sondern seine Richtung.
Michail M. Genin
Leiterplattendesign, Leiterplattenlayout, Leiterplattenentflechtung
Die Entflechtung eines PCB`s, steht als finaler Arbeitsschritt am Ende eines umfangreichen PCB-Design Prozesses. Für ein erfolgreiches Leiterplattendesign müssen zuvor die Eigenschaften des gewünschten Produktes festgelegt, die hierfür geeigneten Komponenten gefunden und diese in einem Schaltbild entsprechend verknüpft werden.
Auch sind die zu erwartenden Umgebungsbedingungen und - Einflussgrößen,
sowie erforderlichen Normen und Sicherheitsanforderungen zu untersuchen.
Die Möglichkeiten bei der späteren Leiterplatten Bestückung und die Anforderungen an Prüf- und Test Abläufe müssen ebenfalls im PCB Design mit berücksichtigt werden.
Die Leiterplatten Entflechtung ist also nur ein Teilbereich in dem komplexen Prozess des Leiterplatten Designs.
Eine Person alleine kann alle Punkte nicht in Gänze überschauen, bewerten und bearbeiten.
Daher setzen sich zu Beginn Kaufmann, Produkt Designer, Fertiger, Mechanik Konstruktion, Programmierer, Elektronik Entwickler und Leiterplatten Designer, vielleicht auch nur Virtuell, an einen Tisch, und erarbeiten gemeinsam die Ziel Vorgaben.
Auch wenn das Leiterplatten Design also nur als Teamarbeit erfolgreich sein kann, wird mit dem Begriff Leiterplatten Designer, die Person benannt,
bei der die Summe der Anforderungen zusammen treffen und die diese dann final in dem Leiterplatten Entwurf umsetzt.
Ein geübter Leiterplatten Designer wird auch, aus sich widersprechenden Anforderungen, eine optimalen Leiterplatte erstellen.
Entscheidend ist die richtige Abwägung der Gewichtigkeit einzelner Bedingungen zwischen "wenn möglich" und "auf jeden Fall".
Checkliste Leiterplattendesign:
- Funktionsweise und -umfang
- Normen und Vorgaben und Richtlinien
- gewünschte Beschaffenheit
- mechanische Gegebenheiten
- Anforderungen EMV & Sicherheit
- Designrichtlinien, Leiterplattenaufbau
- Einsatzumgebung
- Signale mit besonderen Anforderungen
- Technologie / Bauteileauswahl
- einzuhaltende Isolationsabstände
- Stromführung
- thermische Gegebenheiten
- Fertigungstechnologie
- Testbarkeit, Testabläufe
- Budget und Termine
- Reparaturmöglichkeiten
Der Stromlaufplan
Meist werden Schaltbilder so groß, dass sich diese nicht mehr auf einem Zeichenblatt sinnvoll darstellen lassen.
Die Zeichnung wird dann auf einzelne Zeichenblätter verteilt.
Das gesamte Schaltbild ist dann in sogenannte Teil- bzw. Unterschaltungen gegliedert.
Beim ersten Schaltbild, in dieser Hierarchie spricht man auch von dem "top sheet".
Dieses Schaltbild ist ein meist ein Blockdiagramm, welches einen Überblick in den gesamten Schaltung Aufbau gewährt,
in der sich dann die folgenden einzelnen Schaltbilder, die "sub sheets", wiederfinden.
Ein Übersichtlicher Stromlaufplan ist die beste Voraussetzung für eine optimale Platzierung der Bauteile auf dem PCB.
Bei umfangreichen Schaltungen werden die einzelnen Baugruppen übersichtlich in einzelne Schaltbildgruppen zusammengefasst.
Altium Designer unterstützt hierarchisch aufgebaute Designs.
Die Hierarchie ergibt sich über Schaltbildseiten die mit "Sheet Symbols" in die übergeordnete Schaltbildseite eingebunden werden.
Im -Hierarchical Design Mode- ist die Spannungsversorgung über Power Ports -global- über alle Seiten verbunden.
Einzelne Signale müssen aber zwischen den Schaltbildseiten durch Ports und Sheet Entrys verbunden werden.
Eine Verbindung durch Netznamen über eine Schaltbildseite hinaus ist nicht möglich.
Checkliste Stromlaufplan:
- Signalverlauf in Leserichtung von links nach rechts.
- I/O- Eigenschaften an Ports und Pins eingestellt.
- Netzbezeichner bei allen wesentlichen Netzen.
- lesbar platzierte Bauteilnamen und Werte.
- zusammengehörige Signale in Busse und Harnes gefasst.
- Verbindungslinien sollten keine Symbole kreuzen.
- Komponenten in einzelne Baugruppen gezeichnet.
- Spezielle Power Netzinseln gekennzeichnet.
- Stützkondensatoren sind den ICs zugeordnet.
- Alle Verbindungen müssen mit Netzlinien (Wires) verbunden sein.
- - ausgenommen globale Verbindungen über Power Ports.
- - ausgenommen "Net Labels" Verbindungen innerhalb eines Schaltbildes.
- besonderer Funktion sind besonders gekennzeichnet:
- - Differentielle Signalpaare
- - Impedanz kontrollierte Signale
- - Längen kontrollierte Signalgruppen
Die Leiterplattenentflechtung
Aus dem Stromlaufplan werden die elektronischen Daten in das PCB übernommen.
Im Altium Designer wird diese Verbindung sowohl vom Stromlaufplan zum PCB als auch vom PCB zum Schalbild zurück überwacht.
In anderen Systemen geschieht dies meist über Netzlisten die Exportiert und Importiert werden.
Von der Mechanik Konstruktion werden die vorgegebenen fixierten Positionen von Komponenten und die Leiterplatten Kontur übernommen.
Zusätzlich können auch noch 3D Modelle des Gehäuses und weiterer Teile die den Raum der Leiterkarte und Ihrer Bauteile einschränken eingelesen werden.
Es folgt die Platzierung der Bauteile.
Im Anschluss kann dann mit dem Verlegen der Kupferbahnen auf dem PCB begonnen werden.
Thermoanalysen und Simulationen der Signalintegrität und die regelmäßige Kontrolle der Designvorgaben sichern einen erfolgreichen Designverlauf.
Je nach Umfang ist es sinnvoll die Entwickler und Mechanik Konstruktion periodisch in den Arbeitsstand einzubeziehen.
Irrwege und falsche Eigenschaften können so meist noch ohne großen Aufwand abgeändert werden.
Checkliste Leiterplattenentflechtung:
- Festlegung für alle Punkte aus
der Checkliste Leiterplattendesign - mechanische Vorgaben:
- Gehäuse, Stecker, Anzeige
- Bedienelemente
- Sperrflächen
- Befestigung
- Festlegung Leiterplattenherstellung
- Festlegung Leiterplattenbestückung
- Festlegung Prüfen & Testen
- Festlegung Isolationsabstände
- Konzept Entwärmung
Baugruppen Muster
Wenn die Daten erstellt sind, erfolgt die Leiterkarten Fertigung, Bestückung und Prüfung auf die gewünschten Eigenschaften.
Die Erkenntnisse aus der Muster Bestückung und der prüfenden Inbetriebnahme werden in einem Abschließenden Design Review zusammengefasst.
Die Praxis zeigt, dass meist in einzelnen Punkten eine Überarbeitung notwendig ist.
Werden Einzelstücke gefertigt, so kann meist mit Fädeldrähten und anderem Handwerklichen Geschick die Manipulation ausreichend.
Für ein Fertigungsgerechtes Design werden alle Änderungen und Erkenntnisse zusammengetragen, das Design überarbeitet und ein neuer Musterablauf begonnen.
Nach einer erfolgreichen Inbetriebnahme und positivem Muster-Review kann eine Freigabe an die Fertigungsstraße gegeben werden.