การออกแบบ PCB และเอกสารประกอบฮาร์ดแวร์

กำไร:

• ความสามารถในการแปลงเค้าโครง PCB ความกว้างของการติดตาม และหลักการ EMC ให้เป็นรายการตรวจสอบด้วย AI
• ความสามารถในการผลิตเอกสารฮาร์ดแวร์ เช่น แผนผัง BOM และขั้นตอนการทดสอบพร้อมการแจ้งเตือนที่กำหนดค่าไว้
• ความสามารถในการตรวจสอบความกว้างของร่องรอยและคำแนะนำระยะห่างของ AI ด้วยกฎคล้าย IPC และข้อกำหนดกระแส/แรงดันไฟฟ้า

แม้ว่าแผนผังของวงจรถูกต้อง แต่จะไม่ทำงานเมื่อวางไม่ถูกต้องบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB): มีรอยร้อน สัญญาณรบกวน บอร์ดไม่ผ่านการทดสอบ EMC และมีข้อบกพร่องในการผลิต การออกแบบ PCB ถือเป็นวินัยที่กฎเกณฑ์ด้านไฟฟ้า เรขาคณิต และการผลิตมาบรรจบกัน AI ไม่ได้จัดวางอัตโนมัติที่นี่ แต่เป็นผู้ช่วยเหลือที่ทรงคุณค่า กล่าวคือ คำนวณความกว้างของแทร็ก รายการตรวจสอบ EMC และหลักการจัดวาง เตรียม BOM (รายการวัสดุ) และเขียนร่างขั้นตอนการทดสอบ ในบทนี้ เราจะกล่าวถึงวิธีใช้ AI สำหรับรายการตรวจสอบ PCB และเอกสารประกอบด้านฮาร์ดแวร์ วิธีตรวจสอบคำแนะนำด้านความกว้างของร่องรอย

ความกว้างของรอยเส้น ระยะห่าง และกระแสแบก

รอยทองแดงบน PCB จะร้อนขึ้นตามกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน ความกว้างของรอยตัด ความหนาของทองแดง และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นที่อนุญาตจะเป็นตัวกำหนดกระแสไฟฟ้าที่สามารถบรรทุกได้ การคำนวณนี้เป็นไปตามกฎเช่น IPC-2221 เมื่อ AI แนะนำความกว้างของร่องรอย คุณควรตรวจสอบอย่างอิสระด้วยกระแส ความหนาของทองแดง (ปกติ 1 ออนซ์ = 35 µm) และอุณหภูมิเป้าหมายที่เพิ่มขึ้น

ข้อกำหนดตัวอย่าง: 5 A, ชั้นนอก, ทองแดง 1 ออนซ์, ΔT = 10 °CIPC-2221 วิธีการเชิงประจักษ์โดยประมาณ:I = k · ΔT^0.44 · A^0.725 (A: พื้นที่หน้าตัด mil²; k ชั้นนอก หยาบคาย 0.048) จากสูตรนี้ ความกว้างของรอยตัดที่ต้องการสำหรับ 5 A อยู่ในลำดับประมาณ 2.5-3 มม. (1 ออนซ์ 10 °C เพิ่มขึ้น) หาก AI ​​บอกว่า "0.5 มม. เพียงพอ" นี่ถือว่าผิด และร่องรอยจะร้อนเกินไป

ข้อควรระวัง: AI มักจะแนะนำว่าความกว้างของการติดตามแคบเกินไป เพราะอาจทำให้เกิดความสับสนระหว่างการติดตามสัญญาณกับการติดตามพลังงาน ทำการคำนวณกระแส ความหนาของทองแดง และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นโดยแยกจากกำลังไฟหรือแหล่งจ่ายเสมอ การติดตามพลังงานที่แคบจะทำให้บอร์ดร้อนขึ้นอย่างเห็นได้ชัด และเมื่อเวลาผ่านไปจะทำให้เกิดวงจรเปิด (การติดตามการเบิร์นอิน)

ในทำนองเดียวกัน ควรรักษาระยะห่างตามผิวฉนวน (ช่องว่างผิว) และระยะห่าง (ช่องว่างอากาศ) ระหว่างร่องรอยไฟฟ้าแรงสูงตามแรงดันไฟฟ้า AI สามารถแนะนำระยะห่างเหล่านี้ได้ แต่ค่าจะต้องได้รับการตรวจสอบจากมาตรฐานโดยพิจารณาจากแรงดันไฟฟ้าในการทำงานและระดับของการปนเปื้อน

รายการตรวจสอบ EMC และนโยบายสถานที่ตั้ง

ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) หมายความว่าการ์ดทั้งสองไม่ส่งเสียงรบกวนและสามารถทนต่อเสียงรบกวนภายนอกได้ AI มีประโยชน์ในการเปลี่ยน EMC และหลักการจัดวางที่รู้จักกันดีให้เป็นรายการตรวจสอบที่มีโครงสร้าง แต่นี่คือรายการตรวจสอบเบื้องต้น มีความจำเป็นต้องประเมินแต่ละรายการตามบัตรของคุณเอง

พื้นที่

หลักการ

การกระจายอำนาจ

ตัวเก็บประจุบายพาส (100 nF) ใกล้กับแต่ละ IC

ดิน

ระนาบพื้นแข็ง ข้อควรระวังในดินแยก

ความเร็วสูง

การติดตามแบบสั้น, ความต้านทานแบบควบคุม, ความสมบูรณ์ของเส้นทางกลับ

ออสซิลเลเตอร์/นาฬิกา

ขอบคริสตัลสั้น มีการป้องกัน ห่างไกลจากเสียงรบกวน

ขั้วต่อ

การป้องกัน ESD กรองที่จุดเริ่มต้น

ความร้อน

สนามทองแดงและความร้อนผ่านสำหรับส่วนประกอบกำลัง

พรอมต์ที่อ่อนแอ / พรอมต์ที่แข็งแกร่ง

อ่อนแอ:"ให้คำแนะนำ EMC สำหรับ PCB ของฉัน" (ผลลัพธ์: รายการทั่วไปบางรายการ ไม่เฉพาะเจาะจงกับบอร์ด) แข็งแกร่ง:"สร้างเค้าโครง PCB และรายการตรวจสอบ EMC เฉพาะสำหรับบอร์ดต่อไปนี้:- 2 เลเยอร์, STM32 MCU + คริสตัล 16 MHz + ตัวควบคุม 5V/3.3V + USB- อินพุตเซ็นเซอร์แอนะล็อกและเอาต์พุตรีเลย์ให้รายการตรวจสอบภายใต้หัวข้อต่อไปนี้: พลังงาน/บายพาส, กราวด์, นาฬิกา/คริสตัล, การแยกแอนะล็อก-ดิจิทัล, USB/ESD, การระงับรีเลย์ (โหลดแบบเหนี่ยวนำ) สำหรับแต่ละรายการ ให้อธิบายในหนึ่งประโยคว่าทำไมจึงมีความสำคัญ โปรดทราบว่าสิ่งเหล่านี้เป็นเพียงรายการเริ่มต้น การควบคุมขั้นสุดท้ายของบอร์ดเป็นของฉัน"

เอกสารประกอบฮาร์ดแวร์: หมายเหตุแผนผัง, BOM, ขั้นตอนการทดสอบ

AI สร้างเอกสารฮาร์ดแวร์ฉบับร่างอย่างรวดเร็ว คุณสามารถควบคุมความถูกต้องและความครบถ้วนทางเทคนิคได้

BOM (รายการวัสดุ) AI จัดระเบียบรายการส่วนประกอบตามคอลัมน์อ้างอิง (R1, C3...) มูลค่า บรรจุภัณฑ์ หมายเลขชิ้นส่วนของซัพพลายเออร์ และปริมาณ แต่คุณต้องตรวจสอบว่าหมายเลขชิ้นส่วนแต่ละชิ้นเป็นของแท้และพร้อมใช้งาน AI สามารถสร้างหมายเลขชิ้นส่วนได้

อ้างอิง | ค่า | แพ็คเกจ | คำอธิบาย | จำนวน -----+---------+---------+-----+-----R1-4 | 10000 | 0603 | ดึงขึ้น | 4C1-6 | 100n | 0603 | บายพาส | 6C7 | 10u | 0805 | บัฟเฟอร์ที่ทางเข้า | 1U1 | เอสทีเอ็ม32.. | LQFP48 | มจร | 1D1 | ... | SOD-123 | ป้องกัน ESD/ถอยหลัง | 1

เคล็ดลับ: ตรวจสอบหมายเลขชิ้นส่วนของซัพพลายเออร์แต่ละรายใน BOM ที่ AI ผลิตที่ไซต์ของผู้ผลิตหรือผู้จัดจำหน่าย หมายเลขชิ้นส่วนที่ไม่มีภาพหลอนทำให้เกิดความล่าช้าและต้นทุนในการผลิต ทำเครื่องหมาย BOM เป็น "ร่างจนกว่าแหล่งที่มาจะได้รับการยืนยัน"

ขั้นตอนการทดสอบ AI แบ่งขั้นตอนการทดสอบการใช้งานและการทดสอบการทำงานของบอร์ดออกเป็นขั้นตอนตามลำดับ ได้แก่ การตรวจสอบด้วยภาพ การตรวจสอบการลัดวงจร (ก่อนเปิดเครื่อง) การวัดแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่าย การตรวจสอบการใช้กระแสไฟ และการทดสอบการทำงาน คำสั่งนี้มีความสำคัญ ตรวจสอบก่อนเปิดเครื่องเพื่อปกป้องบอร์ด

มินิเคส

วิศวกรฮาร์ดแวร์ขอให้ AI แนะนำเค้าโครงและติดตามความกว้างของบอร์ดไดรเวอร์มอเตอร์ AI แนะนำการติดตามอุปทาน 0.6 มม. ที่มี 8 A; นอกจากนี้ยังข้ามการรวมสัญญาณและกราวด์พลังงานไว้ที่จุดเดียว วิศวกรทำการคำนวณ IPC: 8 A ต้องใช้ปริมาณทองแดง 1 ออนซ์ที่กว้างกว่ามาก (ไม่กี่มม.) นอกจากนี้ยังรู้ด้วยว่ากำลังและกราวด์อะนาล็อกต้องเชื่อมต่อแบบดาว มันทำการแก้ไขทั้งสองอย่าง ในต้นแบบแรก การ์ดทำงานได้อย่างราบรื่น บทเรียน: การแนะนำเลย์เอาต์ของ AI เป็นรายการตรวจสอบเบื้องต้นที่ดี แต่การตัดสินใจที่สำคัญ เช่น การแบกกระแสและความสมบูรณ์ของกราวด์ ได้รับการตรวจสอบโดยการคำนวณอิสระและความรู้ทางวิศวกรรม

ข้อผิดพลาดทั่วไป

• ปล่อยความกว้างการติดตามพลังงานไว้ที่ค่าแคบที่กำหนดโดย AI โดยไม่ต้องคำนวณกระแส/อุณหภูมิ
• ไม่ตรวจสอบระยะห่างไฟฟ้าแรงสูง (คืบคลาน/ระยะห่าง) จากมาตรฐาน
• ส่งไปยังการผลิตโดยไม่ต้องตรวจสอบหมายเลขชิ้นส่วนของซัพพลายเออร์ใน BOM
• ละเลยตัวเก็บประจุบายพาสและระนาบกราวด์
• ลืมองค์ประกอบปราบปรามสำหรับโหลดอุปนัย (รีเลย์, มอเตอร์)
• ข้ามการตรวจสอบการลัดวงจรก่อนเปิดเครื่องในขั้นตอนการทดสอบ

โดยสรุป

• ความกว้างของแทร็ก ตรวจสอบตามกฎคล้าย IPC โดยพิจารณาจากกระแส ความหนาของทองแดง และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น
• AI มีแนวโน้มที่จะแนะนำลายเซ็นพลังงานที่แคบ คำนวณการติดตามพลังงานแต่ละรายการอย่างอิสระ
• ช่องว่างไฟฟ้าแรงสูงได้รับการยืนยันจากมาตรฐานตามแรงดันไฟฟ้าและระดับมลภาวะ
• AI มีประสิทธิภาพในการแปล EMC และหลักการจัดวางให้เป็นรายการตรวจสอบเฉพาะของบอร์ด
• หมายเลขชิ้นส่วนแต่ละรายการใน BOM จะต้องได้รับการยืนยันว่าเป็นของแท้และสามารถจัดหาได้
• การตรวจสอบก่อนจ่ายไฟในขั้นตอนการทดสอบจะช่วยปกป้องบอร์ด ทำตามคำสั่ง.

งานสมัคร

สำหรับการออกแบบบอร์ดแบบเรียบง่ายของคุณ (หรือ MCU + ตัวควบคุม + บอร์ดเซ็นเซอร์สมมุติ) ให้สอบถาม AI สำหรับเอาต์พุตสองรายการ: (1) คำแนะนำความกว้างของการติดตามสำหรับการติดตามกำลัง (2) รายการตรวจสอบ EMC/เค้าโครงเฉพาะของบอร์ด จากนั้นตรวจสอบความกว้างของการติดตามกระแสสูงสุดอย่างอิสระด้วยสูตร IPC และเปรียบเทียบกับคำแนะนำของ AI ยืนยันหมายเลขชิ้นส่วนอย่างน้อยสามหมายเลขใน BOM ที่ไซต์ผู้จัดจำหน่าย สังเกตการเบี่ยงเบนและการแก้ไขใดๆ ที่คุณพบ