Die digitale Leiterplattentechnologie hat im Bereich der Elektronik einen langen Weg zurückgelegt, da Innovationen und Entwicklungen die Anforderungen an schnellere, kleinere und billigere Elektronikgeräte und ‑gadgets erfüllen. Digitale Leiterplatten bestehen aus mehreren Mikroprozessoren und anderen elektronischen Schaltkreisen, die in der Lage sind, Tausende von Vorgängen pro Sekunde zu verwalten. Im Vergleich zu analogen Leiterplatten bieten digitale Leiterplatten eine Reihe von Verbesserungen, die wichtigsten sind eine bessere Impedanzanpassung und eine verbesserte Einfügedämpfung von Übertragungsleitungen.
Quelle: ak.picdn.net
Es ist sehr wichtig, dass digitale Leiterplatten sorgfältig entworfen und konstruiert werden, um Probleme wie Impedanzabstände in Übertragungsleitungen, eine unsachgemäße Beschichtung der Durchgangsbohrungsverschaltungen und andere Probleme im Zusammenhang mit der Signalintegrität zu beseitigen. Digitale Leiterplatten haben eine Reihe von Funktionen, die ihnen während des Funktionierens eines elektronischen Schaltkreises eine Oberhand geben. Einige dieser Funktionen sind:
Es gibt verschiedene Ähnlichkeiten und Unterschiede beim analogen und digitalen Routing in Leiterplatten in Bezug auf Bypass-Kondensatoren, Netzteil, Massedesign, Spannungsfehler, elektromagnetische Störungen (EMI) usw., die durch Leiterplattenrouting verursacht werden.
Abb. 1: Analoge und digitale Signale
Quelle: Proto-Electronics
Analoge Schaltkreise bestehen aus einer Kombination von Operationsverstärkungen, Widerständen, Kondensatoren und anderen elektronischen Komponenten, die auf einer Leiterplatte verwendet werden. Diese Kombinationen aus verschiedenen Komponenten, die eine analoge Schaltung bilden, können auf unterschiedliche Weise variieren. Die beiden wichtigsten Anwendungen von analogen Schaltkreisen sind:
Andererseits bestehen digitale Schaltkreise aus einer Kombination von logischen und sequenziellen Komponenten, indem logische Gates verwendet werden, die mit digitalen Signalen funktionieren. Im Vergleich zu analogen Schaltkreisen funktionieren Signale aufgrund der Logik von 0 und 1, um Daten in digitaler Form auf einem einzigen IC darzustellen.
Es gibt bestimmte Faktoren, die bei der Auswahl von Materialien für digitale Leiterplatten berücksichtigt werden sollten. Einige davon umfassen
Das Fundament oder der Sockel einer Leiterplattenantenne besteht aus einem Substrat und einem Laminat, das auch die Leistung der Leiterplatte bestimmt. Qualitäten wie Funktion, Langlebigkeit und Kosteneffizienz sollten beim Design einer Leiterplatte als Priorität beibehalten werden, daher ist die Auswahl des richtigen Typs von Leiterplattenmaterial entscheidend. Das Material, das beim Design einer Leiterplatte berücksichtigt wird, kann sich kurz- oder langfristig auf die Leistung auswirken. Die Preisgestaltung eines Leiterplattenmaterials verhält sich direkt proportional zur Leistung der Leiterplatte. Wenn die hohe Leistung eine Leiterplatte nicht zwingend erforderlich ist, kann ein Material namens leichtes Polyester in Betracht gezogen werden, da es mit niedrigen Kosten und guter Vielseitigkeit einhergeht.
Bei der Auswahl der Materialien ist die Temperatur ein zu berücksichtigender Parameter. Der Wärmewiderstand sollte höher sein als die erzeugte Wärme, da ein Schaltkreis aufgrund überschüssiger Wärme ausfallen kann. Tg (Glasübergangstemperatur) ist, wenn die Leiterplatte ihre Steifigkeit und Leistungsfähigkeit verliert. Die Tg sollte dem verwendeten Bestückungsprozess entsprechen, da für die bleifreie Bestückung ein Tg mit mindestens 170 °C empfohlen wird. Für eine Hochleistungsleiterplatte sollte die Tg über 170 °C liegen, während eine Standardleiterplatte eine Tg von 130 °C hat. Der Vorteil einer hohen Tg besteht darin, dass es eine große Fähigkeit gibt, Chemikalien und Feuchtigkeit zu widerstehen.
Die in der Regel in Leiterplattensubstraten verwendeten Materialien reichen von FR-1 und G-10 bis zu PTFE. Laminate werden aus CTE, PTFE, CEM und verschiedenen anderen Verbindungen formuliert.
Die meisten Leiterplattendesignsystem können Regeln zwischen dem Schaltplan und dem Layout übertragen. Es ermöglicht dem Schaltplan, Konstruktionsregeln zu steuern, anstatt darauf zu warten, alle Einschränkungen auf der Layoutseite einzugeben, was für Designer ein großer Vorteil darstellt. Diese Organisationsebene bietet Designern die Möglichkeit, Regeln für die Platzierung bestimmter Netze und Komponenten zu bilden, die für die Schaltungsgestaltung unerlässlich sind. Netz oder Netzklasse ermöglicht es, ähnliche Netze zu gruppieren und ihnen eine Regelsammlung zuzuweisen. Da die Netzregeln bereits in der Designdatenbank vorhanden sind, braucht sich der Designer nicht auf schriftliche Anweisungen zu verlassen. Um sicherzustellen, dass die Leiterplatte präzise ausgelegt ist, müssen folgende Regeln befolgt werden:
Abb. 2: Installieren von Klassen
Quelle: Circuitstudio
So können beispielsweise die eindeutigen Leiterbahnbreiten und die Abstandsanforderungen für einen bestimmten Wert von Netzen konfiguriert werden. Ein Designer kann einen Satz Regeln für eine Energieklasse erstellen und diesen zu Netzen hinzufügen.
Abb. 3: Leiterbahndesign
Quelle: Pcbdesignworld
Abb. 4: Leiterplattenabstand
Quelle: Optimumdesign
Außerdem müssen während des Designprozesses Komponenten und Schaltpläne in jeder CAD-Software korrekt dargestellt werden, sodass Designer vor der Massenproduktion genaue Simulationen anzeigen können.
Beim Entwerfen digitaler Leiterplatten muss während des gesamten Designprozesses mit größter Sorgfalt vorgegangen werden, um sicherzustellen, dass sowohl der Schaltkreis als auch die Leiterplatte so funktionieren, dass das System sein maximales Potenzial ausschöpfen kann. Es gibt verschiedene Faktoren, die bei der Auswahl des richtigen Materials für die digitale Leiterplatte zu berücksichtigen sind. Die Materialien müssen eine Dimensionsstabilität, eine hohe Temperaturregelung, eine Feuchtigkeits- und Chemikalienbeständigkeit usw. aufweisen, damit das Signal reibungslos und ohne Unterbrechungen durch die Leiterplatte geleitet wird. FR-4 ist aufgrund seiner hohen Durchschlagsfestigkeit und überlegenen Signalintegrität eines der am besten geeigneten Materialien für die Entwicklung digitaler Leiterplatten.
Vor der Serienproduktion ist es für Designer wichtig, die elektronischen Komponenten und ihre Funktionsweise auf der Leiterplatte zu simulieren, um die entsprechenden Ausgänge zu erhalten. Bei digitalen Hochgeschwindigkeitsschaltkreisen ist die Entwicklung von Leiterbahnlängen von entscheidender Bedeutung, da sie die Signalstabilität für eine bessere Übertragung von Signalen verbessert. Der Abstand der Komponenten muss in der richtigen Weise erfolgen, indem die richtige Nähe eingehalten wird, um Signalstörungen zu vermeiden. Für eine effiziente Fertigung und Bohrung auf der Platine kann ein Durchkontaktierungsseitenverhältnis von 6:1 genommen werden, was bei den elektrischen Leitungen und beim Löten zur Flexibilität beiträgt. Die bestmögliche Praxis zur Vermeidung elektrostatischer Entladungen und ihrer Auswirkungen auf Leiterplatten besteht darin, verschiedene Schutzvorrichtungen wie Metalloxidvaristoren, Suppressordioden, polymerbasierte Suppressoren usw. zu verwenden.
22.06.2022