Hoe u een PCB-schema ontwerpt: een stapsgewijze handleiding

PCB-schema: wat is het? En waarom is het belangrijk?

A printplaat ontwerp begint met een PCB-schema. Dit schema geeft het elektronische circuit visueel weer als een grafiek, met symbolen voor componenten en lijnen om hun elektrische verbindingen te tonen. Normaal gesproken wordt het PCB-schema ontwikkeld vóór de fysieke printplaatlayout. Zodra is geverifieerd dat het printplaatschema overeenkomt met het beoogde ontwerp en de projectspecificaties, kan worden gewerkt aan de PCB-layout en de fabricage. Een PCB-schema stelt een engineer in staat om te begrijpen hoe de verschillende componenten met elkaar verbonden zijn en wat hun specifieke functionaliteiten zijn. Deze kennis is essentieel bij het repareren of reproduceren van een printplaat. De volgende handleiding legt het stapsgewijze proces van het ontwerpen van PCB-printplaatschema's uit. Laten we verder lezen.

Hoe ontwerp je een PCB-schema?

Stap 1: Paginaformaat instellen

Evalueer de verwachte schemagrootte en -complexiteit al vroeg bij het selecteren van pagina-afmetingen. Naast standaard A4 bieden grotere A3- en A2-vellen ruimte aan substantiële circuits die honderden componenten over complexe hiërarchieën van meerdere pagina's beslaan. Als er een eenvoudig circuit is, kunnen compacte A5- of A6-pagina's volstaan.

Stap 2: Naampagina's

Stel voor het voorblad paginanamen/nummers in voor navigatie. Gebruik intuïtieve groepering door basisnamen toe te wijzen die specifiek zijn voor de functie – “Voeding”, “Microcontrollerconfiguratie”, “Sensorinterface”, enz. U kunt ook categoriseren op basis van de fases in de gegevensstroom – “Ingangen”, “Verwerking”, “Uitgangen”. Volg de standaard alfanumerieke volgorde en vermijd grote gaten tussen paginanummers voor toevoegingen.

Stap 3: Rasterrichtlijnen vaststellen

Hoewel het niet direct een vereiste is voor ontwerpers, dient het opzetten van een raster als een noodzakelijke referentie voor de tool. Een raster maakt het mogelijk om componenten en hun verbindingen nauwkeurig te refereren. Het zorgt ervoor dat circuitelementen zich aan het raster houden, waardoor netwerkmetingen tijdens de inspectie naadloos verlopen.

Stap 4: Paginatitelbalk

Onderaan de schemapagina bevat de voettekst uitgebreide details, zoals pagina-afmetingen, printplaatclassificaties, revisiegeschiedenissen, de naam/functie van het circuit, copyrightmarkeringen, enzovoort.

Stap 5: Ondersteunende notities toevoegen

Ontwerpers hebben de taak om essentiële circuitnotities te documenteren. Deze notities kunnen in aparte documenten of op pagina's naast de schematekeningen worden opgesteld. Vooral bij complexe ontwerpen worden annotaties vaak op aparte pagina's gedetailleerd, met aandacht voor aspecten zoals jumperstatussen en beperkingen van de PCB-layout.

Stap 6: Volg de revisiegeschiedenis
Het bijhouden van revisies omvat het documenteren van wijzigingen in het ontwerp. Dit omvat data van wijzigingen, beschrijvingen van wijzigingen, namen van bijdragers en reviewers, evenals opmerkingen bij de review. Dit logboek bevindt zich meestal op de primaire of laatste pagina van de schema-indeling.

Stap 7: Schematische documentmap
De directory dient als een catalogus van onderwerpen binnen de schematische documentatie. Het helpt ontwerpers aanzienlijk bij het vinden van specifieke modules binnen complexe ontwerpen. Voor kleinere en eenvoudigere ontwerpen kan deze stap worden overgeslagen als dit onnodig wordt geacht.

Stap 8: Teken een blokdiagram

Ontwikkel een blokdiagram met de belangrijkste modules – processors, geheugenunits, randapparatuur, externe interfaces en andere belangrijke subsystemen. Geef cruciale verbindingen en gegevensstromen aan op blokabstractieniveau.

Stap 9: Ontwerp van gelaagd schematisch diagram

In gevallen waarin de PCB-stapeling Is complex met meerdere modules, dan is een gelaagde schematische structuur het meest effectief. Deze hiërarchische weergave illustreert visueel de signaalstroom tussen modules. Door op een module te klikken, krijgt u een gedetailleerd overzicht van de details.

Stap 10: Componentreferentie
Deze referentietabel bevat standaard elektronische componenten en hun aangewezen referentie-indicatoren die in schema's worden gebruikt. Indicatoren voldoen aan IEEE criteria, waarbij de nadruk ligt op het gebruik van hoofdletters voor de naamgeving van specifieke componenten.

Verder lezen- Printplaatcomponenten: een uitgebreide gids

Stap 11: Symbolische generatie
Schema's omvatten diverse elementen, zoals actieve en passieve componenten en connectoren, met componenten zoals transistors, diodes, logische poorten, processor-IC's, FPGA's en operationele versterkers. Passieve componenten zoals condensatoren, spoelen en transformatoren zijn ook inbegrepen. Hoewel het creëren van nieuwe componenten wordt afgeraden, tenzij deze niet in de standaardbibliotheek voorkomen, is naleving van de IEEE-standaarden voor symboolcreatie cruciaal.

Stap 12: Configuratie van de operationele versterker

Het is essentieel om bij het creëren van symbolen de IEEE-normen te volgen, vooral bij operationele versterkers. Om het tekenproces te vereenvoudigen, volgen ontwerpers vaak standaardconfiguraties, waarbij de ingangspinnen links en de uitgangspinnen rechts worden geplaatst, met de voedings- en aardingspinnen verticaal. Het is cruciaal om de uitlijning met de datasheets van de fabrikant te waarborgen bij het wijzigen van de symbooloriëntatie of aansluitingen.

Stap 13: Heterogene schematische notatie
Componenten zoals PGAF's, geheugenunits en microprocessoren, die gekenmerkt worden door meerdere pinnen (data, input/output, adres, controle en stroomkabels), vereisen een aparte notatie voor elk subcomponent in één pakket om de duidelijkheid te behouden.

Stap 14: Netwerkverbindingen
Duidelijkheid in het begrip van circuits wordt bereikt door de snijpunten van draden met elkaar te markeren. Vereenvoudiging van schema's omvat het weergeven van algemene symbolen voor geïntegreerde schakelingen (IC's) in plaats van het overmatig tekenen van netwerken. Het benadrukken van georganiseerde pin-tot-pin-verbindingen tussen apparaten met overeenkomende namen verbetert de leesbaarheid.

Stap 15: Strategische componentplaatsing

Een doordachte plaatsing van elementen in het schema heeft een grote impact op de daaropvolgende materiaallijst en het creëren van IC-pakketten.

Stap 16: Controle van ontwerpregels
Door gebruik te maken van Design Rule Checking (DRC) binnen CAD wordt zowel de logische als fysieke integriteit van het ontwerp gewaarborgd, waarbij tijdens de planning wordt beoordeeld of aan de ingeschakelde ontwerp regels is voldaan.

Stap 17: Verificatie van de nettabel
Na voltooiing van het schematische ontwerp is het genereren van de netlijst cruciaal voor het importeren van de lay-out. Dit proces produceert machineleesbare (.mnl) en voor mensen leesbare (.txt) bestanden die elektrische verbindingen weergeven. Handmatige verificatie van netwerken wordt aanbevolen om ontwerpfouten te voorkomen.

Stap 18: Factuur of materiaal
Moderne CAD-tools bieden een functie voor het maken van stuklijsten. Ontwerpers moeten hiervoor alle benodigde gegevens invoeren tijdens het aanmaken of importeren van onderdelen. De stuklijst bevat essentiële informatie zoals productienummers (MPN), verpakkingsgegevens, leveranciersnamen of leveranciersonderdeelnummers, essentieel voor nauwkeurige documentatie.

Stap 19: Schematische lijst
De logische schemalijst, vaak over het hoofd gezien maar cruciaal, dient als een cruciaal hulpmiddel voor de organisatie, gebaseerd op eerdere ontwerpervaringen. Checklists minimaliseren fouten in diagrammen en zorgen voor foutloze schema's die het werk van de lay-outontwerper vergemakkelijken.

Conclusie

Deze gids biedt een grondige samenvatting van het maken van printplaatschema's. Of je nu net begint met schema's of op zoek bent naar meer kennis, deze uitgebreide gids is een waardevolle referentie voor het maken van hoogwaardige, effectieve printplaatschema's in alle fasen, van concept tot voltooiing. Direct contact  als u nog andere vragen heeft.