Hur korrekt komponentdesignering förbättrar PCB-utformning och produktion

Inom elektronikdesign är noggrant och konsekvent komponentmärkning en av de grundläggande aspekterna för att skapa både funktionella och tillförlitliga kretskort. Designation av komponenter sker oftast enligt specifika konventioner som styrs av olika standarder, som ANSI/ASME och IPC. Även om dessa standarder är utformade för att förenkla designprocessen, finns det ofta variationer beroende på vilket företag eller vilken programvara som används. Trots dessa skillnader är en genomgående konsekvent användning av någon standard avgörande för att undvika förvirring och potentiella fel under både design och tillverkning.

De vanligaste konventionerna för komponentprefixen listas i tabellen här nedan. Dessa prefix har utvecklats för att ge designers ett enkelt sätt att identifiera vilken typ av komponent som avses. Exempelvis används "A" eller "AR" för förstärkare, medan "B" eller "MG" används för motorer eller motorgeneratorer. Detta gör att komponenter kan identifieras snabbt utan att behöva gå in på detaljer som motståndsvärde eller kapacitans. Att följa en viss konvention är inte obligatoriskt, men det gör designprocessen mycket enklare och mer pålitlig om den tillämpas konsekvent.

När man arbetar med EDA-programvara (Electronic Design Automation) sker komponentidentifiering oftast automatiskt, men det är viktigt att designatorerna matchar exakt med fysiska komponenter i layouten. Oavsett vilken programvara som används är det avgörande att alla komponenter i schemat även finns i layouten, och att de är korrekt kopplade. Att använda en elektrisk regelkontroll (ERC) kan hjälpa till att säkerställa att schemat och layouten är synkroniserade, vilket minskar risken för missförstånd eller fel.

Ibland kan komponenter vara så stora eller komplexa att det inte är praktiskt att använda ett enda symbol för hela komponenten. Ett vanligt sätt att hantera detta är att dela upp komponenten i flera mindre block, eller "subsymboler". Till exempel kan en stor FPGA (Field Programmable Gate Array) som har flera pins delas upp i flera delar för att göra det lättare att följa. Varje del kan till exempel ha en subkomponent som visar ström- och jordpins separat från I/O-pins. Detta gör det inte bara enklare att förstå schemat, utan kan även förhindra fel när man placerar komponenterna på kretskortet.

När du anger motståndsvärden i schemat är det viktigt att använda rätt suffix. Vanligtvis skrivs värdet för motstånd som "100R" för 100 ohm eller "1.1K" för 1 100 ohm. För att göra det ännu tydligare och förhindra förväxling, används bokstaven R för att representera ohm och K för värden över 1000 ohm. För att säkerställa att komponenterna är korrekt identifierade, är det också bra att skriva tillverkarnummer för ovanliga eller specialkomponenter direkt bredvid deras symboler. Detta gör det lättare för andra att hitta datasheet och säkerställa att komponenten är korrekt vald.

Vid design av schemat bör även alla pins vara tydligt markerade, särskilt om det handlar om två-pins passiva komponenter som induktorer, kondensatorer eller resistorer. Om pin-konfigurationen inte är korrekt eller om några pinnar är dolda i schemat, kan det leda till förlorad information och potentiella misstag vid sammansättning av kretskortet. Att se till att alla pins är synliga, och att numreringen på schemat stämmer överens med numreringen på fotavtrycken, är en grundläggande metod för att säkerställa korrekt placering och anslutning av alla komponenter.

Ett vanligt misstag som kan uppstå är när man återanvänder befintliga schematiska symboler för nya komponenter. Detta är särskilt vanligt vid användning av connectors. Om en symbol för en 20-pin connector används för flera olika fysiska connectorer som alla har 20 pins, kan det uppstå problem om numreringen inte är konsekvent. För att undvika dessa fel bör man alltid skapa nya symbolspecifikationer för varje specifik komponent istället för att återanvända gamla, för att säkerställa att allt är korrekt.

Vid användning av polära kondensatorer är det också viktigt att tydligt visa vilken sida som är katod och vilken som är anod. I USA används ofta en kurvad linje för att indikera katod-sidan på en kondensator, medan europeiska designer ibland färglägger katod-sidan. Detta kan vara tillräckligt för att synligt indikera polariteten, men det finns fortfarande risker om fotavtrycken inte matchar korrekt i CAD-programmet. Detta är särskilt problematiskt vid automatiserad montering, där maskiner kan plocka upp komponenterna felaktigt om polariteten inte är rätt angiven.

För att undvika misstag och säkerställa att designen blir så pålitlig som möjligt, är det avgörande att vara noggrann i varje steg, från komponentval och märkning till fotavtryck och pin-konfigurationer. Genom att tillämpa dessa principer kan du förbättra både kvaliteten på designen och effektiviteten i tillverkningsprocessen.

Hur man väljer rätt komponenter för ditt projekt: Från specifikationer till inköp

Att välja rätt elektroniska komponenter är en konst och vetenskap som sällan lärs ut i skolor, men som är avgörande för ett projekts framgång. De komponenter du väljer för din design måste både uppfylla dina specifikationer och hålla kostnaderna nere. De måste också vara tillgängliga när du behöver dem. Tyvärr är det inte lätt att uppnå dessa mål samtidigt. I denna kapitel kommer vi att utforska strategier för att bestämma de specifikationer som komponenterna i din design måste uppfylla och diskutera hur inköpsprocessen fungerar.

Det första målet när du väljer komponenter för din design är att säkerställa att varje komponent uppfyller alla dina specifikationer. Ett exempel på detta kan vara om du hittar en fantastisk LCD-skärm som har den upplösning och uppdateringsfrekvens du behöver, men kommer den att fungera under de nödvändiga miljöförhållandena? Förutom komponentens egenskaper måste ett bra val ta hänsyn till många andra faktorer, såsom komplexitet, robusthet och logistik.

Toleranser. När du väljer en komponent är det viktigt att ta hänsyn till toleranser. Om du till exempel väljer en avkopplingskondensator kan du troligtvis bry dig mindre om dess noggrannhet än om du väljer en kondensator för ett högre ordens filter. Säkerställ att du har gått igenom din design och specificerat de erforderliga toleranserna för att rätt del ska beställas. Om du väljer en för snäv tolerans kan du komma att spendera mer pengar än nödvändigt. Men om du väljer en för lös tolerans kan din krets bli opålitlig eller fungera felaktigt.

Ge dig själv lite utrymme med klassificeringarna. Försök att välja komponenter och designa dina kretsar så att delarna inte körs på mer än 90 procent av deras angivna spänning, temperatur och andra specifikationer. Detta säkerställer att komponenten presterar som förväntat, eftersom tillverkaren sannolikt inte har testat något över de angivna specifikationerna i databladet. Om du måste köra en komponent över dess nominella gränser eller på ett icke-standardiserat sätt, se till att du pratar med en applikationsingenjör om det och samla egna tester innan du litar på att komponenten kommer att fungera normalt.

Känn till felmoden för varje komponent du väljer. Felmoden beror både på själva komponenten och på hur du tänker använda den. Kommer den att gå sönder öppet eller stängt? Kommer den att bli för varm? Kommer den att utgas något? Välj inte en komponent med ett oacceptabelt felmode. Detta är särskilt viktigt för kondensatorer, och vi kommer att gå in mer på detta i kapitel 3. För komponenter med ett acceptabelt felmode, använd din kunskap om hur de kan och kommer att misslyckas för att mildra dessa fel. Det kan till exempel leda dig till att placera komponenten på ett visst ställe på din PCB eller välja en viss kapslingsdesign.

Tänk på att använda komponenter med bilklassificering för höga temperaturer. Många komponenter tillverkas både i ett standardtemperaturintervall och i ett utökat temperaturintervall för bilapplikationer. De senare testas omfattande enligt strikta bilstandarder och är ett bra sätt att få mycket mer robusta delar för inte mycket mer pengar. Den nivå som ligger över bilstandarder är mil-spec (för militär användning), men mil-spec-komponenter är ofta betydligt dyrare.

Var försiktig med ärvda hårdvaror eller komponenter. Kanske har du några överblivna rullar med delar från ett liknande projekt, eller så berättar en annan ingenjör om en komponent som har fungerat bra tidigare, eller så finns det en hel modul som du vill återanvända. Faran här är att kraven inte nödvändigtvis är exakt samma mellan projekten. Om till exempel drifttemperaturkraven har ändrats, kan en komponent eller modul som fungerade utmärkt tidigare nu misslyckas. Det är absolut inget fel med att använda ärvda komponenter, och faktiskt kan det spara mycket tid och pengar, men anta inte att den fortfarande kommer att fungera. Ta dig tid att säkerställa att den uppfyller alla dina nya krav innan du integrerar den.

Komponenttillverkare erbjuder ofta resurser för att hjälpa dig använda deras delar framgångsrikt, inklusive försäljningsingenjörer och fältapplikationsingenjörer. Dessa personer är en gratis resurs som kan parallellisera ditt arbete. De hjälper gärna till med val av komponenter och ger förslag på delar som möter dina krav. De känner sina produktlinjer väl och vill säkerställa att din design fungerar — det är faktiskt deras jobb. Ta tillvara på detta och ring dem om du har några frågor om funktionalitet, implementering eller prestanda.

Komponentförpackning är också en viktig faktor att beakta när du väljer delar till ditt projekt, eftersom förpackningen påverkar faktorer som storlek, layout och montering. Passiva komponenter som motstånd, kondensatorer och induktorer kommer oftast i förpackningsstorlekar som 2512, 1206, 0805, 0603, 0402, 0201 och 01005. Dessa siffror hänvisar till komponentens fysiska mått i hundradelar av en tum. Till exempel betyder 0805 att delen är 0,08 tum gånger 0,05 tum. För passiva komponenter är 0603 en bra balans mellan storlek och monteringseffektivitet. De är tillräckligt stora för att enkelt lödas för hand, men tillräckligt små för att inte ta upp för mycket plats på din PCB.