PCB 設計 – 基本的な設計手順とルールの総合ガイド
回路基板の設計プロセスには、時間のかかるステップが含まれており、最大限に従う必要があります。指示に従わないと、設計プロジェクトで PCB 設計にコストがかかることがよくあります。
したがって、ルール、PCB 設計手順、および耐久性、パフォーマンス、および機能性を向上させるために試すことができるいくつかの無料の設計ソフトウェアの概要を説明します。
PCB 設計とは
プリント回路基板の設計は、レイアウト ソフトウェアを使用してルーティングとコンポーネントの配置を組み合わせるプロセスです。この組み合わせにより、PCB 上の電気的接続がさらに定義され、物理的に機能するようになります。
(電子回路設計プロセス)
PCB 設計プロセス ルール
正しいボード設計ルールに従うことで、多くの場合、不必要な遅延と PCB メンテナンスが制限され、PCB の高速化が保証されます。回路設計とコンポーネントの選択に集中することは重要ですが、ルールを無視すると、プロジェクトにデジタル的および物理的にコストがかかる可能性があります。
では、製造可能性のための設計中のルールにはどのようなものがあるでしょうか?
アナログ回路の PCB 設計規則
レイアウト プロセスは次のとおりです。
<オール>SMD PCB デザイン ルール チェック
通常、電子部品といくつかのトレース番号の間に適切な間隔を維持すると、サーフェス ルートをスプリントしやすくなります。
(表面実装技術によるマイクロチップ)
ルーティング オプションに関するルール
まず、選択した表面実装コンポーネント パッケージがルーティング オプションに影響します。さらに、ファンアウト スペースと配線の複雑さが選択に影響する可能性があります。したがって、どちらかを選択できます。
片面 PCB ルーティング; 単純で制限のある回路で使用され、ドリル穴、コンポーネント、ボード エッジ、およびトレースに対して十分なクリアランスが必要です。
両面 PCB ルーティング; ここでは、上面と底面を使用することで、コンポーネントとルーティングに最適な領域が提供されます。
コンポーネント選択ルール
基板の製造と PCB アセンブリを決定するため、スルーホール コンポーネントまたは SMD で使用する SMD の正しいパッケージング タイプを知っておいてください。
2 層 PCB 設計のヒント
製造業者は、多くの場合、性能が制限された 2 層回路基板設計基板を作成します。そのため、FPGA やハイエンド マイクロプロセッサなどの BGA パッケージをデザイン ボード上で配線することが困難になります。
幸いなことに、以下のヒントに従って問題を解決できます。
<オール>
グラウンド バウンスを説明する回路
- また、22uF MLCC などの巨大なデカップリング コンデンサを IC の電源ピンの近くに配置します。コンデンサは、推奨されるレール アプリケーションの約 2 倍の電圧レートでコンパクトなボディにすることができます。
- 第 4 に、最下層/銅面に短いルートを作成し、短くするためにリターン ストラップを使用することもあります。この手順により、信号リターン パスの相互インダクタンスが低く維持されます (シグナル インテグリティが強化されます)。
- さらに、間隔を空けた信号トレースとコンポーネントの調整を採用して、配線が混雑しないようにします。
- 次に、第 2 層にグランド リターンと配線コンポーネントを配置し、信号と電源のパスは第 1 層に残します。ここでは、デザイン ボードの下に耐久性のあるグランド プレーンを使用します。
- 最後に、13 ミルの穴あけ直径、6 ミル (1A の DC) 幅の信号トレース、および 20 ミル (3A の DC を保持) 幅の電源トレースを使用します。小さな機能により、低コストで高い配線密度を実現します。
28 層の PCB デザイン ルール
28 層 PCB 設計のガイドラインにより、エラーのリスクを最小限に抑え、ボード製造時のコストを削減できます。また、メーカーによって要件が異なることに注意してください。したがって、高電力基板のルールは、電源分離、トレース サイズ、および間隔に関しても異なる場合があります。
コンポーネント配線のルール
電気的特性は次のとおりです。
<オール>4 層 PCB 回路図設計には、電源トレース/信号 + 形状、基準 GND、分割 VOUT/VIN、および電源 GND があります。未使用領域を Vout、Vin、および GND の銅層で塗りつぶします。次に、すべての電源パッドを最上層に接続します。
段階的な PCB 設計ガイド
PCB 設計者として、ガイドラインの組み立て方法を使用して、PCB ボードの品質設計目標を達成してください。
- 静電容量の制限、集積回路、電圧など、ボード レイアウト システムの電気的パラメータを常に把握しておいてください。
- 次に、機能/目的の電気的レベルで PCB を設計する回路図を作成します。
- 次に、Altium Designer などの回路図キャプチャ ソフトウェア ツールを使用して PCB レイアウトを作成します。コンポーネントを配置する場所と、目的のデバイスでのボードの操作が表示されます。
- その後、インピーダンス (PCB トレースを伝わる電気の速さ/量) を決定するため、PCB スタックを設計します。
- 5 番目に、IPC の許容基準と標準に基づいて、要件と設計ルールを定義します。さらに、プロジェクトの遅延と絶え間ない改訂を制限するための標準ルールの知識を持つ回路基板プロバイダーを見つけることができます。
- 次に、データシートを使用して、溶融はんだを使用して各コンポーネントをそっと配置します。次に、機械的レイアウトと PCB 設計を介して配置を進めることができます。
(電子部品)
- 接続とコンポーネントに応じてドリル穴を挿入します。フレックス回路基板の半分には両面があり、最下層のドリル穴に接続されています。
(フレックス回路)
- 後で、ドリル穴や受動部品などの部品を組み付けた後、個々のトレースを配線します。次に、ボード レイアウトにマーキング、ラベル、および識別子を含めて、特定のコンポーネントがボード上のどこにあるかを示します。
- 最後に、ボードのアウトラインが完成したら、レイアウト/デザイン ファイルを生成します。これで、PCB のアセンブリ、製造、製造 (コンセプトから生産まで) の正式な準備が整いました。
最高の無料 PCB 設計ソフトウェア
このセクションには、愛好家向けの正当で無料の回路基板設計ソフトウェア/ツールのリストがまとめられています。
それらは次のとおりです。
<オール>
EasyEDA
- 回路メーカー; PCB寸法に制限なく、最大16プレーン層+16信号まで設計できます。さらに、設計ルールのチェック、ネイティブ 3D ビジュアライゼーション、および高度な配線にも役立ちます。ただし、Windows でのみ動作します。
- オートデスク イーグル; 設計ツールには、PCB を設計するための PCB レイアウト エディタと、回路図を設計する回路図エディタがあります。 Mac、Linux、および Windows で利用できるほか、包括的なライブラリ コンテンツ、PCB ルーティング、コンポーネント配置などの機能を備えています。
- オズモンド PCB; これは唯一の MAC ベースの EDA 設計ソフトウェアであり、PCB レイアウト設計と回路図キャプチャをサポートしています。さらに、最大 700 ピンのボードを設計でき、複数のボード層と無制限のボード サイズがあります。
- フリッツ; 設計をPCB、はんだ付けストリップボード、またははんだなしブレッドボードに変換するソフトウェアで簡単な回路をサポートするため、いくつかの教育リソースにとって理想的なPCB設計ツールです。
- キカド; KiCad は、物理設計のために FreeCAD とリンクし、バージョン管理のために GitHub をサポートし、回路シミュレーション (Ngspice) と統合する、人気のあるオープンソースの設計プログラムです。やや古風なライブラリ構造を持っていますが、専門家と初心者向けの強力な一連の機能と機能を備えています。
- 簡単に適用できるグラフィカル レイアウト エディタ (EAGLE)。 これは、包括的なライブラリ コンテンツ、PCB ルーティング、コンポーネント配置などを設計者に提供する EDA 設計プログラムです。さらに、Sieb &Myer および Excellon ドリル ファイルに加えて、PostScript および Gerber レイアウト ファイルを保存できます。
結論
要約すると、PCB 設計に関するいくつかのルールを概説し、ソフトウェア ツールのリストを提供したかもしれません。ただし、いくつかの設計上の課題を見落としていた可能性があります。そのため、サポートが必要な場合は、今すぐご連絡ください。当社のチームのエンジニアリング エキスパートとリンクさせていただきます。
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