alimentação reduz o atraso do sinal e diminui o ruído.
Largura e espaçamento do traço
O espaçamento adequado é muito importante para evitar interferência, diafonia e curtos entre traços adjacentes. Em termos gerais, quanto maior a corrente, maior a largura do traço. No software de design, há utilitários para manter a largura e o espaçamento corretos do traço no layout do PCB.
Marcações de serigrafia e montagem claras
Fornecer marcações e instruções claras na serigrafia, incluindo o nome, parâmetros e outras informações de cada componente, é propício para o posicionamento correto dos componentes pelos trabalhadores da produção durante o processo de montagem. Ao mesmo tempo, também pode ajudar o pessoal de manutenção a identificar e executar a manutenção rapidamente.
Consideração da integridade do sinal
A integridade do sinal é um fator importante em PCBs de alta velocidade. Quando há um problema com a integridade do sinal do PCB, o PCB não funcionará como esperado. A correspondência de impedância, diafonia e reflexões no PCB podem causar distorção do sinal. Você pode escolher algum software de design profissional para detectar o design do layout do PCB e garantir a integridade do sinal.
Gerenciamento térmico
Para componentes que geram muito calor, o design de dissipação de calor é necessário para garantir que eles estejam dentro de uma faixa de temperatura adequada. Os furos passantes podem ajudar os componentes a dissipar o calor gerado. Um dissipador de calor também é um método de transferência de calor para um meio de resfriamento.
Verificação de regras de design
As regras de design de PCB são as regras que precisam ser seguidas para o layout de PCB, que incluem regras de design elétrico, regras de design físico e regras de design de espaçamento. O programa de design verifica o design para garantir que ele atenda às especificações. Onde não estiver em conformidade, ele pode ser otimizado e ajustado a tempo para melhorar a confiabilidade do design.
4 ferramentas populares de layout de placas de PCB para engenheiros e designers
Altium Designer
Este é um software muito famoso para projetar PCBs. Ele fornece uma biblioteca de componentes robusta, uma interface de usuário intuitiva e recursos poderosos. Usuários novatos acharão este software fácil de usar, e ele também é usado por usuários mais experientes. Há um recurso de visualização 3D que mostra o conteúdo da placa em 3D enquanto o projeto da placa é útil para verificar a orientação dos componentes da placa. Ele também fornece um recurso interessante para colaborar equipes que torna mais fácil para as equipes de design trabalharem juntas e acelerar o processo de design.
Cadência Allegro
Um programa de design auxiliado por computador chamado Cadence Allegro acelera o processo de design automatizando a fiação, adquirindo esquemas e verificando regras de design. Ele tem a função de melhorar a capacidade de fabricação otimizando o número de furos perfurados e o posicionamento dos componentes. Os recursos mais avançados do software são a visualização 3D e a capacidade de verificar regras de design. Isso pode aumentar a confiabilidade e a qualidade do design.
KiCad
KiCad é um software de design de código aberto que é gratuito para uso. Este software é mais comumente usado por amadores e pequenas empresas. Ele pode trocar dados rapidamente com designers usando uma variedade de sistemas operacionais, incluindo Windows, Linux e macOS. O KiCad tem uma comunidade de código aberto ativa onde os usuários podem trocar e acessar dados de design.
FácilEDA
É uma ferramenta de design gratuita com uso de página da web. A biblioteca de componentes é poderosa, permitindo que os usuários encontrem os componentes de que precisam rapidamente e, então, concluam seu trabalho de design. O desempenho deste software, no entanto, não é adequado para designs de PCB complexos devido às suas funções limitadas.
Palavras finais
O design do layout do PCB é um processo complexo e crítico. Abrangentemente, múltiplos fatores como desempenho, custo, capacidade de fabricação e assim por diante, devem ter sido considerados no estágio de layout do design. Dada a tendência atual de miniaturização e o ótimo desempenho dos dispositivos eletrônicos hoje, o layout do PCB é projetado em placas menores, o que tem maiores desafios e requisitos mais altos. É um processo rigoroso e continuamente inovador, que desempenha um papel fundamental no desenvolvimento do PCB.
