【技术分享】不规则形状PCB该如何设计?看本教程就够了!

2019-04-16 17:05:03 来源:电子工程世界
标签:
PCB   电路板   EDA

 

我们预想中的完整 PCB 通常都是规整的矩形形状。虽然大多数设计确实是矩形的,但是很多设计都需要不规则形状的电路板,而这类形状往往不太容易设计。本文介绍了如何设计不规则形状的 PCB。

 

如今,PCB 的尺寸在不断缩小,而电路板中的功能也越来越多,再加上时钟速度的提高,设计也就变得愈加复杂了。那么,让我们来看看该如何处理形状更为复杂的电路板。

 

如图1所示,简单 PCI 电路板外形可以很容易地在大多数 EDA Layout 工具中进行创建。

 


图 1:常见 PCI 电路板的外形。

 

然而,当电路板外形需要适应具有高度限制的复杂外壳时,对于 PCB 设计人员来说就没那么容易了,因为这些工具中的功能与机械 CAD 系统的功能并不一样。图 2 中所示的复杂电路板主要用于防爆外壳,因此受到诸多机械限制。想要在 EDA 工具中重建此信息可能需要很长时间而且并不具有成效。因为,机械工程师很有可能已经创建了 PCB 设计人员所需的外壳、电路板外形、安装孔位置和高度限制。

 


图 2:在本示例中,必须根据特定的机械规范设计 PCB,以便其能放入防爆容器中。

 

由于电路板中存在弧度和半径,因此即使电路板外形并不复杂(如图 3 中所示),重建时间也可能比预期时间要长。

 


图 3:设计多个弧度和不同的半径曲线可能需要很长时间。

 

这些仅仅是复杂电路板外形的几个例子。然而,从当今的消费类电子产品中,您会惊奇地发现有很多工程都试图在一个小型封装中加入所有的功能,而这个封装并不总是矩形的。您最先想到的应该是智能手机和平板电脑,但其实还有很多类似的例子。

 

如果您返还租来的汽车,那么可能可以看到服务员用手持扫描仪读取汽车信息,然后与办公室进行无线通信。该设备还连接了用于即时收据打印的热敏打印机。事实上,所有这些设备都采用刚性/柔性电路板(图 4),其中传统的 PCB 电路板与柔性印刷电路互连,以便能够折叠成小空间。

 


图 4:刚性/柔性电路板允许最大限度地利用可用空间。

 

那么,问题是“如何将已定义的机械工程规范导入到 PCB 设计工具中呢?”在机械图纸中复用这些数据可以消除重复工作,更重要的是还可以消除人为错误。

 

我们可以使用 DXF、IDF 或 ProSTEP 格式将所有信息导入到 PCB Layout 软件中,从而解决此问题。这样做既可以节省大量时间,还可以消除可能出现的人为错误。接下来,我们将逐一了解这些格式。

 

DXF 是一种沿用时间最久、使用最为广泛的格式,主要通过电子方式在机械和 PCB 设计域之间交换数据。AutoCAD 在 20 世纪 80 年代初将其开发出来。这种格式主要用于二维数据交换。大多数 PCB 工具供应商都支持此格式,而它确实也简化了数据交换。DXF 导入/导出需要额外的功能来控制将在交换过程中使用的层、不同实体和单元。图5就是使用 Mentor Graphics 的 PADS 工具以 DXF 格式导入非常复杂的电路板外形的一个示例:

 


图 5:PCB 设计工具(如这里介绍的 PADS)需要能够使用 DXF 格式控制所需的各种参数。

 

几年前,三维功能开始出现在 PCB 工具中,于是需要一种能在机械和 PCB 工具之间传送三维数据的格式。由此,Mentor Graphics 开发出了 IDF 格式,随后该格式被广泛用于在 PCB 和机械工具之间传输电路板和元器件信息。

 

虽然 DXF 格式包含电路板尺寸和厚度,但是IDF 格式使用元件的 X 和 Y 位置、元件位号以及元件的 Z 轴高度。这种格式大大改善了在三维视图中可视化 PCB 的功能。IDF 文件中可能还会纳入有关禁布区的其他信息,例如电路板顶部和底部的高度限制。

 

系统需要能够以与 DXF 参数设置类似的方式,来控制 IDF 文件中将包含的内容,如图 6 中所示。如果某些元器件没有高度信息,IDF 导出能够在创建过程中添加缺少的信息。

 


图 6:可以在 PCB 设计工具(此示例为 PADS)中设置参数。

 

IDF 界面的另一个优点是,任何一方都可以将元器件移动到新位置或更改电路板外形,然后创建一个不同的 IDF 文件。这种方法的缺点是,需要重新导入表示电路板和元器件更改的整个文件,并且在某些情况下,由于文件大小可能需要很长时间。此外,很难通过新的 IDF 文件确定进行了哪些更改,特别是在较大的电路板上。IDF 的用户最终可创建自定义脚本来确定这些更改。

 

为了更好地传送三维数据,设计人员都在寻找一种改良方式,STEP 格式应运而生。STEP 格式可以传送电路板尺寸和元器件布局,但更重要的是,元器件不再是具有一个仅具有高度值的简单形状。STEP 元器件模型以三维形式对元件进行了详细而复杂的表示。电路板和元器件信息都可以在 PCB 和机械之间进行传递。然而,仍然没有可以进行跟踪更改的机制。

 

为了改进 STEP 文件交换,我们引入了 ProSTEP 格式。这种格式可移动与 IDF 和 STEP 相同的数据,并且具有很大的改进 – 它可以跟踪更改,也可以提供在学科原始系统中工作及在建立基准后审查任何更改的功能。除了查看更改之外,PCB 和机械工程师还可以批准布局、电路板外形修改中的所有或单个元器件更改。他们还可以提出不同的电路板尺寸或元器件位置建议。这种经改进的沟通在 ECAD 与机械组之间建立了一个以前从未存在的 ECO(工程变更单)(图 7)。

 


图 7:建议更改、在原始工具上查看更改、批准更改或提出不同建议。

 

现在,大多数 ECAD 和机械 CAD 系统都支持使用 ProSTEP 格式来改进沟通,从而节省大量时间并减少复杂的机电设计可能带来的代价高昂的错误。更重要的是,工程师可以创建一个具有额外限制的复杂电路板外形,然后通 过电子方式传递此信息,以避免有人错误地重新诠释电路板尺寸,从而达到节省时间的目的。

 

如果您还没有使用过这些 DXF、IDF、STEP 或 ProSTEP 数据格式交换信息,则您应检查他们的使用情况。可以考虑使用这种电子数据交换,停止浪费时间来重新创建复杂的电路板外形。

 
关注与非网微信 ( ee-focus )
限量版产业观察、行业动态、技术大餐每日推荐
享受快时代的精品慢阅读
 

 

继续阅读
基于ADF4002 和 ADF5355 频率合成器芯片的5G本振源的设计
基于ADF4002 和 ADF5355 频率合成器芯片的5G本振源的设计

针对5G 毫米波通信系统对本振源频率、相位噪声、杂散抑制要求的提升,提出了一种结合ADF4002 和2 个ADF5355 频率合成器芯片,可同时用于中频和射频电路的高性能本振源。

编程器过流保护一步到位,让烧录安枕无忧

你是否出现过因编程器问题造成产线停工的情况,为何会烧录不良甚至故障导致产线停滞,究竟是因为未区分研发型和量产型还是因为编程器本身电源过流保护、过压保护等设计不完善?

沉金板与镀金板,这两种PCB工艺有何区别?
沉金板与镀金板,这两种PCB工艺有何区别?

电路板的表面有几种处理工艺:光板(表面不做任何处理),松香板,OSP(有机焊料防护剂,比松香稍好),喷锡(有铅锡、无铅锡),镀金板,沉金板等,这些是比较觉见的。

可制造性设计对PCB设计的重要性

尽管围绕着可制造性设计(DFM)的价值、定义、变化性和技术争执颇多,但所有的问题都是基于芯片。当然,当我们开始考虑45和32纳米设计时,芯片DFM是很关键的要求。然而,关注芯片DFM,却忽视了更重要的技术需要:面向印刷电路板的DFM。

又要开关效率高,又要开关干扰小,如何才能让这两者兼得?
又要开关效率高,又要开关干扰小,如何才能让这两者兼得?

开关调节器中的快速开关瞬变是有利的,因为这显著降低了开关模式电源中的开关损耗。尤其是在高开关频率时,可以大幅提高开关调节器的效率。但是,快速开关转换也会带来一些负面影响。

更多资讯
2019 上半年国内 IC 产业报告分析

根据上海市集成电路行业协会对本市200家集成电路主要企业的跟踪统计,2019年6月份全市集成电路产业销售收入为153.95亿元,环比增长71.4%,同比增长23.1%。6月份环比增长幅度的较大原因主要有部分设计企业报表季度填报。

深圳集成电路产业解读:将规划 IC 设计产业园

8月22日,2019中国(深圳)集成电路峰会在深圳举办。在峰会上,深圳市科技创新委员会副主任钟海对深圳市集成电路产业发展进行了解读。

除了 IC 设计,深圳的集成电路产业根本不行?

8月22日,由深圳市人民政府、国家“核高基”重大专项总体专家组、国家集成电路设计产业技术创新联盟、中国半导体行业协会集成电路设计分会、中国通信学会集成电路专委会主办的“2019中国(深圳)集成电路峰会” 在深圳福田香格里拉大酒店召开。 

你碰到过PCB翘板的问题嘛?七个预防措施及处理措施请收好

线路板翘曲会造成元器件定位不准;板弯在SMT,THT时,元器件插脚不整,将给组装和安装工作带来不少困难。

Maxim发布业界最高精度、最低静态电流电量计IC,集成电池保护器为系统提供最高安全等级

Maxim Integrated Products, Inc (NASDAQ: MXIM) 宣布推出MAX17301/11电量计,集成电池保护器为设计者提供最高等级的安全保护。