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PCB设计中电子硬件的关键区域分析


印刷电路板,无论是组件,电路板材料,其设计还是制造方式,该电路板的可靠性仅是其最弱点。为了延长PCB的使用寿命,寻找并改善可能导致电路板故障的区域是很有意义的。在设计时,应考虑以下一些想法,以对电子硬件进行关键区域分析。

PCB组件:电子硬件的第一个关键领域分析

PCB设计期间要分析的第一个硬件领域是将在板上使用的组件。尽管在设计过程中的任何时候都可以进行组件分析,但在开始之前先了解将要使用的组件的状态。这样,您不必在以后进行重新设计即可更换已发现有问题的任何零件。

显然,您无法在设计过程中检查实际的物理组件,但是可以根据可用的数据对它们进行分析。该风险评估将为您提供确定零件是否有任何潜在漏洞所需的信息。这是您应该考虑的一些领域:

性能:确定零件是否可以为您的应用提供所需的性能。在某些情况下,如果更昂贵的选择本来是更好的选择,则基于较低的成本选择零件可能会导致电路板故障。

成本:另一方面,也不要害怕寻找成本更低的解决方案。尽管付出太多可能不会导致硬件故障,但是不必要的成本却可以像硬件故障一样有效地进行项目建设。

合规性:您选择的零件是否符合法规要求?例如,确保在欧盟出售的产品中使用符合RoHS要求的零件。

ESD:某些组件遭受静电放电的风险更大,因此您需要知道哪些组件属于此类别。您将要确保正确处理您的电路板及其组件,以减轻所有敏感组件的ESD暴露。

假冒产品:为避免最终在组装电路板时使用不合格甚至是假冒零件的问题,请务必与知名且信誉良好的合同制造商合作。

状态:确保为设计指定的零件可用,并且未以OBS(作废)或NRND(对于新设计不建议)的状态列出。

基于这些考虑因素开始分析组件后,可以帮助减轻组装电路板上可能出现的组件故障。下一步是分析设计中潜在的电路故障。

布局电路板之前的电路分析

电路仿真已成为PCB设计过程中的标准部分,但即使如此,它仍应被视为电子硬件设计总体关键区域分析的一部分。电路仿真不仅有助于减少您必须做的原型构建数量,而且可以识别进行基准测试无法发现的潜在电路问题。

电路分析是使用工具完成的,通常是在原理图捕获程序中完成的。重要的是要确保原理图符号中包含适当的模型以进行此分析。通常,您可以自己构建这些模型,也可以从组件制造商处导入它们。 

您不仅可以模拟正在设计的电路板上的电路,而且可以通过导入其他系统板来模拟整个系统中的电路路径。这将为您提供整个系统的完整分析。

PCB布局与分析

电路仿真完成并捕获原理图后,您将专注于电路板的物理布局。为了验证硬件设计的准确性,这里需要分析许多不同的领域:

计算器PCB设计工具通常具有各种阻抗计算器和板叠生成器,可让您根据需要正确配置板层。较常见的硬件故障之一是由于错误的板层配置而导致的过度电磁干扰。

设计规则:另一个常见的问题是由于组件和板上金属之间的间距不正确而导致的制造错误。通过在开始之前花时间根据制造商的制造设计(DFM)规则设置设计规则,您将避免很多制造麻烦。

3D检查:具有3D功能的PCB设计工具将使您能够查看和检查组件之间以及设计中其他机械硬件的位置。该分析将使您避免由于零件放置不正确而导致的大量硬件故障。即使在板上的放置看起来正确,硬件也可能仍然会出现故障,这仅仅是因为设计中没有足够的空间供人手插入连接器。

完整性工具:这些设计功能使您可以验证电路板将按照您的设计进行操作。信号和电源完整性工具会告诉您线路是否太长,太短,或者电路板的某个区域中没有正确的电源覆盖范围。

这些工具和功能将为您提供很多帮助,重要的是要使用它们。

使用设计工具进行PCB硬件分析

从组件开始,遍历正在使用的组件列表,并清理物料清单(BOM)。更先进的PCB设计绘图软件还提供在线零件搜索功能,可为您提供有关所使用零件的完整数据。在某些情况下,这些系统将允许您直接从供应商零件列表中选择一个组件,并将其放置在原理图上,因为它将符号,封装,STEP模型信息下载到数据库中。

在完成设计之前,请使用设计系统中的电路仿真工具对电路进行微调。通过在设计过程中验证电路,您可以节省很多原型成本,并减少发生现场故障的可能性。以相同的方式,在设计系统中使用不同的计算器以及信号和电源完整性工具,以在使用布局时验证其布局。

 

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