PCB設計中電子硬件的關(guān)鍵區域分析

2020-04-22

印刷電路板,無(wú)論是組件，電路板材料，其設計還是制造方式，該電路板的可靠性?xún)H是其最弱點(diǎn)。為了延長(cháng)PCB的使用壽命，尋找并改善可能導致電路板故障的區域是很有意義的。在設計時(shí)，應考慮以下一些想法，以對電子硬件進(jìn)行關(guān)鍵區域分析。

PCB組件：電子硬件的第一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域分析

在PCB設計期間要分析的第一個(gè)硬件領(lǐng)域是將在板上使用的組件。盡管在設計過(guò)程中的任何時(shí)候都可以進(jìn)行組件分析，但在開(kāi)始之前先了解將要使用的組件的狀態(tài)。這樣，您不必在以后進(jìn)行重新設計即可更換已發(fā)現有問(wèn)題的任何零件。

顯然，您無(wú)法在設計過(guò)程中檢查實(shí)際的物理組件，但是可以根據可用的數據對它們進(jìn)行分析。該風(fēng)險評估將為您提供確定零件是否有任何潛在漏洞所需的信息。這是您應該考慮的一些領(lǐng)域：

性能：確定零件是否可以為您的應用提供所需的性能。在某些情況下，如果更昂貴的選擇本來(lái)是更好的選擇，則基于較低的成本選擇零件可能會(huì )導致電路板故障。

成本：另一方面，也不要害怕尋找成本更低的解決方案。盡管付出太多可能不會(huì )導致硬件故障，但是不必要的成本卻可以像硬件故障一樣有效地進(jìn)行項目建設。

合規性：您選擇的零件是否符合法規要求？例如，確保在歐盟出售的產(chǎn)品中使用符合RoHS要求的零件。

ESD：某些組件遭受靜電放電的風(fēng)險更大，因此您需要知道哪些組件屬于此類(lèi)別。您將要確保正確處理您的電路板及其組件，以減輕所有敏感組件的ESD暴露。

假冒產(chǎn)品：為避免最終在組裝電路板時(shí)使用不合格甚至是假冒零件的問(wèn)題，請務(wù)必與知名且信譽(yù)良好的合同制造商合作。

狀態(tài)：確保為設計指定的零件可用，并且未以OBS（作廢）或NRND（對于新設計不建議）的狀態(tài)列出。

基于這些考慮因素開(kāi)始分析組件后，可以幫助減輕組裝電路板上可能出現的組件故障。下一步是分析設計中潛在的電路故障。

布局電路板之前的電路分析

電路仿真已成為PCB設計過(guò)程中的標準部分，但即使如此，它仍應被視為電子硬件設計總體關(guān)鍵區域分析的一部分。電路仿真不僅有助于減少您必須做的原型構建數量，而且可以識別進(jìn)行基準測試無(wú)法發(fā)現的潛在電路問(wèn)題。

電路分析是使用工具完成的，通常是在原理圖捕獲程序中完成的。重要的是要確保原理圖符號中包含適當的模型以進(jìn)行此分析。通常，您可以自己構建這些模型，也可以從組件制造商處導入它們。 

您不僅可以模擬正在設計的電路板上的電路，而且可以通過(guò)導入其他系統板來(lái)模擬整個(gè)系統中的電路路徑。這將為您提供整個(gè)系統的完整分析。

PCB布局與分析

電路仿真完成并捕獲原理圖后，您將專(zhuān)注于電路板的物理布局。為了驗證硬件設計的準確性，這里需要分析許多不同的領(lǐng)域：

計算器：PCB設計工具通常具有各種阻抗計算器和板疊生成器，可讓您根據需要正確配置板層。較常見(jiàn)的硬件故障之一是由于錯誤的板層配置而導致的過(guò)度電磁干擾。

設計規則：另一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題是由于組件和板上金屬之間的間距不正確而導致的制造錯誤。通過(guò)在開(kāi)始之前花時(shí)間根據制造商的制造設計（DFM）規則設置設計規則，您將避免很多制造麻煩。

3D檢查：具有3D功能的PCB設計工具將使您能夠查看和檢查組件之間以及設計中其他機械硬件的位置。該分析將使您避免由于零件放置不正確而導致的大量硬件故障。即使在板上的放置看起來(lái)正確，硬件也可能仍然會(huì )出現故障，這僅僅是因為設計中沒(méi)有足夠的空間供人手插入連接器。

完整性工具：這些設計功能使您可以驗證電路板將按照您的設計進(jìn)行操作。信號和電源完整性工具會(huì )告訴您線(xiàn)路是否太長(cháng)，太短，或者電路板的某個(gè)區域中沒(méi)有正確的電源覆蓋范圍。

這些工具和功能將為您提供很多幫助，重要的是要使用它們。

使用設計工具進(jìn)行PCB硬件分析

從組件開(kāi)始，遍歷正在使用的組件列表，并清理物料清單（BOM）。更先進(jìn)的PCB設計繪圖軟件還提供在線(xiàn)零件搜索功能，可為您提供有關(guān)所使用零件的完整數據。在某些情況下，這些系統將允許您直接從供應商零件列表中選擇一個(gè)組件，并將其放置在原理圖上，因為它將符號，封裝，STEP模型信息下載到數據庫中。

在完成設計之前，請使用設計系統中的電路仿真工具對電路進(jìn)行微調。通過(guò)在設計過(guò)程中驗證電路，您可以節省很多原型成本，并減少發(fā)生現場(chǎng)故障的可能性。以相同的方式，在設計系統中使用不同的計算器以及信號和電源完整性工具，以在使用布局時(shí)驗證其布局。