ความซับซ้อนของการวางผัง PCB

ในภูมิทัศน์การออกแบบในปัจจุบัน นักออกแบบต้องเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านการวางแผนบอร์ด เช่นเดียวกับวิศวกรที่เป็นผู้เชี่ยวชาญด้านวงจร หนึ่งในวิธีที่นักออกแบบบอร์ดจะแสดงความเชี่ยวชาญนั้นคือผ่านเทคนิคการวางตำแหน่งและเส้นทางคุณภาพ ซึ่งได้จากการอ่านและเข้าใจแผ่นข้อมูลและหมายเหตุการใช้งานของผู้ผลิต

บทบาทที่เปลี่ยนแปลงของนักออกแบบ

ในอดีต นักออกแบบใช้แผ่นข้อมูลสำหรับข้อมูลเกตและฟุตพริ้นต์เท่านั้น และไม่ค่อยอ่านหมายเหตุการใช้งาน พวกเขาพึ่งพาวิศวกรในการอธิบายส่วนประกอบและ/หรือวงจร และเพื่อเน้นความสำคัญของการวางตำแหน่งหรือเส้นทาง

แต่ในปัจจุบัน บทบาทของนักออกแบบมีความสำคัญมากขึ้นเนื่องจากความซับซ้อนของสัญญาณ โครงสร้างชั้น วัสดุบอร์ดที่เปลี่ยนแปลง และปัญหาการผลิตต่าง ๆ นักออกแบบต้องรู้ว่าสัญญาณอาจตอบสนองอย่างไรบนบอร์ดเฉพาะ และควบคุมมันอย่างไร พวกเขาต้องเข้าใจว่าสิ่งที่ดูเหมือนจะไม่สำคัญอาจส่งผลต่อปัญหาอื่น ๆ บนบอร์ด — ซึ่งเป็นสิ่งที่วิศวกรวงจรอาจไม่รู้หรือเข้าใจอย่างเต็มที่

วิวัฒนาการของข้อมูลผู้ผลิต

ข้อมูลของผู้ผลิตเปลี่ยนแปลงไปเช่นเดียวกับความต้องการของนักออกแบบ ข้อมูลที่รวมอยู่ในปัจจุบันซึ่งไม่จำเป็นหรือไม่มีในไม่กี่ปีที่ผ่านมา รวมถึงเวลาขึ้นและลงของสัญญาณ ข้อมูลแหล่งที่มาของพินและโหลด ความต้านทานในไฟฟ้า การวัดเป็นโอห์มของระดับที่วงจรไฟฟ้าต้านทานการไหลของกระแสไฟฟ้าเมื่อแรงดันถูกนำไปใช้ข้ามขั้วต่อ ปัญหา ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการวางตำแหน่ง ปัญหา RoHS ข้อมูลการประกอบ และอื่น ๆ

การรู้เวลาขึ้นและลงของส่วนประกอบมีความสำคัญมากขึ้นในตอนนี้ เพราะเวลาสัญญาณเร็วขึ้นมาก และต้องใช้ความรู้และความพยายามในการออกแบบเพื่อวางเส้นทางสัญญาณอย่างถูกต้อง เราไม่สามารถพึ่งพาความเร็วของนาฬิกาเพื่อบอกสิ่งที่เราต้องรู้ การเข้าเรียนในชั้นเรียนออกแบบความเร็วสูงใด ๆ จะอธิบายว่าทำไมการควบคุมจึงจำเป็น แม้บนบอร์ดที่มีความเร็วช้าก็ตาม น่าเสียดายที่ข้อมูลนี้ไม่ได้ระบุไว้ในแผ่นข้อมูลหรือหมายเหตุการใช้งานของผู้ผลิตเสมอไป แต่ก็เป็นจุดแรกที่ควรมองหา

ความสำคัญของการกำหนด Pin และเส้นทางสัญญาณ

นักออกแบบจะวางส่วนประกอบอย่างไรถ้าไม่รู้ว่าส่วนประกอบใดอาจเป็นแหล่งสัญญาณ? พวกเขาจะวางเส้นทางบนบอร์ดอย่างไรถ้าไม่รู้ว่าสัญญาณต้องการเทคนิคการวางเส้นทางที่สำคัญหรือ Stub?

Stub ถูกใช้เพื่อวัตถุประสงค์หลายอย่าง ตัวอย่างเช่น Stub อาจติดตั้งในเครื่องลูกค้าและอีกตัวในเซิร์ฟเวอร์ ซึ่งทั้งสองจำเป็นต้องแก้ไขโปรโตคอลบางอย่าง ควบคุมความยาวของโปรโตคอลระยะไกลบนบอร์ดของพวกเขา การกำหนด Pin ที่พบในแผ่นข้อมูลควรรวมอยู่ในไลบรารีชิ้นส่วนและกำหนดเป็นแหล่งที่มา หรือโหลด (เอาท์พุตหรืออินพุต) พร้อมกับกำหนดหน้าที่ของสัญญาณเป็นบัส นาฬิกา เปิดใช้งาน อ่าน/เขียน ฯลฯ

สิ่งนี้ให้การเข้าถึงข้อมูลที่จำเป็นในระหว่างกระบวนการวางแผนและ ECO บอร์ด “ช้า” จะยืดหยุ่นต่อเทคนิคการวางตำแหน่งและเส้นทางที่ไม่ดี แต่เนื่องจากชิ้นส่วนที่ผลิตทั้งหมดเร็วขึ้น จึงเป็นความคิดที่ดีที่จะออกแบบบอร์ดโดยคำนึงถึงข้อพิจารณาเหล่านี้ แม้ว่าจะไม่เกี่ยวข้องในวันนี้ก็ตาม เพราะการซ่อมบอร์ดในภายหลังจะใช้ชิ้นส่วนที่เร็วขึ้นเสมอ

ข้อกำหนดความต้านทานและการจับคู่ความยาวบัส

แผ่นข้อมูลผู้ผลิตบางครั้งรวมข้อมูลความต้านทานที่จำเป็นสำหรับบัสหรือสัญญาณ ข้อมูลนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความสมบูรณ์ของสัญญาณและควรปฏิบัติตามและนำไปใช้ในการออกแบบบอร์ดให้ใกล้เคียงที่สุด วิธีการที่ใช้เพื่อให้ได้ความต้านทานนั้นไม่สำคัญเท่ากับการที่ความต้องการนั้นถูกตอบสนอง

ดังนั้น หากข้อมูลของผู้ผลิตระบุความกว้างของเส้นทาง ความหนา ความห่าง ฯลฯ ควรพิจารณาว่าความต้องการนั้นสามารถนำไปใช้บนบอร์ดได้หรือไม่ บ่อยครั้งจะไม่สามารถทำได้ และนักออกแบบจะต้องคำนวณวิธีการที่จะตอบสนองความต้านทานที่ต้องการโดยใช้วิธีอื่น

ข้อมูลการจับคู่ความยาวบัสอาจรวมอยู่ในหมายเหตุแอปด้วย ความคลาดเคลื่อนของความยาวที่อนุญาต (หรือความแตกต่างของเวลาที่มาถึงระหว่างสัญญาณ) ถูกกำหนดโดยส่วนรับบนบัส และโดยทั่วไปอยู่ที่ 20 ถึง 60 psec ซึ่งเท่ากับประมาณ 0.100 ถึง 0.300 นิ้ว

ดังนั้น ข้อมูลในแผ่นข้อมูลควรได้รับการพิจารณาอย่างรอบคอบเพื่อความถูกต้อง หากให้ความคลาดเคลื่อนสูงอย่างไม่มีกำหนดที่ +/- .050 นิ้ว นักออกแบบควรชื่นชอบข้อมูลที่แสดงเป็นเวลาแทนความยาว เพราะสัญญาณเดินทางเร็วกว่าในชั้นนอกของบอร์ดมากกว่าชั้นใน

ข้อพิจารณาสำหรับการวางตำแหน่งและเส้นทาง

การวางตำแหน่งและการเดินสายของชิ้นส่วนโดยอาศัยข้อมูลที่ให้โดยผู้ผลิตเพียงอย่างเดียวอาจก่อให้เกิดข้อโต้แย้ง แต่ก็ยังคุ้มค่าที่จะพิจารณา แม้ว่าข้อมูลอาจไม่คำนึงถึงปัญหาเฉพาะบนบอร์ดแต่ละชิ้น นักออกแบบควรอ่านและเข้าใจข้อมูลทางเทคนิคของผู้ผลิตเพื่อเข้าใจความต้องการของชิ้นส่วน หากข้อมูลดูไม่สมเหตุสมผลสำหรับการออกแบบเฉพาะ อาจต้องมีการพูดคุยกับนักออกแบบวงจร การผลิต หรือบุคคลที่เกี่ยวข้องกับการทดสอบและซ่อมแซม

การบูรณาการปัญหาใหม่ในการผลิต

นักออกแบบต้องรวมปัญหาในการผลิตใหม่ รวมถึงข้อมูลการปฏิบัติตาม RoHS เข้ากับชิ้นส่วนและการวางผังบอร์ด ปัญหาเหล่านี้อาจรวมถึงแต่ไม่จำกัดเพียง ประเภทหรือขนาดของแผ่นกันสนิมที่ต้องการ ประเภทของตะกั่วบัดกรีหรือความหนาของแม่พิมพ์ ตำแหน่งแรงกดของเครื่องกด ตำแหน่งและรูปร่างของช่องเปิดของตะกั่วบัดกรี ข้อกำหนดของแม่พิมพ์ขั้นตอน ข้อมูลการทำความสะอาด วงจรความร้อน และข้อมูลการบัดกรีด้วยคลื่นและการไหลกลับ

บทสรุป

นักออกแบบต้องอ่านและเรียนรู้ที่จะรวมข้อมูลทางเทคนิคและข้อกำหนดการออกแบบที่แนบมาด้วย เพื่อกลายเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านการวางผังบอร์ดที่จำเป็นในปัจจุบัน ไม่ว่าจะเป็นการออกแบบใหม่ที่ซับซ้อน เปิดกว้าง หรือช้าเร็ว ความสมบูรณ์ของสัญญาณและ EMI (RFI) จากชิปและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ ขีดจำกัดที่อนุญาตถูกควบคุมโดย FCC (และผลการดำเนินงานของบอร์ด) อาจได้รับผลกระทบจากวิธีการวางตำแหน่งส่วนประกอบและการเดินสายของเส้นทาง การเข้าใจข้อมูลที่ให้โดยผู้ผลิตและการนำข้อมูลที่เกี่ยวข้องไปใช้ในงานวางผังบอร์ดเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง