PCB设计中電(diàn)子硬件的关键區(qū)域分(fēn)析

2020-04-22

印刷電(diàn)路板,无论是组件，電(diàn)路板材料，其设计还是制造方式，该電(diàn)路板的可(kě)靠性仅是其最弱点。為(wèi)了延長(cháng)PCB的使用(yòng)寿命，寻找并改善可(kě)能(néng)导致電(diàn)路板故障的區(qū)域是很(hěn)有(yǒu)意义的。在设计时，应考虑以下一些想法，以对電(diàn)子硬件进行关键區(qū)域分(fēn)析。

PCB组件：電(diàn)子硬件的第一个关键领域分(fēn)析

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

显然，您无法在设计过程中检查实际的物(wù)理(lǐ)组件，但是可(kě)以根据可(kě)用(yòng)的数据对它们进行分(fēn)析。该风险评估将為(wèi)您提供确定零件是否有(yǒu)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(néng)：确定零件是否可(kě)以為(wèi)您的应用(yòng)提供所需的性能(néng)。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(kě)能(néng)会导致電(diàn)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(duō)可(kě)能(néng)不会导致硬件故障，但是不必要的成本却可(kě)以像硬件故障一样有(yǒu)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(yòng)符合RoHS要求的零件。

ESD：某些组件遭受静電(diàn)放電(diàn)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(lǐ)您的電(diàn)路板及其组件，以减轻所有(yǒu)敏感组件的ESD暴露。

假冒产品：為(wèi)避免最终在组装電(diàn)路板时使用(yòng)不合格甚至是假冒零件的问题，请務(wù)必与知名且信誉良好的合同制造商(shāng)合作。

状态：确保為(wèi)设计指定的零件可(kě)用(yòng)，并且未以OBS（作废）或NRND（对于新(xīn)设计不建议）的状态列出。

基于这些考虑因素开始分(fēn)析组件后，可(kě)以帮助减轻组装電(diàn)路板上可(kě)能(néng)出现的组件故障。下一步是分(fēn)析设计中潜在的電(diàn)路故障。

布局電(diàn)路板之前的電(diàn)路分(fēn)析

電(diàn)路仿真已成為(wèi)PCB设计过程中的标准部分(fēn)，但即使如此，它仍应被视為(wèi)電(diàn)子硬件设计总體(tǐ)关键區(qū)域分(fēn)析的一部分(fēn)。電(diàn)路仿真不仅有(yǒu)助于减少您必须做的原型构建数量，而且可(kě)以识别进行基准测试无法发现的潜在電(diàn)路问题。

電(diàn)路分(fēn)析是使用(yòng)工具完成的，通常是在原理(lǐ)图捕获程序中完成的。重要的是要确保原理(lǐ)图符号中包含适当的模型以进行此分(fēn)析。通常，您可(kě)以自己构建这些模型，也可(kě)以从组件制造商(shāng)处导入它们。 

您不仅可(kě)以模拟正在设计的電(diàn)路板上的電(diàn)路，而且可(kě)以通过导入其他(tā)系统板来模拟整个系统中的電(diàn)路路径。这将為(wèi)您提供整个系统的完整分(fēn)析。

PCB布局与分(fēn)析

電(diàn)路仿真完成并捕获原理(lǐ)图后，您将专注于電(diàn)路板的物(wù)理(lǐ)布局。為(wèi)了验证硬件设计的准确性，这里需要分(fēn)析许多(duō)不同的领域：

计算器：PCB设计工具通常具有(yǒu)各种阻抗计算器和板叠生成器，可(kě)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電(diàn)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(huā)时间根据制造商(shāng)的制造设计（DFM）规则设置设计规则，您将避免很(hěn)多(duō)制造麻烦。

3D检查：具有(yǒu)3D功能(néng)的PCB设计工具将使您能(néng)够查看和检查组件之间以及设计中其他(tā)机械硬件的位置。该分(fēn)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(kě)能(néng)仍然会出现故障，这仅仅是因為(wèi)设计中没有(yǒu)足够的空间供人手插入连接器。

完整性工具：这些设计功能(néng)使您可(kě)以验证電(diàn)路板将按照您的设计进行操作。信号和電(diàn)源完整性工具会告诉您線(xiàn)路是否太長(cháng)，太短，或者電(diàn)路板的某个區(qū)域中没有(yǒu)正确的電(diàn)源覆盖范围。

这些工具和功能(néng)将為(wèi)您提供很(hěn)多(duō)帮助，重要的是要使用(yòng)它们。

使用(yòng)设计工具进行PCB硬件分(fēn)析

从组件开始，遍历正在使用(yòng)的组件列表，并清理(lǐ)物(wù)料清单（BOM）。更先进的PCB设计绘图软件还提供在線(xiàn)零件搜索功能(néng)，可(kě)為(wèi)您提供有(yǒu)关所使用(yòng)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(shāng)零件列表中选择一个组件，并将其放置在原理(lǐ)图上，因為(wèi)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(yòng)设计系统中的電(diàn)路仿真工具对電(diàn)路进行微调。通过在设计过程中验证電(diàn)路，您可(kě)以节省很(hěn)多(duō)原型成本，并减少发生现场故障的可(kě)能(néng)性。以相同的方式，在设计系统中使用(yòng)不同的计算器以及信号和電(diàn)源完整性工具，以在使用(yòng)布局时验证其布局。