قبل از باز کردن ویرایشگر طرح‌بندی خود، زمانی را برای درک چگونگی جریان فرآیند استاندارد طراحی PCB از ابتدا تا انتها اختصاص دهید. پرش مستقیم به قرار دادن قطعات بدون تصویر واضحی از گردش کار کامل، یکی از سریع‌ترین راه‌ها برای ایجاد دوباره کاری برای خود در آینده است.

گردش کار استاندارد طراحی PCB از این توالی پیروی می‌کند:

1. انتخاب قطعات اصلی که موجود هستند و از توزیع‌کنندگان اصلی در دسترس هستند
2. ایجاد و بررسی شماتیک خود در برابر الزامات مهندسی
3. ایجاد یک PCB خالی، تعریف پشته‌بندی (stackup) خود و تنظیم قوانین طراحی
4. وارد کردن داده‌های قطعات از شماتیک به طرح‌بندی PCB
5. قرار دادن قطعات و بررسی قرارگیری برای تأیید برآورده شدن الزامات مهندسی
6. مسیریابی مسیرها و اتصالات بین قطعات
7. پاکسازی طرح‌بندی و تکمیل بررسی نهایی طراحی
8. تولید فایل‌های خروجی طراحی و ارسال برای تولید

درک این توالی مهم است زیرا هر مرحله به مرحله قبل از خود بستگی دارد. طراحانی که از مراحل جلوتر می‌پرند - مثلاً مسیریابی قبل از نهایی شدن قرارگیری - تقریباً همیشه مجبور به بازگشت و انجام دوباره کار می‌شوند. ایجاد عادات خوب در اطراف گردش کار از ابتدا، در هر طراحی بعدی صرفه‌جویی قابل توجهی در زمان ایجاد می‌کند.

شماتیک و طرح‌بندی PCB شما دو نمایش از یک طراحی هستند. هر تغییری که در یکی ایجاد شود باید در دیگری منعکس شود. این یکی از اساسی‌ترین قوانین طراحی PCB است و نقض آن - حتی به طور موقت - منجر به عدم تطابق، اتصالات از دست رفته و خطاهایی می‌شود که ردیابی آنها در آینده دشوار است.

هر یک از تغییرات زیر که در شماتیک شما ایجاد می‌شود باید قبل از ادامه کار به طرح‌بندی PCB منتقل شود:

• اضافه کردن، حذف کردن یا تعویض قطعات
• اضافه کردن، حذف کردن یا اصلاح شبکه‌ها (nets)
• گروه‌بندی شبکه‌ها در اشیاء کلاس شبکه
• به‌روزرسانی پارامترهای قطعات مانند شماره قطعه یا اطلاعات تامین‌کننده
• اعمال هرگونه قوانین الکتریکی یا دستورالعمل‌های جدید به اشیاء شماتیک

نرم‌افزارهای مدرن طراحی PCB این کار را از طریق یک تابع وارد کردن یا همگام‌سازی انجام می‌دهند. از آن به طور مداوم استفاده کنید. ویرایش قطعات را در شماتیک انجام دهید و آنها را به طرح‌بندی وارد کنید - نه برعکس. این نظم داده‌های طراحی شما را تمیز نگه می‌دارد و اطمینان می‌دهد که موتور قوانین طراحی، قصد شما را به درستی می‌خواند.

هر PCB که شما با هدف تولید به عنوان یک محصول فیزیکی طراحی می‌کنید باید در مقیاس قابل تولید باشد. نرم‌افزار طراحی PCB به شما امکان می‌دهد تقریباً هر چیزی را روی صفحه نمایش ایجاد کنید - اما همه چیزهایی که قابل ترسیم هستند نمی‌توانند به طور قابل اعتماد در محدوده قابلیت‌های فرآیند استاندارد تولید شوند.

هر طراح PCB از صرف زمان برای یادگیری اصول اولیه ساخت PCB بهره می‌برد: چگونه لایه‌ها پردازش می‌شوند، چگونه لایه‌های مسی ساخته می‌شوند، چگونه حفاری و آبکاری کار می‌کنند، چه پوشش‌های سطحی در دسترس هستند و محدودیت‌های عملی هر فرآیند چیست. این دانش تصمیمات طراحی بهتری را از ابتدا شکل می‌دهد تا اینکه مشکلات در طول بررسی DFM (طراحی برای قابلیت تولید) پس از واقعیت شناسایی شوند.

مشکلات DFM - آنهایی که باعث می‌شوند بردها قبل از شروع تولید برای بازطراحی بازگردانده شوند - تقریباً همیشه قابل اجتناب هستند. اکثریت آنها از ابعاد ویژگی‌های مسی یا فواصل (clearances) ناشی می‌شوند که خارج از محدوده آنچه فرآیند تولید انتخابی می‌تواند به طور قابل اعتماد تولید کند، قرار می‌گیرند. یادگیری محدودیت‌های قابلیت معمول یک تولیدکننده استاندارد PCB قبل از طراحی، هم در زمان و هم در هزینه صرفه‌جویی می‌کند.

در DuxPCB، تیم مهندسی ما برای بررسی قابلیت تولید طرح‌های مشتریان قبل از تولید در دسترس است. اگر مطمئن نیستید که آیا یک ویژگی طراحی خاص در محدوده تلرانس‌های استاندارد قرار دارد، قبل از ارسال تماس بگیرید - تنظیم طرح‌بندی بسیار آسان‌تر از دور ریختن یک دسته از بردها است.

هنگامی که دانش کاری از فرآیند تولید پیدا کردید، قوانین طراحی به جای احساس محدودیت‌های دلخواه، منطقی به نظر می‌رسند. بیشتر مشکلات DFM به یکی از دو چیز مربوط می‌شود: ویژگی‌های مسی که خیلی کوچک هستند، یا ویژگی‌های مسی که خیلی نزدیک به هم هستند.

نرم‌افزار طراحی PCB با قوانین طراحی پیش‌فرض عرضه می‌شود که اغلب محافظه‌کارانه هستند - گاهی اوقات برای طرح‌های مدرن بیش از حد محافظه‌کارانه، و گاهی اوقات به اندازه کافی محافظه‌کارانه برای قابلیت‌های یک تولیدکننده خاص نیستند. نه پیروی کورکورانه از پیش‌فرض‌ها و نه نادیده گرفتن نقض قوانین رویکرد درستی نیست.

فاصله پد به پد را به عنوان یک مثال عملی در نظر بگیرید. نرم‌افزار ممکن است یک خطای قانون طراحی را در یک اثر انگشت قطعه (component footprint) که فاصله پدها تقریباً ۹ میل است، پرچم‌گذاری کند. اما بسیاری از تولیدکنندگان می‌توانند به طور قابل اعتماد حداقل فواصل حدود ۵ میل را تولید کنند - به این معنی که قانون پیش‌فرض بیش از حد محدود کننده است. برعکس، فشار دادن فواصل کمتر از قابلیت‌های اعلام شده تولیدکننده شما به دلیل اینکه "روی صفحه نمایش کار می‌کند"، مشکلات بازدهی در تولید ایجاد خواهد کرد.

رویکرد صحیح این است که مشخصات قابلیت تولیدکننده خود را - حداقل عرض مسیر، حداقل فاصله، حداقل اندازه مته، حداقل حلقه سالانه (annular ring) و غیره - به دست آورید و قوانین طراحی خود را برای مطابقت با آن مقادیر تنظیم کنید. بر اساس فرآیند واقعی طراحی کنید، نه یک پیش‌فرض عمومی.

یکی از پایدارترین تصورات غلط در میان طراحان PCB جدید، تردید در استفاده از صفحه زمین اختصاصی است. قابل درک است - احساس می‌شود که یک لایه کامل به یک هدف واحد اختصاص داده شده است. اما در عمل، عدم وجود یک صفحه زمین جامد، علت اصلی سهم نامتناسبی از مشکلات نویز در طرح‌های دیجیتال و آنالوگ است.

صفحه زمین یک لایه مسی - یا یک منطقه مسی بزرگ - است که کاملاً به پتانسیل زمین اختصاص داده شده است. این یک مسیر بازگشت با امپدانس پایین برای هر سیگنال روی برد فراهم می‌کند، تداخل الکترومغناطیسی را سرکوب می‌کند، مراجع ولتاژ را تثبیت می‌کند و مسیریابی شما را با حذف نیاز به اجرای مسیرهای زمین جداگانه به هر قطعه، ساده می‌کند.

استاندارد مدرن برای اکثر طرح‌های PCB ساده است: از یک صفحه زمین جامد استفاده کنید. صفحات تقسیم شده و پیکربندی‌های زمین ستاره‌ای (star-ground) موارد استفاده خاص و به خوبی تعریف شده‌ای دارند - معمولاً در طرح‌های مختلط سیگنال (mixed-signal) که دامنه‌های زمین آنالوگ و دیجیتال باید ایزوله شوند - اما آنها استثنا هستند، نه قاعده. برای اکثریت قریب به اتفاق طرح‌های دیجیتال و آنالوگ، یک صفحه زمین جامد در یک لایه اختصاصی انتخاب صحیح است.

اگر مشکلات نویز یا یکپارچگی سیگنال بر طراحی شما تأثیر می‌گذارد، ابتدا صفحه زمین را بررسی کنید. در بیشتر موارد، خواهید دید که یا غایب است، یا تکه تکه شده است، یا به درستی متصل نشده است.

پس از وارد کردن داده‌های شماتیک خود به طرح‌بندی PCB، وظیفه فوری شما قرار دادن قطعات است - نه مسیریابی. این تمایز بیش از آنچه اکثر طراحان جدید متوجه می‌شوند، اهمیت دارد.

هدف قرار دادن قطعات، موقعیت‌یابی هر قطعه به گونه‌ای است که طرح‌بندی حاصل قابل مسیریابی باشد: به طوری که مسیرها بتوانند بین پدهای متصل بدون تغییرات لایه بیش از حد، بدون انحرافات طولانی و بدون ایجاد مشکلات جفت شدن نویز بین سیگنال‌های حساس اجرا شوند. یک برد با قرارگیری خوب به سرعت مسیریابی می‌شود. یک برد با قرارگیری ضعیف ممکن است از نظر فنی قابل مسیریابی باشد اما طرح‌بندی ایجاد کند که عملکرد ضعیفی داشته باشد یا DFM را رد کند.

قانون عملی ساده است: تا زمانی که تمام قطعات قرار نگرفته‌اند و قرارگیری آنها بررسی و تأیید نشده است، هیچ چیز را مسیریابی نکنید. مسیریابی قبل از نهایی شدن قرارگیری، تضمین کننده بازکاری است. مسیری که امروز مسیریابی می‌کنید پس از تنظیم قرارگیری بعدی، نیاز به حذف و مسیریابی مجدد خواهد داشت.

در طول قرارگیری، هدف به حداقل رساندن تقاطع‌های رت‌نست (ratsnest crossings) - خطوطی که پین‌های قطعات را به هم متصل می‌کنند و نشان می‌دهند کدام پدها باید متصل شوند - است. هنگامی که تقاطع‌های رت‌نست به حداقل می‌رسند، قطعات به طور موثر برای مسیریابی کارآمد سازماندهی می‌شوند.

پس از اتمام و بررسی قرارگیری، می‌توان مسیریابی را آغاز کرد. یک قرارگیری خوب اجرا شده، دستیابی به چهار هدف مسیریابی خوب را به طور قابل توجهی آسان‌تر می‌کند:

• به حداقل رساندن تعداد لایه‌های سیگنال مورد نیاز برای تکمیل تمام اتصالات
• به حداقل رساندن انتقال‌های وایا (via) بین لایه‌ها
• به حداقل رساندن نویز، عمدتاً از طریق استفاده مداوم از صفحات زمین در پشته‌بندی
• در صورت امکان، مسیرها را کوتاه و مستقیم نگه دارید

تکمیل طرح‌بندی پایان فرآیند طراحی نیست. به عنوان یک طراح، مسئولیت شما به تولید فایل‌های خروجی تولیدی که یک کارخانه ساخت برای ساخت برد شما استفاده خواهد کرد، گسترش می‌یابد. نرم‌افزار طراحی PCB بیشتر این کار را خودکار می‌کند - فایل‌های گربر برای هر لایه، فایل‌های مته، نقشه‌های مونتاژ و خروجی صورتحساب مواد - اما خودکارسازی نیاز به بررسی را از بین نمی‌برد.

فایل‌های گربر فرمت استاندارد صنعتی برای انتقال داده‌های لایه PCB به تولیدکنندگان هستند. قبل از ارسال هر طرحی برای تولید، فایل‌های گربر تولید شده خود را در یک نمایشگر اختصاصی باز کنید و آنها را به صورت دستی بررسی کنید. تأیید کنید که تخصیص لایه‌ها صحیح است، که تمام ویژگی‌های مسی وجود دارند، که فایل مته به درستی با موقعیت پدها هم‌تراز است و هیچ مصنوع ناخواسته ظاهر نشده است.

خطاها در فایل‌های خروجی بسیار رایج‌تر از آنچه اکثر طراحان انتظار دارند، هستند و شناسایی آنها قبل از ارسال همیشه کم‌هزینه‌تر از کشف آنها پس از شروع یک دوره تولید است.