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Funktionsräume und Feinplatzieren der Bauteile

Im nächsten Bearbeitungsschritt werden wir uns Gedanken um Funktionsräume machen. Bauteile, die in der Schaltung einer Funktion oder einer Funktionsgruppe zugeordnet sind, sollten dies natürlich auch im Layout widerspiegeln. Zum einen ermöglicht dies eine kurze und effektive Leitungsführung zwischen den Bauteilen einer Funktionsgruppe, zum anderen stören sich die Bauteile unterschiedlicher Funktionsgruppen nicht unnötig gegenseitig, wenn sie klar voneinander getrennt angeordnet werden.

Für die IO-Bereiche ist die saubere Trennung von anderen Funktionsbereichen geradezu Pflicht, denn im IO-Bereich ist fast immer mit erhöhtem Störpotenzial zu rechnen, dass nur bei einer räumlichen Trennung von anderen Funktionsbereichen auch effektiv gefiltert werden kann (Bild2: Platzierung nach Funktionsgruppen).

Eine Hilfe bei der Einteilung stellt der Schaltplan dar, der ja bereits die einzelnen Funktionsbereiche wiedergeben sollte. Einige Layout-Programme, wie Pulsonix, bieten hier sehr effektive Unterstützung, indem beispielsweise im Schaltplan eine Funktionsgruppe selektiert wird und durch ein Crossprobing die gleichen Bauteile im Leiterplatten-Layout für die Vorplatzierung selektiert werden (Bild3: Selektion einer Funktionsgruppe im Schaltplan und Crossprobe ins PCB). Ohne diese Hilfestellung bleibt nur die manuelle Vorplatzierung der Bauteile anhand des Schaltplans. Dazu können beispielsweise zunächst alle Bauteile außerhalb der eigentlichen Leiterplattenkontur vorgruppiert werden.

Innerhalb der Funktionsgruppen findet dann die Feinplatzierung statt. Üblicherweise wird dabei mit dem komplexesten Teil begonnen, dessen unmittelbar angeschlossene Bauteile, zum Beispiel Terminierungen, im nächsten Schritt platziert werden. In der Folge werden dann die weiteren Bauteile der Funktionsgruppe angeordnet.

Eine Orientierung bieten dazu die „Luftlinien“ oder „Gummibänder“ (auch „airlines“, „rubberbands“ oder schlicht „connections“ genannt). Diese Linien zeigen die direkte elektrische Konnektivität an. Zuweilen gehört Vorstellungsvermögen und vor allem Erfahrung dazu, sich den tatsächlichen Verlauf der Leitungen anhand dieser Darstellung auszumalen (Bild4: „Connections“ bieten eine Orientierungshilfe für die Platzierung).

Die Bauteile sollten so platziert werden, dass möglichst wenige Kreuzungen entstehen. Eine Leitungskreuzung bedeutet, dass über ein Via ein Lagenwechsel für die anzuschließende Leitung nötig wird. Jedes Via benötigt allerdings mindestens den Raum für drei Leitungen. Nicht immer ist eine gekreuzte Verbindung auch eine Leitungskreuzung im realen Layout. Durch Hin- und Herbewegen des Bauteils kann jedoch ermittelt werden, was einer echten Kreuzung entspricht. Gegebenenfalls ermöglicht eine Rotation des Bauteils eine Verringerung der Kreuzungen und manchmal kann es die Schaltung optimieren, wenn ICs auch auf der Unterseite platziert werden.

Es ist also genau abzuwägen, ob es kostengünstiger sein könnte, eine etwas komplexere Montage gegenüber einer eventuellen Erhöhung der Lagenzahl zu wählen. Diese gesamte Vorplatzierung kann noch außerhalb der eigentlichen Board-Outline stattfinden. Die vollständig platzierte Funktionsgruppe wird dann in den vorgesehenen Bereich auf der Leiterplatte verschoben.

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