Het is belangrijk om ervoor te zorgen dat een PCB-ontwerp betrouwbaar is, omdat elke ontwerpfout, hoe klein ook, het proces van meer gedetailleerde productie en assemblage kan vertragen en dus tot hogere kosten kan leiden. Als beginner in PCB-ontwerp zult u merken dat er meer problemen optreden dan bij een ervaren ontwerper. In dit artikel zetten we de 10 meest voorkomende PCB-ontwerpfouten op een rij en geven we de bijbehorende oplossingen voor beginners om deze fouten te voorkomen.
Onjuiste spoorbreedte
Het is verleidelijk om voor de eenvoud een uniforme spoorbreedte over de hele printplaat te gebruiken, maar dit is niet de beste optie, omdat verschillende soorten signalen en vermogens verschillende eisen stellen aan de spoorbreedtes. Zo moeten sporen die vermogen transporteren breder zijn om warmte af te voeren met een hogere stroomsterkte zonder door te branden. Aan de andere kant vereisen signalen met een hoge impedantie smalle sporen om parasitaire capaciteit te minimaliseren. Radiofrequentiesignalen zijn bijzonder kwetsbaar en vereisen mogelijk de exacte waarde van de spoorbreedtes om overeen te komen met de impedantiekarakteristieken.
Verder lezen: PCB-spoorbreedte: waarom dit van belang is voor de prestaties van uw printplaat
Onvoldoende spoorafstand
Fabrikanten stellen minimale afstandsvereisten vast voor PCB-productie. Vooral onervaren ontwerpers beschouwen naleving van deze minimumafstanden als de beste optie; dit leidt echter tot hogere kosten, lagere opbrengsten en uitgebreidere trace-to-trace-koppeling. Minder afstand resulteert in meer overspraak en ruis, wat resulteert in een slechte signaalkwaliteit. Daarom is het raadzaam om voldoende afstand tussen de sporen aan te houden, dat wil zeggen dat de afstand tussen de sporen minstens drie keer zo groot moet zijn als de afstand tussen de signaallaag en de dichtstbijzijnde referentielaag.
Overmatige spoorlengte
Voor geleidingsbanen die snelle signalen moeten transporteren, is het belangrijk dat ze kort en recht zijn. Bij overmatige lengte bestaat het risico op problemen zoals signaalreflectie, verhoogde gevoeligheid voor elektromagnetische interferentie (EMI) en hogere kosten. Een geleidingsbaan wordt beschouwd als een transmissielijn wanneer de lengte ervan meer dan een tiende van de golflengte van het signaal bedraagt. In dat geval moet, naast de lengte, een impedantieberekening (met behulp van een van de vele specifieke tools, die ook gratis online beschikbaar zijn) worden uitgevoerd om de impedantiekoppeling te controleren en signaalverlies te voorkomen.
Verkeerde positie van ontkoppelingscondensatoren
De voedingslijnen van de printplaat moeten ontkoppelingscondensatoren gebruiken om alle componenten op de printplaat te voorzien van een stabiele voeding die vrij is van transiënten of oscillaties. Deze condensatoren moeten altijd parallel aan de voedingsingang staan en zo dicht mogelijk bij de pin van het component dat voeding nodig heeft worden geplaatst. De voedingslijn die van de voedingsbron komt, moet zo op de printplaat worden geplaatst dat deze de ontkoppelingscondensator bereikt voordat deze de pin bereikt die een stabiele spanning nodig heeft.
Plaats onderdelen te dicht bij de rand van het bord
Bij het ontwerpen van een printplaat bestaat de kans dat de soldeerpunten tijdens de assemblage beschadigd raken als ze te dicht bij de rand van de printplaat worden geplaatst. Een goed ontwerp zorgt ervoor dat de soldeerpunten binnen de grenzen van de printplaat blijven. De standaardtolerantie voor de lengte en breedte van een printplaat is ± 020 inch. Als uw printplaat gebruikmaakt van SMT (Single Mount Technology) voor het solderen van componenten, zorg er dan voor dat u extra ruimte reserveert zodat de printplaatfabrikant de printplaat tijdens het SMT- proces perfect kan vastklemmen. Zo niet, dan zal de fabrikant rails of houders moeten gebruiken om de printplaat te ondersteunen, wat de productiekosten zal verhogen.
Plaats SMT-pads te dicht bij elkaar
SMT-componenten hebben soldeermaskers die groter zijn dan het oppervlak van hun pads. Individuele soldeermaskers mogen elkaar echter niet overlappen. Anders kunnen sommige onderdelen tijdens het reflow-soldeerproces naar het midden bewegen (en tegen elkaar botsen). Je wilt geen groot koperen oppervlak, maar tegelijkertijd wil je ook niet dat verschillende onderdelen naar het midden migreren en tegen elkaar botsen, waardoor het productieproces wordt verstoord en diverse imperfecties ontstaan. Om dergelijke problemen te voorkomen, moet er voldoende ruimte tussen de SMT-pads zijn.
Ontbrekende of onvoldoende via's
Via's worden gebruikt voor de onderlinge verbinding van de lagen van een printplaat en voor warmteafvoer. Als via's niet correct worden gebruikt, ontstaan er vaak problemen zoals een slechte signaalkwaliteit en stroomverdeling. Het wordt ontwerpers aanbevolen om een geschikt aantal en de juiste grootte via's te implementeren voor de stroom- en aardverbinding, afhankelijk van de benodigde stroomsterkte in het onderdeel en de signaalfrequentie. Thermische via's zijn relevant wanneer warmteafvoer vereist is in toepassingen met een hoog vermogen.
Overmatig gebruik van lagen in het ontwerp
Het lijdt geen twijfel dat meerlaagse printplaten veel voordelen bieden, zoals meer routingruimte en een verbeterde signaalintegriteit . Het overmatig gebruik van lagen wanneer dit niet nodig is, leidt echter alleen maar tot hogere kosten en een complexer fabricageproces. Daarom moeten PCB-ontwerpers de circuitvereisten zorgvuldig evalueren en betere oplossingen overwegen, zoals het optimaliseren van de componentplaatsing of het gebruik van andere routingstrategieën, in plaats van het toevoegen van lagen. Een effectief PCB-ontwerp kan dezelfde prestaties leveren en tegelijkertijd de kosten binnen het budget houden.
Elektromagnetische interferentie (EMI)
De meest voorkomende oorzaak van elektromagnetische interferentie (EMI) is een slecht ontwerp van de printplaat. Om EMI op de printplaat te minimaliseren , wordt aangeraden componenten te groeperen op basis van hun functionaliteit, zoals analoge, digitale, voedings-, laagfrequentie-, hoogfrequentie- of andere circuits, enzovoort. Daarnaast is het raadzaam om haakse hoeken op de printsporen te minimaliseren, of bij voorkeur te vermijden, en gebruik te maken van metalen behuizingen en afgeschermde kabels die interferentie absorberen.
Onjuiste antenne-indeling
Als de PCB antennes bevat voor draadloze communicatie, moet de schakeling zeer zorgvuldig worden aangelegd om fouten te voorkomen. Het is daarom essentieel om de impedantie tussen de transceiver en de antenne op elkaar af te stemmen om de vermogensoverdracht te optimaliseren. Over het algemeen zou de kabel die de transceiver met de antenne verbindt idealiter een impedantie van 50 Ω moeten hebben. Voor een correcte en correcte impedantie-instelling moet een Pi (LC) tunerfilter of een ander aanpassingscircuit tussen de ingebouwde antenne en de transceiver worden geplaatst.
Verder lezen: Hoe ontwerp je een PCB-antenne als een professional?
