Masalah Paling Umum dalam Desain PCB dan Analisisnya

PCB (Printed Circuit Board) adalah inti dari produk elektronik yang diterapkan di hampir semua peralatan di berbagai bidang, dari kecil hingga besar, dari komputer, telekomunikasi hingga perangkat keras militer. Sederhananya, PCB memainkan peran penting dalam mengimplementasikan fungsi produk elektronik.

Namun demikian, bukanlah tugas yang mudah untuk merancang papan sirkuit dan banyak asosiasi, antara lapisan, komponen atau sirkuit, harus ditangani dengan benar. Sebuah desain yang dipikirkan dengan buruk mungkin akan membawa kegagalan atau bahkan malapetaka ketika bekerja di dalam sistem elektronik. Terlepas dari atribut kesulitan desain PCB itu sendiri, beberapa masalah yang umum terjadi dapat diringkas sehingga semua desainer PCB dapat mengetahuinya terlebih dahulu dan belajar menanganinya sebelum fase fabrikasi PCB.

CATATAN:Artikel ini membahas masalah dan solusi desain PCB berdasarkan partisipasi perangkat lunak Altium Designer.

Masalah Desain PCB pada Skema

Masalah #1:Menurut laporan ERC, tidak ada sinyal akses pada pin.
Analisis:
a. I/O harus didefinisikan pada pin saat membuat paket;
b. Saat membuat atau menempatkan komponen, atribut ketidaksesuaian dapat dimodifikasi sehingga pin dan garis tetap longgar;
c. Saat membuat komponen, pin mengalami arah sebaliknya.

Masalah#2:Komponen berada di luar kertas.
Analisis:File tidak dibuat di tengah kertas pustaka komponen.

Masalah #3:Netlist file engineering yang dibuat hanya dapat mengakses sebagian PCB.
Analisis:Item "global" tidak diambil saat membuat netlist.

Masalah#4:Komponen gagal diputar.
Analisis:Metode input harus diganti.

Masalah Desain PCB pada PCB

Masalah#1:Dalam proses loading jaringan, laporan NODE tidak terjadi.
Analisis:
a. Komponen dalam skema mungkin memanfaatkan paket yang tidak tersedia di pustaka komponen;
b. Komponen dalam skema menggunakan paket yang tidak kompatibel dengan yang digunakan di pustaka komponen;

Masalah#2:Jaringan laporan DRC dibagi menjadi beberapa bagian.
Analisis:Masalah ini menunjukkan bahwa jaringan ini tidak terhubung dan CONNECTED COPPER dapat digunakan untuk menelusuri file.

Masalah#3:Dalam proses operasi, layar biru harus digunakan sesedikit mungkin.
Analisis:File dapat diekspor berkali-kali untuk menghasilkan file DDR baru sehingga dapat mengurangi ukuran file. Perutean otomatis tidak disarankan saat mendesain PCB yang rumit.

Perutean adalah langkah yang cukup signifikan dalam desain PCB dan semua langkah sebelumnya adalah persiapannya. Dalam hal desain PCB, perutean membutuhkan sebagian besar persyaratan. Perutean PCB dapat diklasifikasikan menjadi perutean satu sisi, perutean dua sisi, dan perutean multi-sisi. Dua metode perutean tersedia:perutean otomatis dan perutean interaktif. Sebelum routing otomatis, routing interaktif dapat digunakan untuk sistem yang relatif kompleks terlebih dahulu. Sela-sela pada terminal input dan output sebaiknya tidak saling sejajar sehingga interferensi RF tidak dapat dihasilkan. Garis tanah harus ditambahkan bila perlu dan perutean pada dua lapisan yang berdekatan harus vertikal satu sama lain. Garis paralel cenderung menghasilkan kopling parasit. Tingkat perutean perutean otomatis bergantung pada tata letak yang dipikirkan dengan matang dan aturan perutean dapat ditetapkan sebelumnya. Secara umum, perutean berbasis penyelidikan dapat dilakukan terlebih dahulu dan jalur perutean harus dioptimalkan secara keseluruhan. Jalur yang dirutekan kemudian akan ditutup dan perutean ulang akan diterapkan untuk meningkatkan efek keseluruhan. Sejauh desain untuk PCB padat komponen, melalui lubang saja hampir tidak dapat dihitung dengan banyak saluran perutean yang terbuang. Oleh karena itu, buta dan terkubur melalui teknologi telah diciptakan. Tidak hanya berfungsi seperti lubang, tetapi juga menyimpan banyak saluran perutean. Hasilnya, perutean bisa lebih mudah, lancar, dan lebih baik.

Masalah Desain PCB pada Interferensi dan Solusinya

Gangguan selalu terjadi pada peralatan elektronik dalam proses debugging dan aplikasi, yang berasal dari sejumlah penyebab. Di antara semua penyebab, perutean yang tidak rasional dan penempatan komponen yang tidak tepat memunculkan sebagian besar gangguan selain gangguan yang dihasilkan dari lingkungan. Gangguan mungkin akan menyebabkan peralatan listrik tidak dapat bekerja secara normal atau bahkan gagal. Oleh karena itu, kemungkinan interferensi harus ditahan dalam fase desain PCB.

Masalah #1:Pembangkitan dan kontrol gangguan saluran tanah.

Analisis dan Solusi:

Jika garis pembumian menunjukkan potensial nol, beda potensial relatif dari setiap titik pembumian di seluruh rangkaian harus juga nol. Namun, hampir tidak mungkin untuk memastikan perbedaan potensial menjadi benar-benar nol dan perbedaan potensial yang kecil mungkin akan mengakibatkan sinyal interferensi yang mempengaruhi kerja normal seluruh rangkaian setelah diperbesar melalui rangkaian penguat.

Untuk menahan interferensi, metode berikut dapat digunakan:a. pedoman landasan yang benar harus diikuti; b. saluran tanah digital harus dipisahkan dari saluran tanah analog; c. garis tanah harus ditebalkan sebanyak mungkin; d. landasan harus dilapisi sebanyak mungkin.

Masalah#2:Gangguan dan pengekangan daya.

Analisis dan Solusi:gangguan daya mungkin berasal dari desain skematis, perutean, atau tata letak yang tidak rasional. Oleh karena itu, loop AC-DC tidak dapat terhubung satu sama lain selama perutean dan saluran ground tidak boleh berjalan paralel dengan loop besar. Selain itu, saluran listrik dan saluran sinyal tidak boleh terlalu dekat satu sama lain dan tidak boleh paralel. Bila perlu, filter dapat ditambahkan antara terminal keluaran daya dan alat.

Masalah#3:EMI (Interferensi Elektromagnetik) dan penahannya.

Karena komponen ditempatkan secara padat, jika desain irasional diterapkan, EMI akan dibangkitkan seperti gangguan parameter distribusi dan EMI komponen. Tindakan yang sesuai harus dilakukan untuk mengalahkan gangguan yang berbeda.

Analisis dan Solusi:

sebuah. Kopling parasit antara sirkuit pencetakan. Pengaruh parameter distribusi antara dua sadapan paralel dengan jarak pendek setara dengan induktansi dan kapasitansi yang saling berpasangan. Sinyal mengalir melalui satu lead sementara sinyal induktif dihasilkan oleh lead lainnya. Dengan demikian, jalur sinyal tidak pernah dapat dirancang untuk sejajar satu sama lain selama desain PCB atau jalur pelindung dapat digunakan untuk menahan sinyal interferensi yang lemah untuk menghentikan interferensi.

b. Interferensi antara bagian magnetik. Loudspeaker dan elektromagnet menghasilkan medan magnet konstan sementara transformator dan relai tegangan tinggi menghasilkan medan magnet bolak-balik. Kedua medan magnet membawa interferensi ke komponen periferal dan garis pencetakan dan tindakan pengendalian yang sesuai dapat dilakukan berdasarkan situasi yang berbeda:
• Pemotongan pada garis tercetak yang dibawa oleh garis magnet harus dikurangi.
• Posisi dua bagian magnet harus dipertahankan vertikal satu sama lain sepanjang dua arah magnet yang berbeda untuk mengurangi kopling antara dua bagian.
• Sumber interferensi harus menerima pelindung magnetik dan penutup pelindung harus terhubung dengan baik ke tanah .

Masalah#4:Gangguan dan penahan termal.

Analisis dan Solusi:ketika peralatan dengan daya tinggi bekerja, mereka biasanya memiliki suhu tinggi sehingga sumber panas tersedia di sirkuit, membawa gangguan ke sirkuit tercetak. Oleh karena itu, komponen yang peka terhadap suhu harus ditempatkan jauh dari bagian penghasil panas selama desain tata letak PCB dan sumber panas harus ditempatkan di udara luar papan untuk menghentikan perpindahan panas yang dihasilkan atau disipasi termal yang dihasilkan. Jika perlu, lembar pembuangan termal harus dilengkapi.

Artikel ini hanya membahas masalah paling umum yang biasanya kita temui dalam desain PCB dan solusinya. Faktanya, lebih banyak masalah diharapkan dapat ditemukan dalam pengalaman desain praktis Anda.

Sumber Bermanfaat
• Cara Mendesain PCB Berkualitas Tinggi
• Aturan Utama Desain PCB yang Harus Anda Ketahui
• Panduan dari Skema hingga Desain PCB Berdasarkan Altium Designer
• Bagaimana untuk Mengalahkan Interferensi dalam Desain PCB
• Metode untuk Memperkuat Kemampuan Anti-Interferensi dalam Desain PCB