Jebakan Teratas Perancangan PCB Dijelaskan: Analisis Komprehensif

PCB (Papan Sirkuit Cetak) cukup inti dalam produk elektronik sehingga diterapkan dalam hampir semua peralatan berbagai bidang, dari kecil hingga besar, dari komputer, telekomunikasi hingga perangkat militer. Sederhananya, PCB memainkan peran signifikan dalam mengimplementasikan fungsi produk elektronik.

Namun, merancang papan sirkuit tidak pernah mudah dan banyak asosiasi, antara lapisan, komponen atau sirkuit, harus diatasi dengan benar. Desain yang tidak matang mungkin akan membawa kegagalan bahkan bencana saat bekerja dalam sistem elektronik. Meski kesulitan atribut desain PCB itu sendiri, beberapa masalah yang umum terjadi dapat diringkas sehingga semua perancang PCB dapat menyadarinya sebelumnya dan belajar untuk mengatasi mereka sebelum fase fabrikan PCB.

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

Masalah Desain PCB pada Skematik

Masalah#1: Menurut laporan ERC, tidak ada akses sinyal pada pin.
Analisis:
a. I/O harus didefinisikan pada saat mendirikan paket;
b. Saat mendirikan atau meletakkan komponen, atribut ketidaksesuaian mungkin dimodifikasi sehingga pin dan garis menjadi longgar;
c. Saat mendirikan komponen, pin menderita arah terbalik.

Masalah#2: Komponen melebihi kertas.
Analisis: File tidak dibuat di pusat kertas library komponen.

Masalah#3: Daftar jaringan file proyek yang dibuat hanya dapat sebagian mengakses PCB.
Analisis: Item “global” tidak dipilih saat menghasilkan daftar jaringan.

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

Masalah Desain PCB pada PCB

Masalah#1: Dalam proses pemuatan jaringan, laporan NODE tidak terjadi.
Analisis:
a. Komponen dalam skematik mungkin menggunakan paket yang tidak tersedia dalam library komponen;
b. Komponen dalam skematik menggunakan paket yang tidak kompatibel dengan yang digunakan dalam library komponen;

Masalah#2: Laporan DRC jaringan terbagi menjadi beberapa bagian.
Analisis: Masalah ini menunjukkan bahwa jaringan ini tidak terhubung dan KONEKSI TEMBAGA dapat digunakan untuk melewati file.

Masalah#3: Dalam proses operasi, layar biru harus digunakan sejarang mungkin.
Analisis: File dapat diekspor banyak kali untuk menghasilkan file DDR baru sehingga mengurangi ukuran file. Auto routing tidak disarankan saat merancang PCB kompleks.

Routing adalah langkah yang sangat signifikan dalam desain PCB dan semua langkah sebelumnya adalah persiapannya. Apabila berkaitan dengan desain PCB, routing memerlukan persyaratan paling banyak. Routing PCB dapat diklasifikasikan menjadi routing satu sisi, routing dua sisi, dan routing multi sisi. Dua metode routing tersedia: auto routing dan interaktif routing. Sebelum auto routing, interaktif routing dapat digunakan untuk sistem yang relatif kompleks terlebih dahulu. Garis sisi di terminal masukan dan keluaran harus menghindari sejajar satu sama lain sehingga gangguan RF tidak dapat dihasilkan. Garis ground harus ditambahkan jika diperlukan dan routing pada dua lapisan bersebelahan harus tegak lurus satu sama lain. Garis sejajar cenderung menghasilkan pengkapsling parasit. Tingkat routing auto routing bergantung pada tata letak yang matang dan aturan routing dapat diatur terlebih dahulu. Secara umum, routing berbasis kueri dapat dilakukan terlebih dahulu dan jalur routing harus dioptimalkan secara keseluruhan. Garis yang dirouting kemudian akan ditutup dan rerouting akan dilakukan untuk meningkatkan efek keseluruhan. Sejauh desain untuk PCB padat komponen, lubang melalui sendirinya sulit menghitung dengan banyak saluran routing yang terbuang. Oleh karena itu, teknologi via samar dan tersembunyi telah dibuat. Mereka tidak hanya berfungsi seperti lubang melalui, tetapi juga menghemat banyak saluran routing. Akibatnya, routing dapat lebih mudah, lebih mulus, dan lebih baik.

Masalah Desain PCB pada Gangguan dan Solusinya

Gangguan selalu terjadi pada peralatan elektronik dalam proses debug dan aplikasi, yang berasal dari sejumlah besar penyebab. Di antara semua penyebab, routing yang tidak rasional dan penempatan komponen yang tidak tepat menyebabkan gangguan paling banyak selain gangguan yang timbul dari lingkungan. Gangguan mungkin menyebabkan peralatan listrik tidak dapat bekerja secara normal bahkan gagal. Oleh karena itu, gangguan yang mungkin harus ditekan pada fase desain PCB.

Masalah#1: Pembuatan dan pengendalian gangguan garis ground.

Analisis dan Solusi:

Jika garis ground menunjukkan potensi nol, selisih potensi relatif dari setiap titik grounding dalam seluruh sirkuit harus juga nol. Namun, hampir tidak mungkin untuk memastikan selisih potensi nol absolut dan selisih potensi kecil mungkin akan menghasilkan sinyal gangguan yang memengaruhi operasional normal seluruh sirkuit setelah diperkuat melalui sirkuit penguat.

Untuk menekan gangguan, metode berikut dapat digunakan: a. pedoman grounding yang benar harus diikuti; b. garis ground digital harus dipisahkan dari garis ground analog; c. garis ground harus ditebalkan semaksimal mungkin; d. grounding harus dilapisi semaksimal mungkin.

Masalah#2: Gangguan daya dan penahanan.

Analisis dan Solusi: gangguan daya mungkin berasal dari desain skematik yang tidak rasional, routing atau tata letak. Oleh karena itu, loop AC-DC tidak dapat terhubung satu sama lain selama routing dan garis ground tidak boleh berjalan sejajar dengan loop besar. Selain itu, garis daya dan garis sinyal tidak boleh terlalu dekat satu sama lain dan tidak boleh pernah sejajar. Jika diperlukan, filter dapat ditambahkan antara terminal output daya dan peralatan.

Masalah#3: EMI (Electromagnetic Interference) dan penahannya.

Karena komponen ditempatkan rapat, jika desain yang tidak rasional diimplementasikan, EMI akan ditimbulkan seperti gangguan parameter distribusi dan EMI komponen. Langkah yang sesuai harus dibuat untuk mengalahkan berbagai gangguan.

Analisis dan Solusi:

a. Pengkapsling parasit antara sirkuit cetak. Efek parameter distribusi antara dua plomb sejajar dengan jarak pendek ekuivalen dengan induktansi dan kapasitansi yang saling terkait. Sinyal mengalir melalui satu plomb sementara sinyal induktif dihasilkan oleh plomb lainnya. Jadi, garis sinyal tidak boleh dirancang sejajar satu sama lain selama desain PCB atau garis pengaman dapat digunakan untuk menekan sinyal gangguan lemah untuk mencegah gangguan.

b. Gangguan antara bagian magnetis. Kerucut suara dan elektromagnetik menghasilkan medan magnet konstan sementara transformator tegangan tinggi dan rel menghasilkan medan magnet bergantian. Keduanya medan magnet membawa gangguan ke komponen periferi dan plomb cetak dan langkah penahan yang sesuai dapat dibuat berdasarkan situasi berbeda:
• Penggunaan plomb cetak yang dihasilkan oleh garis magnet harus dikurangi.
• Posisi dua bagian magnet harus menjaga tegak lurus satu sama lain sepanjang dua arah magnet yang berbeda untuk mengurangi pengkapsling antara dua bagian.
• Sumber gangguan harus menerima pengamanan magnetis dan penutup pengaman harus terhubung dengan baik ke ground.

Masalah#4: Gangguan termal dan penahanan.

Analisis dan Solusi: saat alat daya tinggi bekerja, mereka biasanya memiliki suhu yang sangat tinggi sehingga sumber panas tersedia dalam sirkuit, membawa gangguan ke sirkuit cetak. Oleh karena itu, komponen sensitif suhu harus ditempatkan jauh dari bagian yang menghasilkan panas selama desain tata letak PCB dan sumber panas harus ditempatkan di udara di luar papan untuk menghentikan panas yang dihasilkan dari transfer atau pendinginan termal dari dihasilkan. Jika diperlukan, lembar pendinginan harus disediakan.

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

Sumber Daya yang Membantu
• Cara Merancang PCB Berkualitas Tinggi
• Aturan Desain PCB Utama yang Harus Anda Ketahui
• Pedoman dari Skematik ke Desain PCB Berdasarkan Altium Designer
• Cara Mengalahkan Gangguan dalam Desain PCB
• Metode untuk Meningkatkan Kemampuan Anti-Gangguan dalam Desain PCB