In der heutigen Designlandschaft ist es Aufgabe des Designers, das Platinenlayout zu beherrschen, so wie der Ingenieur die Schaltung beherrscht. Eine der Möglichkeiten, wie ein Leiterplattendesigner diese Meisterschaft unter Beweis stellen kann, sind hochwertige Platzierungs- und Entflechtungstechniken, die aus dem Lesen und Verstehen der Datenblätter und Anwendungshinweise des Herstellers gewonnen werden.
Die sich verändernde Rolle des Designers
In der Vergangenheit nutzten die Konstrukteure die Datenblätter für Informationen über Gatter und Grundfläche und nur selten die Anwendungshinweise. Sie verließen sich darauf, dass die Ingenieure die Komponenten und/oder die Schaltung erklärten und auf kritische Platzierungen oder Routings hinwiesen.
Aber heute ist die Rolle des Designers aufgrund der zunehmenden Komplexität der Signale, der Lagenstrukturen, der sich ändernden Leiterplattenmaterialien und einer Vielzahl von Fertigungsproblemen wichtiger geworden. Die Designer müssen wissen, wie die Signale auf einer bestimmten Leiterplatte reagieren und wie sie zu steuern sind. Sie müssen verstehen, wie sich ein scheinbar unbedeutender Punkt auf andere Designaspekte auf der Leiterplatte auswirken kann - alles Punkte, die der Schaltungsingenieur möglicherweise nicht vollständig kennt oder versteht.
Die Entwicklung der Herstellerinformationen
Die Herstellerinformationen ändern sich ebenso wie die Bedürfnisse der Designer. Heute sind Informationen enthalten, die noch vor wenigen Jahren nicht notwendig oder nicht verfügbar waren. Zu diesen Informationen gehören die Signalanstiegs- und -abfallzeit, Quellen- und Lastinformationen der Stifte, die Impedanz in Elektrizität, ein Maß in Ohm für den Grad, in dem ein elektrischer Schaltkreis dem Stromfluss widersteht, wenn eine Spannung über seine Anschlüsse angelegt wird, Probleme, Erkenntnisse über die Platzierung, RoHS-Probleme, Montageinformationen und vieles mehr.
Die Kenntnis der Anstiegs- und Abfallzeit von Komponenten ist heute viel wichtiger, weil die Signalzeiten viel schneller sind und es viel mehr Wissen und Designaufwand erfordert, Signale richtig zu routen. Wir können uns nicht darauf verlassen, dass die Taktrate uns sagt, was wir wissen müssen. Wenn Sie einen Kurs über Hochgeschwindigkeitsdesign besuchen, werden Sie erfahren, warum die Steuerung selbst auf einer Karte mit niedriger Taktrate notwendig ist. Leider sind diese Informationen nicht immer in den Datenblättern oder Anwendungshinweisen der Hersteller zu finden, obwohl dies der erste Ort wäre, um danach zu suchen.
Die Bedeutung der Anschlussbelegung und Signalführung
Wie kann ein Designer Bauteile platzieren, wenn er nicht weiß, von welchem Bauteil ein Signal ausgehen kann? Wie kann er eine Platine routen, wenn er nicht weiß, ob das Signal kritische Routing-Techniken oder Stub erfordert?
Stubs werden für eine Vielzahl von Zwecken verwendet. Beispielsweise könnte ein Stub in einem Client-Rechner und ein Gegenstück in einem Server installiert sein, wobei beide benötigt werden, um ein bestimmtes Protokoll, eine Fernsteuerungsprozedur oder eine Längensteuerung auf ihrer jeweiligen Karte zu lösen. Die in den Datenblättern angegebene Pin-Belegung sollte in die Bibliotheksteile übernommen und als Quelle oder Last (Ausgang oder Eingang) definiert werden, wobei auch die Funktion eines Signals als Bus, Takt, Freigabe, Lesen/Schreiben usw. festgelegt wird.
Dies ermöglicht den Zugriff auf die Informationen, die während des Layout- und ECO-Prozesses benötigt werden. "Langsame" Leiterplatten verzeihen schlechtere Platzierungs- und Entflechtungstechniken, aber da alle hergestellten Teile immer schneller werden, ist es eine gute Idee, Leiterplatten unter Berücksichtigung dieser Überlegungen zu entwerfen, auch wenn sie heute irrelevant sind, da bei späteren Reparaturen an der Leiterplatte unweigerlich schnellere Teile verwendet werden.
Impedanzspezifikationen und Buslängenanpassung
Die Datenblätter der Hersteller enthalten manchmal Impedanzspezifikationen, die für einen Bus oder Signale erforderlich sind. Diese Informationen sind für die Signalintegrität äußerst wichtig und sollten so genau wie möglich befolgt und in das Platinen-Design integriert werden. Die Methode, mit der diese Impedanz erreicht wird, ist weniger wichtig als die Erfüllung der Anforderung.
Wenn also in den Herstellerangaben eine bestimmte Leiterbahnbreite, -dicke, -abstände usw. angegeben sind, sollte geprüft werden, ob die Anforderungen auf der Leiterplatte umgesetzt werden können. Oft ist dies nicht der Fall, und der Entwickler muss berechnen, wie er die erforderliche Impedanz mit anderen Methoden erreichen kann.
Informationen zur Anpassung der Buslänge können auch in den Anwendungshinweisen enthalten sein. Der zulässige Längenversatz (oder die Ankunftszeitdifferenz zwischen den Signalen) wird durch den empfangenden Teil des Busses bestimmt und beträgt in der Regel 20 bis 60 psec, was etwa 0,100 bis 0,300 Zoll entspricht.
Auch hier sollten die Angaben auf dem Datenblatt sorgfältig auf ihre Genauigkeit geprüft werden, wenn sie eine willkürlich hohe Toleranz von +/- 0,50 Zoll angeben. Konstrukteure sollten Zeitangaben gegenüber Längenangaben bevorzugen, da sich Signale auf den äußeren Lagen der Leiterplatte schneller bewegen als auf den inneren Lagen.
Überlegungen zu Platzierung und Routing
Die Platzierung und das Routing von Bauteilen allein auf der Grundlage von Herstellerangaben ist nicht unumstritten, aber dennoch eine Überlegung wert. Auch wenn die Informationen möglicherweise nicht alle spezifischen Probleme einer bestimmten Leiterplatte berücksichtigen, sollte der Designer die technischen Daten des Herstellers lesen und verstehen, um die Anforderungen des Bauteils zu verstehen. Wenn die Informationen für ein bestimmtes Design nicht zutreffend zu sein scheinen, kann ein Gespräch mit dem Schaltungsdesigner, dem Hersteller oder den Test- und Reparaturfachleuten angebracht sein.
Einbeziehung neuer Fertigungsaspekte
Der Konstrukteur muss auch neue Fertigungsaspekte, einschließlich Informationen zur RoHS-Konformität, in das Bauteil- und Platinenlayout einbeziehen. Dazu gehören unter anderem der Typ oder die Größe der erforderlichen Lötmaske, die Art der Lötpaste oder die Schablonendicke, der Rakeldruck, die Größe und Form der Pastenöffnung, die Spezifikationen der Stufenschablone, die Reinigungsinformationen, die Wärmezyklen sowie die Informationen zum Wellen- und Reflowlöten.
Schlussfolgerung
Designer müssen lesen und lernen, technische Daten und begleitende Designanforderungen zu berücksichtigen, um die heute benötigten Leiterplattenlayout-Meister zu werden. Unabhängig davon, ob ein neues Design komplex, weit offen, langsam oder schnell ist, müssen die Signalintegrität und die EMI (RFI) von Chips und anderen elektronischen Geräten berücksichtigt werden. Die zulässigen Grenzwerte werden von der FCC festgelegt. (und damit die Leistung der Leiterplatte) können durch die Platzierung der Komponenten und die Verlegung der Leiterbahnen beeinflusst werden. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass der Designer die vom Hersteller bereitgestellten Informationen versteht und alle zutreffenden Daten in sein Platinenlayout einbezieht.
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