Elektronik kart tasarımında hataların büyük bölümü şematik çiziminde değil, şematikten önce ve yerleşim sırasında verilen kararlarda oluşur. Aşağıdaki sekiz karar, KalesiTech'in tasarım projelerinde her kart için yazılı olarak verdiği kararlardır. Sırası önemlidir; sonraki kararlar öncekilere bağlıdır.
1. Güç ağacı: hangi ray, kaç amper, nereden
Tasarımın ilk belgesi güç ağacıdır: giriş kaynağından başlayarak her rayın gerilimi, akım bütçesi, kaynağı ve koruması tek şemada yazılır.
Her ray için akım bütçesi, o raydaki tüketicilerin toplamının en az 1,5 katıdır; kablosuz modüllerin verici anındaki tepe akımı ortalama değil, tepe olarak hesaba katılır. Analog ray, dijital buck çıkışından LDO ile türetilir; böylece verim ve düşük gürültü aynı anda sağlanır. Açılış sırası (hangi rayın önce geleceği) bu aşamada belirlenir; bazı entegreler çekirdek ve giriş/çıkış geriliminin belirli sırada gelmesini ister. Dönüştürücü seçimi ve hesapları gerilim dönüştürücü seçimi yazısında ayrıntılı ele alınmıştır.
2. Katman yapısı: iki mi, dört mü
Katman sayısı maliyetten önce sinyal bütünlüğü ve EMC ile ilgilidir.
İki katmanlı kart, düşük frekanslı ve basit kontrol kartları için yeterlidir; GND alanı bölünmeden tutulabiliyorsa sorun çıkmaz. Mikrodenetleyici, kablosuz modül, anahtarlamalı güç katı veya hassas analog ölçüm içeren kartlarda dört katman önerilir: birinci katmanın hemen altındaki kesintisiz GND düzlemi, her sinyalin dönüş yolunu 0,2 mm altında tutar. Dört katmanın küçük adetlerdeki ek maliyeti, iki katmanla yapılan bir revizyonun maliyetinden çoğunlukla düşüktür.
Katman dizilimi kararı, kart kalınlığı (standart 1,6 mm), bakır kalınlığı (standart 1 oz; güç kartlarında 2 oz) ve empedans kontrollü hat gerekip gerekmediğiyle birlikte verilir.
3. Toprak stratejisi: tek düzlem, bilinçli bölme
Yaygın hata, analog ve dijital toprağı ayrı düzlemlere bölüp tek noktadan birleştirmektir; hatalı uygulandığında sinyallerin dönüş yolu kesilir ve gürültü artar. Çoğu kartta doğru yaklaşım tek ve kesintisiz GND düzlemi, ardından yerleşimle ayrımdır: analog parçalar bir bölgede, dijital ve güç parçaları başka bölgede toplanır; yüksek akım ve hızlı sinyaller analog bölgenin altından geçirilmez.
Toprak düzlemi anahtarlamalı dönüştürücü altında, kablosuz modül anteninin altında (anten veri sayfasına göre) ve konektör gövdelerinin altında kesilir; bunlar bilinçli ve belgelenmiş kesintilerdir.
4. Dekuplaj: değer değil, mesafe
Her besleme pinine 100 nF seramik, pinden en fazla 2 mm uzağa konur; GND via'sı kondansatör pedine bitişiktir. Daha büyük değer (1-10 µF) entegre başına bir adet, biraz daha uzağa yerleştirilir.
12 mm uzaklıktaki bir kondansatörün hat ve via endüktansı 10-15 nH'ye ulaşır; bu değer 100 MHz üzerinde kondansatörü etkisiz kılar. Yerleşimde kondansatörler entegrenin altına veya yanına, entegreden önce yerleştirilir; boş kalan yere sonradan konulan dekuplaj işlevini yitirir.
5. Konektörler ve giriş koruması
Kartın dış dünyaya açılan her noktası bir arıza kaynağıdır. Giriş beslemesinde sigorta, TVS diyot ve ters polarite koruması; sahaya çıkan her sinyal hattında ESD koruma diyodu ve seri direnç standarttır. RS-485 gibi endüstriyel hatlarda izolasyon, ürünün kullanılacağı ortama göre kararlaştırılır.
Konektör seçiminde mekanik kilit, kablo çapı, takma-çıkarma sayısı ve tedarik sürekliliği elektriksel özelliklerden önce gelir. Kart kenarındaki konektörler panel kurgusunu etkiler; bu nedenle konektör konumu, DFM kontrol listesinde belirtildiği gibi yerleşimin başında sabitlenir.
6. Komponent seçimi: tedarik edilebilirlik bir tasarım ölçütüdür
Elektriksel olarak uygun bir parça, tedarik edilemiyorsa uygun değildir. Her kritik parça için seçim aşamasında şunlar doğrulanır:
- Üretim durumu (aktif, NRND, üretimi bitmiş) ve tahmini ömür
- En az iki yetkili distribütörde stok ve tedarik süresi
- Aynı kılıfta pin uyumlu alternatif (özellikle mikrodenetleyici, regülatör, kablosuz modül)
- Kılıfın hatta dizilebilirliği: 0402 ve üstü pasifler, QFN'e kadar entegreler tercih edilir
Pasif parçalarda değer çeşitliliği azaltılır: on farklı direnç değeri yerine E12 serisinden altı değer, üretimde makara sayısını ve hazırlık süresini düşürür.
7. Test noktaları ve üretim testi tasarımı
Seri üretimde her kartın çalıştığını doğrulamak için test noktaları tasarımın parçasıdır. Her besleme rayı, kritik haberleşme hatları, reset ve programlama pinleri için 1 mm çapında test pedleri tek yüzde toplanır. Programlama konektörü yerine test pedleri kullanılması, seri üretimde hem maliyet hem yer kazandırır; fikstür iğneleri bu pedlere basar.
Fonksiyon testi senaryosu şematik aşamasında yazılır: hangi giriş verilecek, hangi çıkış ölçülecek, geçme kriteri nedir. Sonradan yazılan test senaryosu için gereken test noktası çoğu zaman yerleşimde yer bulamaz.
8. Üretime devir: dosyalar ve revizyon disiplini
Tasarım, üretim dosyalarıyla birlikte tamamlanmış sayılır: Gerber, delme dosyası, pick-and-place dosyası, üretici parça numaralı BOM, montaj çizimi ve kısa üretim notu (adet, tek/çift yüz, özel işlemler). Her dosya seti revizyon numarası taşır ve şematik, yerleşim ile BOM aynı revizyondan üretilir.
Üretim öncesi DFM kontrolü, tasarımı hatta bilen kişilerce yapılır. KalesiTech'te tasarım ve dizgi aynı tesiste olduğundan bu kontrol tasarım sürecinin içindedir; prototip aynı hatta dizilir, ölçüm sonuçları bir sonraki revizyona işlenir. Süreç PCB tasarımı ve gömülü yazılım sayfasında açıklanmıştır.
Karar listesi
| Karar | Ne zaman verilir | Çıktı |
|---|---|---|
| Güç ağacı | Şematikten önce | Ray, akım bütçesi, koruma, açılış sırası |
| Katman yapısı | Şematikle birlikte | Katman dizilimi, bakır kalınlığı, kalınlık |
| Toprak stratejisi | Yerleşimin başında | GND düzlemi ve bilinçli kesintiler |
| Dekuplaj | Yerleşimin başında | Kondansatör konumları, via'lar |
| Konektör ve koruma | Şematikte | Konektör listesi, koruma elemanları |
| Komponent seçimi | Şematikte | Onaylı parça listesi, alternatifler |
| Test noktaları | Şematikte | Test pedleri, test senaryosu |
| Üretime devir | Yerleşimin sonunda | Revizyonlu üretim dosyaları, DFM raporu |
Yeni bir kart tasarımı veya mevcut tasarımın revizyonu için teklif formu üzerinden kısa bir açıklama iletilmesi yeterlidir; gereksinim analizi ve takvim teklifle birlikte sunulur.
