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Digitale Leiterplatte: Eine moderne Schaltung, die mit binären digitalen Signalen läuft

Digitale Leiterplatte-Nahezu jeder Teil der Weltwirtschaft und sogar unser Leben sind auf digitalisierte Systeme angewiesen, damit die Dinge funktionieren. Daher sind digitale Leiterplatten unerlässlich, um den Anforderungen des Marktes gerecht zu werden.

Wenn Sie ein Elektronikhersteller oder -designer sind, müssen Sie über ein tiefes Verständnis dieser Leiterplatten verfügen, um in Ihrem Tätigkeitsbereich relevant zu bleiben. In diesem Artikel tauchen wir tief in die Welt der digitalen Leiterplatten ein, also lesen Sie weiter, um mehr zu erfahren! 

Was it Digital PCB?

Wie analoge Leiterplatten enthalten digitale Leiterplatten Leiterbahnen, leitfähige Pads und andere Merkmale. Zusammen unterstützen und verbinden diese Attribute elektronische Komponenten mechanisch bzw. mechanisch.

Dieser Leiterplattentyp ist jedoch aufgrund seiner digitalen Fertigungs-/Bestückungs- und Designprozesse einzigartig. Infolgedessen rühmt es sich einer verbesserten Funktionsweise, wie z. B. der Kontrolle der Einfügungsdämpfung auf den Übertragungsleitungen und der Impedanzanpassung.

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Eine digitale Steuerung (Hitachi J100A)

Quelle: Wikimedia Commons

Solche PCBs enthalten mehrere Mikroprozessoren und andere Hochleistungsplatinenkomponenten mit der Fähigkeit, mehrere Milliarden Aufgaben pro Sekunde zu bewältigen. Einige Beispiele umfassen eine Digitaluhr-PCB und eine Voltmeter-PCB.

Ähnlichkeiten zwischen analogen und digitalen Leiterplatten

Analoge und digitale Leiterplatten haben viele technische und gestalterische Ähnlichkeiten, aber Sie müssen die Kapazität verstehen, um diese Ähnlichkeit zu verstehen.

Parasitäre Kapazität entsteht, wenn zwei Drähte nahe an der Leiterplatte liegen. In einem solchen Aufbau induziert eine plötzliche Spannungsspitze auf einem Draht einen Stromimpuls auf dem anderen.

Abgesehen von der Trennung der digitalen und analogen Schaltungsteile müssen Sie auch die digitale Schaltaktion von der analogen Platine und die niedrige von der hohen Frequenz unterscheiden.

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Eine analoge Sprachsynthesizer-Platine

Quelle: Wikimedia Commons

Die beiden haben mehrere Ähnlichkeiten und Unterschiede in der Verkabelung, und hier ist ein genauerer Blick auf diese:

Ähnlichkeiten bei der Verkabelungsstrategie zwischen analogen und digitalen Leiterplatten

Bypass-/Entkopplungskapazität.

Simulatoren und digitale Geräte benötigen Kondensatoren, insbesondere bei der Verkabelung. Diese werden an den Kondensator angeschlossen, der dem Stromanschluss am nächsten liegt, normalerweise 0,1 uF. Die Versorgungsseite benötigt auch einen Kapazitätstyp (10uF).

Sowohl digitale als auch analoge Platinen benötigen Pins, die dem Stromeingang am nächsten liegen.

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Die Stromversorgung einer Leiterplatte

Quelle: Flickr

Die Strom- und Erdungskabel sollten der Leiterplatte eines Monopanels am nächsten sein. Wenn Sie die beiden nicht anpassen, erzeugen sie eine Systemschleife, die Rauschen erzeugt, sodass eine solche Platzierung die Wahrscheinlichkeit verringert, dass elektromagnetische Interferenzen auftreten.

Unterschiede bei der Verkabelungsstrategie zwischen analogen und digitalen Leiterplatten

Herausfordernde Grundebene

Die übliche Praxis bei der Leiterplattenverdrahtung ist eine ununterbrochene Masseebene. Dies minimiert jedoch den dl/dt-Effekt in digitalen Schaltungen, was zu Änderungen des Massepotentials führt, was zu Rauschen im analogen Abschnitt führt.

Daher ist die Trennung der digitalen Schaltung von der analogen Seite auf der Masseebene wesentlich, um das Rauschen auf der analogen Signalseite zu reduzieren.

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Eine PCB-Masseebene

Quelle: Wikimedia Commons

Am besten verkabeln Sie dazu die analoge Groundplane getrennt von der Masseverbindung.

Platzieren Sie alternativ die analogen Komponenten und Schaltungen am entferntesten Ende. Ziel ist es, die Unterbrechung des analogen Signals so weit wie möglich zu minimieren.

Bei digitalen Schaltungen sind solche Überlegungen jedoch nicht erforderlich, da sie hohe Rauschpegel tolerieren können.

Komponentenplatzierung

Wie bereits erwähnt, ist der digitale Teil der Schaltung rauschreich, während der analoge Teil leise ist. Trennen Sie daher immer die digitalen Komponenten von den analogen Komponenten, insbesondere wenn Sie ein Mixed-Signal-System aufbauen.

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Eine integrierte Mixed-Signal-Schaltung

Quelle: Wikimedia Commons

PCB-Design führt zu parasitären Komponenten

Beim Entwurf einer Leiterplatte können leicht zwei parasitäre Komponenten entstehen, die eine parasitäre Induktivität oder Kapazität verursachen können. Da die Rauschtoleranz bei analogen Leiterplatten geringer ist, besteht die effektivste Lösung darin, die Größe bzw. den Abstand zwischen den Leitungen zu ändern.

Alternativ können Sie die Drähte zwischen den beiden Leitungen erden, um eine niedrige Impedanz zu schaffen, die das elektrische Feld, das die Störung verursacht, abschwächt.

Digitale Leiterplatte-Vorteile der digitalen Leiterplatte

Hält das durch die Stromverteilung erzeugte Rauschen zurück

Hilft bei der Impedanzkontrolle (Anpassung)

Bewahrt die Signalintegrität

Minimiert das Übersprechen zwischen benachbarten Leiterbahnen

Verringert die durch die Erdungsreferenz verursachten Effekte

Hochgradig immun gegen elektromagnetische Störungen

Digitale Leiterplatte-Anwendungen der digitalen Leiterplatte

Netzwerk-Kommunikation

5G-Basisstationen und Internet-Switches

IoT-Geräte

Hochgeschwindigkeits-Computing

IC-Prüfsysteme

Medizinische Geräte

Digitale Leiterplatte 6

Medizinische Geräte

Verbrauchernahe installierte Elektronik wie Geldautomaten

Funkgeräte

Digitale PCB-Montage

Bevor wir zur Montage übergehen, ist es wichtig zu verstehen, dass eine digitale Leiterplatte ein binäres System verwendet.

Außerdem stützt sie sich auf eine digitale Verbindung für die Übertragungs- und Datenempfangspunkte während der Montage. Diese Verbindung ermöglicht Änderungen in Echtzeit, um die Qualität der Baugruppe zu erhalten oder zu verbessern.

Auch wenn das binäre System einfach aussieht, kann es bei digitalen Leiterplatten mehrere Komplexitätsstufen aufweisen. Der Vorteil ist jedoch, dass digitale Geräte steuerbar und programmierbar sind.

Eine digitale Hightech-Leiterplatte mit Mikrochips und einem Prozessor

Daher können Sie das Binärsystem verwenden, das Ihnen helfen wird, andere digitale Geräte zu steuern, zu drehen und zu betreiben, die in zahlreichen Anwendungen weltweit eingesetzt werden.

Diese detaillierte Beschreibung des digitalen Montageprozesses wird Ihnen helfen, Digitalisierungsanwendungen zu verstehen.

Digitale Leiterplatte-Montageprozess

PCBA-Prototyping

Das Prototyping ist von entscheidender Bedeutung für die Qualitätsentwicklung im Montageprozess für komplexe, moderne Leiterplatten. Es ist besonders wichtig, um eine hohe Fertigungsqualität und einen zuverlässigen Betrieb zu erreichen. Der PCB-Herstellungsprozess lässt sich in zwei Segmente unterteilen:

Effiziente und kosteneffiziente Produktion

Die Prozessqualität (effiziente Produktion hochwertiger Leiterplatten) ist entscheidend für die Produktion hoher oder niedriger Stückzahlen.

Die Bestückung besteht aus mehreren Schritten, genau wie die Herstellungsphase der Leiterplatte und der Designprozess. Diese Attribute erläutern die Montageschritte im Detail.

Digitale Leiterplatte-Attribute der digitalen Leiterplattenbestückung

Geschwindigkeit

Ihr Auftrag sollte so schnell wie möglich bearbeitet werden. Das ist kein Problem, da digitale Maschinen den gesamten Prozess der Leiterplattenbestückung übernehmen.

Automatisierte Produktion von PCBs 

Digitale Leiterplatte-Präzision

Eine Bestückungsmaschine muss präzise genug sein, um alles an der richtigen Stelle zu platzieren, um die Effizienz und Leistung einer digital bestückten Leiterplatte zu steigern.

Genauigkeit

Genauigkeit ist ein entscheidender Faktor im Bestückungsprozess, denn sie gewährleistet, dass die digitale Leiterplatte wie vorgesehen funktioniert.

Digitale Leiterplatte-Beweglichkeit

Sollten bei der Leiterplattenbestückung Fehler auftreten, muss der Prozess flexibel genug sein, um den Betrieb schnell wieder aufzunehmen.

Steuerung

Kontrolle ist ein wichtiger Bestandteil der Leiterplattenbestückung, da sie sicherstellt, dass nichts unversucht gelassen wird.

Konventionelle oder digitale Leiterplattenbestückung: Wofür würden Sie sich entscheiden?

Die Wahl hängt hier vom Entwickler und dem Hersteller der digitalen Leiterplatte ab. Jeder Hersteller verfügt über spezifische Design For Assembly (DFA)-Richtlinien, die sich auf seine Geräte und Verfahren zur Qualitätskontrolle stützen.

Ausrüstung für die Herstellung von Miniaturleiterplatten

Abgesehen davon, dass Ihre digitale Leiterplatte einen automatisierten Montageprozess durchläuft, sollte sie alle Ihre Anforderungen und Spezifikationen erfüllen. Einige Hersteller müssen jedoch manuelle Kontrollen durchführen, was die Qualität beeinträchtigen und die Durchlaufzeit verlangsamen kann.

Ein automatisches Bildverarbeitungsmessgerät bei der Prüfung einer Leiterplatte

Daher sollten Sie mit einem zuverlässigen Leiterplattenhersteller wie WellPCB zusammenarbeiten, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Wir sind seit 2005 in der Herstellung und Bestückung von Leiterplatten tätig und kombinieren daher Erfahrung und die beste Ausrüstung, um sicherzustellen, dass Sie hochwertige digitale Leiterplatten zu vernünftigen Preisen erhalten.

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