Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Трассировка печатной платы | А-КОНТРАКТ

Трассировка печатной платы — разработка топологии электрических соединений между посадочными местами электронных компонентов, устанавливаемых на печатную плату.

Трассировка печатных плат выполняется после того, как разработана схемотехника изделия, подобрана комплектация и выбран конструктив для установки ПП.

Технические специалисты А-КОНТРАКТ выполнят корректную трассировку Вашей печатной платы на основе разработанной принципиальной электрической схемы будущего изделия.

Для осуществления работ по трассировке печатной платы необходимы следующие входные данные:

1. Принципиальная электрическая схема. Схема может быть предоставлена в одном из перечисленных видов:

  • предпочтительно – в системе автоматического проектирования (PCAD, ORCAD, Protel)
  • чертеж в электронном виде
  • чертеж на бумаге

2. Спецификация — список ЭК для монтажа на печатную плату, BOM. Спецификация может быть предоставлена в одном из перечисленных видов:

  • предпочтительно — в электронном виде (Word, Excel)
  • в бумажном виде

3. Габаритный чертеж печатной платы с  указанием размеров контура ПП, а также с указанием крепежных отверстий, разъемов, радиаторов и других элементов, расположение которых должно быть фиксированным. Чертёж может быть предоставлен в одном из перечисленных видов:

  • предпочтительно — в системе автоматического проектирования (PCAD, ORCAD, Protel)
  • в бумажном виде
  • в виде чертежа в электронном виде

4. Техническое задание должно содержать информацию о требованиях и пожеланиях по расположению ЭК на плате, трассировке цепей, ширине проводников, волновому сопротивлению, если необходимо и т.д.

Этапы выполнения работ по трассировке печатной платы:

  • Создание библиотеки ЭК, которые предполагается использовать в данном изделии. Библиотека компонентов подбирается с учётом технологических особенностей дальнейшего монтажа.
  • Создание списка цепей (netlist)
  • Упаковка компонентов на плату
  • Компоновка  (предварительное размещение) компонентов на ПП
  • Согласование компоновки платы
  • Создание и согласование проекта разводки всех цепей на печатной плате
  • Создание и согласование проекта трассировки
  • Внесение корректировок, при необходимости
  • Утверждение окончательного варианта трассировки
  • Передача заказчику всей технической документации по проекту

А-КОНТРАКТ также может выполнить последующее производство печатных плат и их монтаж по составленному проекту.

Правильная разводка печатных плат

Вы заинтересованы в качественной разводке на печатных платах, сопровождающей безупречное проектирование и создание изделия? Наша компания «Ardly» готова спроектировать для вас электронные модули любой сложности. Причем разводка будет включена одним из этапов будущего монтажа, которое компания выполнит на выгодных условиях.

Трассировка ПП выполняется при создании радиоэлектронной аппаратуры, узлов и комплексов управления. Мы активно используем современные САПР для достижения оптимальной разводки на одно- и двухслойных ПП.

Наши специалисты, на основе представленной заказчиком документации определят места расположения проводников на ПП в процессе ее проектирования.

Мы профессионально занимаемся разработкой электронных модулей в различных вариантах исполнения. У нас разрабатывается разведение компонентов и для выпуска изделий на многослойной основе.

Мы готовы снабдить правильной схемой любой электронный модуль, спроектировать изделие в гибком или гибко-жестком варианте.

Особенности разработки ПП и ее трассировки

Изготовление прототипа воплощается в плате в указанные в Договоре сроки. Чтобы начать работу по проектированию и разведению элементов нашим специалистам потребуются файлы сверловки и принципиальной схемы изделия в одном из классических форматов: GERBER, ORCAD, RS274X, CAM350.

Разводка на платах выполняется с целью облегчения дальнейшего монтажа компонентов на ней. Специалисты компании на основе исходных данных net-листа составляют оптимальную схему разнесения дорожек (цепей питания) элементов на каждом слое с помощью специального софта.

Они:

  • учитывают все требования к проектированию на конкретной плате;
  • согласуют перечень компонентов и материалов;
  • выполняют трассировку по основанию;
  • учитывают все возможные паразитные влияния, сводя их к минимуму.

Мы стремимся индивидуально подходить к каждому проекту разработки, использовать весь спектр возможностей по площади и материалу создаваемого электронного модуля. При этом мы держим во внимании надежную функциональности вашей электронной схемы.

Для проектирования и разработки ПП важно определиться с защитными масками, толщиной изделия, покрытиями и др.

Создавая принципиальную схему на печатных платах, специалисты визуализируют отображение элементов схемы и связей на ней с помощью современного ПО. Мы используем в процессе трассировки изделия наиболее полную библиотеку компонентов, стараемся свести к минимуму число перемычек.

Размещение компонентов на платах

Наши специалисты при анализе перечня компонентов, необходимых для производства ПП, готовы вносить необходимые улучшения, а также составить ее полное описание.

Для каждой платы при ее создании важны следующие элементы:

  • габариты основания;
  • материал изготовления;
  • применение smd-монтажа;
  • выполняемые функции и характеристики.

Перед разводкой компонентов по основанию специалисты компании «Ardly» учтут какая степень жесткости предпочтительна для электронного модуля. Нужно ли будет дополнительно рассеивать образующееся при работе схемы тепло, какой тип защитной маски будет выгодным и надежным при серийном выпуске модуля и многое другое.

В процессе трассировки на плате наши специалисты разместят радиодетали таким образом, чтобы последующая настройка прецизионных автоматов для пайки была максимально производительной и качественной. В ходе подготовки прототипа они устанавливают связи между компонентами, используя при проектировании современный лицензионный софт. Правда, если проект достаточно прост, то бывает достаточно и ручной компоновки для выполнения качественной разводки.

Установка связей для всех элементов на плате, разработка оптимальных путей соединений моделируется с ориентиром на применение поверхностного chip-монтажа. А сам токопроводящий рисунок создается металлизацией поверхности основания.

Разработка включает в себя полный цикл подготовки производства печатной платы и оформления конструкторской документации:

  1. Вычерчивание электрической схемы.
  2. Оформление перечня элементов.
  3. Трассировка печатной платы.
  4. Экспорт в Gerber для заказа производства.

Когда трассировка изделия выполнена, и создан экспортный файл, то мы выполняем оформление конструкторской документации на ПП и сборочный чертеж на плату с элементами.

Специалисты выполняют тестирование опытного образца на выполнение модулем всех заданных функций. Мы отслеживаем каждую погрешность в сборке и трассировке изделия на этапе разработки. Вот почему процент брака после запуска монтажа минимален в нашей компании.

В случае нахождения ошибок проектирования, недостаточно выверенной трассировки токопроводящих цепей специалисты компании своевременно вносят необходимые правки. А само изделие улучшает свои показатели.

Этапы разработки ПП

Перед монтажом печатные проводники и контактные площадки подготавливаются к пайке. Их очищают от оксидной пленки и загрязнений. Все компоненты на платах соединяются пайкой.
Сборка ПП состоит:

  • из предварительной трассировки схемы;
  • из smd-монтажа компонентов на плате;
  • из очистки платы от остатков флюса, паяльной пасты;
  • из покрытия разводки защитным слоем.

Метод активно применяется многими производителями и проектировщиками ПП. Качественный припой склеивает компоненты и создает замкнутую цепь из проводников и соединительных дорожек. Весь модуль стабильно работает благодаря тщательно спроектированной разводке.

Компания «Ardly» с особым вниманием выполняет разработку и проектирование ПП, трассировку токопроводящих соединений, поскольку ошибки на каждом из этапов недопустимы. Целое подразделение компании специализируется на выполнении оптимальной разводки цепей, сравнения нескольких видов трассировки и выбора наилучшего размещения компонентов на плате для ее дальнейшего монтажа.

Преимущества сотрудничества

Мы спроектируем для заказчиков прототипы ПП и изготовим их образцы, обеспечив электронные модули трассировкой схем высокого качества. У нас оперативно выполняются все элементы подготовки ПП к монтажу.

Отлаженная системы проектирования, убедительные принципы создания токопроводящих рисунков позволяют нам на всех этапах разработки быть уверенных в конечном результате.

Вы всегда получите модули высокого качества при размещении заказа на нашем предприятии. Для нас нет мелочей при оформлении конструкторской документации. Все этапы подготовки, в том числе и/ по разводке на ПП, будут выполнены с учетом современных требований.

Монтаж и проектирование ПП в компании «Ardly» вы получите по лучшим в регионе ценам. Просто позвоните нам и сделайте первый заказ. Вас ждет быстрая и качественная разработка ПП, их трассировка и монтаж.

Автотрассировщик печатных плат TopoR – Эремекс

TopoR обеспечивает исключительное качество автоматической трассировки

Изотропная трассировка с использованием дуг обеспечивает наиболее эффективное использование поверхности платы.

Топологический трассировщик TopoR отличается тем, что не имеет преимущественных направлений трассировки, кратных 45°. Трассировка под произвольными углами обеспечивает более экономичное использование коммутационного пространства.

Фрагмент топологии, полученной с использованием САПР TopoR.

Дополнительное преимущество обеспечивается использованием сглаживания проводников дугами или аппроксимирующими дугу линиями.

При использовании трассировки со сглаживающими дугами коммутационное пространство платы используется более эффективно.

Во многих случаях именно сглаженные дугами проводники могут обеспечить максимальный и при этом одинаковый по всей длине зазор между проводниками, что важно, например, для дифференциальных пар.

Единственный вариант трассировки с максимально возможным зазором между проводниками.

При использовании трассировки, кратной 45º, зазоры неравномерны и их минимальная величина примерно на 30% меньше. 

Таким образом, используемая САПР TopoR трассировка под произвольными углами со сглаживанием дугами обеспечивает наиболее эффективное использование коммутационного пространства платы.

TopoR поддерживает два режима оптимальной трассировки однослойных печатных плат.

САПР TopoR лидирует в области высокооптимизирующих алгоритмов проектирования однослойных печатных плат. Благодаря эффективным алгоритмам минимизации количества и длины перемычек обеспечиваются результаты, сравнимые с ручной трассировкой. Распространенные, в том числе первоклассные, САПР печатных плат с такого рода задачами не справляются.

TopoR автоматически страссировал плату в одном слое без перемычек менее чем за 1 сек.

Первоклассный Shape-based трассировщик не справился с задачей (страссировано только 56,3% цепей).

TopoR — это незаменимый инструмент для проектирования гибких печатных плат.

Умение минимизировать число межслойных переходов делает TopoR предпочтительным автотрассировщиком при конструировании гибких печатных плат.

Гибкие печатные платы представляют собой наборы соединительных кабелей, которые могут содержать однослойные, двухслойные и многослойные структуры. Платы могут быть как полностью гибкими, так и представлять собой комбинацию жестких и гибких частей. Типовыми требованиями к проводникам в в сгибаемой части являются:

  • перпендикулярность к направлению изгиба;
  • “шахматное” расположение на смежных слоях;
  • металлизированные переходные отверстия не допускаются.

На следующем рисунке представлена топология гибкой печатной платы, полученная популярным Shape-based трассировщиком.

Необходимо отметить наличие межслойных переходов в сгибаемой части, значительное количество проводников, идущих непосредственно один под другим на смежных слоях, и сегменты проводников, идущих под углом 45º к направлению изгиба.

Топология гибкой печатной платы, полученная популярным Shape-based трассировщиком (суммарная длина проводников — 346 дюймов, число межслойных переходов – 61).

Та же плата, разведенная САПР TopoR, не содержит межслойных переходов и при этом имеет меньшую суммарную длину проводников.

Топология гибкой печатной платы, полученная автотрассировщиком TopoR  (суммарная длина проводников — 322 дюйма, число межслойных переходов – 0).

САПР TopoR обеспечивает существенный выигрыш по количеству межслойных переходов и суммарной длине проводников по сравнению с другими САПР печатных плат.

Благодаря уникальным алгоритмам трассировки САПР TopoR обеспечивает рекордные показатели по минимизации числа межслойных переходов и суммарной длины проводников на проектируемой печатной плате.

Как результат, TopoR позволяет спроектировать ту же самую печатную плату в меньшем числе слоев, и/или  меньшего размера, и/или более дешевую в производстве, и/или обладающую лучшими показателями по электромагнитной совместимости, в том числе за счет увеличенных зазоров между проводниками.

Ниже для одной и той же платы с одинаковыми технологическими ограничениями приведены примеры автотрассировки популярным стандартным автотрассировщиком и автотрассировщиком TopoR. Автотрассировщик TopoR растрассировал плату на 2-х слоях вместо 8-ми, достигнув при этом лучших показателей как по числу межслойных переходов, так и по суммарной длине проводников.

Плата, растрассированная популярным стандартным автотрассировщиком на 8 слоях (суммарная длина связей – 48 м, число межслойных переходов — 1619).

Эта же плата, растрассированная автотрассировщиком TopoR всего на 2-х слоях (суммарная длина связей – 42 м, число межслойных переходов – 1097).

САПР TopoR удерживает лидерство по основным показателям и для сложных многослойных плат. Ниже в таблице представлены результаты тестового сравнения автотрассировщика TopoR и 3-х других популярных автотрассировщиков.

Сравнительная таблица результатов работы автотрассировщика TopoR и трех других популярных автотрассировщиков при одинаковых технологических ограничениях.

 
ТЕСТ 1 ТЕСТ 2 ТЕСТ 3
TopoR попу-лярный стан-дартный трасси-ровщик 1 TopoR перво-классный Shape based трасси-ровщик TopoR попу-лярный стан-дартный трасси-ровщик 2
Цепи

548

253

2588

1095

1131

5708

891

571

5050

Компоненты
Контакты
Переходы 1110 1619 2832 3932 1800 3301
Слои 2 8 4 4 4 4
Длина 47м 48 м 73 м 86 м 83 м 97 м

Уникальное качество автоматической трассировки BGA-компонентов.

Благодаря отсутствию предпочтительных направлений трассировки и глубокой оптимизации TopoR обеспечивает качественную трассировку современных BGA-компонентов, что для других трассировщиков представляет собой традиционно трудную проблему.

При использовании BGA-компонентов число слоев зачастую зависит в первую очередь от максимального числа рядов контактов таких компонентов и принятых технологических норм (минимальной ширины проводника и величины минимального зазора).

В ряде САПР трассировка области BGA-компонентов осуществляется по шаблону: быстрый выход на периферию компонента в заранее определенном слое. Зачастую это приводит к ухудшению разводки (избыточной длине проводников и завышенному числу межслойных переходов) и не учитывает, что при наличии эквипотенциальных и незадействованных контактов микросхемы в ряде случаев число слоев, необходимых для реализации связей, может быть уменьшено.

Применяемые в TopoR специальные алгоритмы трассировки областей BGA-компонентов с учетом размещения развязывающих конденсаторов позволяют получать великолепные результаты для самых сложных и насыщенных современных печатных плат.

Вид трассировки области BGA первоклассным Shape based автотрассировщиком. В области BGA компонента осталось неразведенными 38 трасс.

Вид трассировки области BGA автотрассировщиком TopoR для той же самой платы. Все трассы разведены.

В приведенном примере первоклассный Shape-based автотрассировщик не смог страссировать 38 проводников в области BGA-компонента, в то время как автотрассировщик САПР TopoR, соблюдая те же технологические ограничения, обеспечил трассировку 100% проводников с меньшим числом переходных отверстий в области BGA. На примере можно видеть особенности алгоритмов автотрассировки САПР TopoR, обеспечивающих в данном случае кратчайшие соединения контактов микросхемы с переходными отверстиями, при этом с одним переходным отверстием соединяются не более 3-х контактов микросхемы. Shape-based автотрассировщик допустил соединение до 7 контактов на одно переходное отверстие (при заданном ограничении не более 3-х), не обеспечивая при этом минимизацию длины проводников от контактов микросхемы до переходных отверстий.

Улучшение качества трассировки за счет учета логической эквивалентности выводов компонентов.

Уникальной особенностью автотрассировщика САПР TopoR является возможность учета логической эквивалентности выводов компонентов. Автотрассировщик автоматически перебрасывает цепи с одного вывода на другой, если это позволяет оптимизировать топологию печатной платы. Все изменения пишутся в ECO-файл, который затем может быть импортирован в систему схемотехнического проектирования.

Топология платы, страссированной без учета логической эквивалентности выводов. Число межслойных переходов 67, суммарная длина проводников 5,21 м..

Топология платы, страссированной при условии эквивалентности всех логических выводов микросхемы FPGA. Число межслойных переходов 17, суммарная длина проводников 3,79 м.

Загрузить бесплатную демо-версию!


ГОСТы и правила разводки/трассировки печатных плат |

Когда нужна заливка полигонами?

Техника заливки полигонами “poured-ground” (чаще называемая “ground-fill”) может быть полезна в двухсторонних печатных платах, которые не могут иметь цельных слоев металлизации. Она уменьшает перекрестные помехи и паразитное излучение. Эта техника особенно хорошо работает в высоко импедансных аналоговых схемах. Для примера, в вашем видеомагнитофоне непременно используется эта техника, для того чтобы уменьшить паразитную связь между аналоговой и цифровой частью схемы.
Чтобы увидеть как это работает, представим линии электрического поля, излучающиеся от активных трасс.

  • Везде где эти линии заканчиваются, они вызывают потоки смещения.
    (Эта концепция ток смещения “displacement-current” идея, которую так изящно описывают уравнения Максвелла.)
  • Линии электрического поля вообще заканчиваются на самом близком металлическом объекте.
  • Если самый близкий металлический объект это другой проводник, то линии электрического поля вызывают на этом проводнике перекрестные помехи. (Figure 1а)
  • Введение земляных полигонов между проводником жертвой и активным проводником (проводником агрессором) ведет к тому, что большая часть линий электрического поля заканчивается на земляном полигоне, вместо того чтобы воздействовать на проводник жертву – это снижает перекрестные помехи. (Figure 1b)
​В многослойных платах, где есть цельный слой металлизации питания и земли, эта техника ни как не действует. Вы уже заполнили непрерывным слоем металлизации всю область между взаимно влияющими проводниками. Заливая полигонами области на верхних слоях, вы просто дублируете то же самое, что у вас уже есть на внутренних слоях, и это бессмысленно.

В многослойной цифровой среде, эта техника не уменьшает перекрестные помехи. Как и указывает Перселл, заливка полигонами оказывает влияние на импеданс любых проводников следующих вдоль линии полигона. По этим причинам я не использую заливку полигонами в многослойных цифровых платах.

Позвольте мне также указать, что если высокоскоростные цифровые схемы классифицируются как низко импедансные, это означает что импеданс схемы много меньше 377 Ом, импеданса свободного пространства. Большинство шумовых проблем низкоимпедансных схем вызвано магнитно-полевым (индуктивным) воздействием, в противоположность воздействию электрических полей (емкостному воздействию). Уменьшение магнитно-полевого воздействия требует наличия непрерывных проводников для возвратного тока простирающихся параллельно сигнальным проводникам по всей плоскости, сохраняющих возвратный сигнал закрытым от остальных. Сплошной слой металлизации может обеспечить эту функцию. Изолированные области полигонов не помогают уменьшить магнитное поле или излучение между трассами на печатной плате.

Dr. Howard Johnson sigcon.com Ground Fill
(Оригинальный текст опубликован в EDN Magazine, May 26, 2005)

Свободный стиль для печатных плат

Светлана Молочных

Работа системы

Трассировка

Оптимизация разводки

Корректировка расположения компонентов

Практические результаты

Компания «Диал Инжиниринг» предлагает новый бессеточный трассировщик печатных плат FreeStyle Router.

Эта разработка — специализированное программное обеспечение, выполняющее быструю и качественную разводку печатных плат, а также на оптимизацию и корректировку разводки по ряду критериев. FreeStyle прекрасно работает с печатными платами, спроектированными в таких системах, как PCAD и Specctra.

Разработанный специалистами «Диал Инжиниринг» продукт обладает весьма привлекательным соотношением цены и качества.

Программное обеспечение FreeStyle разрабатывалось не только для выполнения быстрой и качественной трассировки печатных плат, а предназначалось в первую очередь для проектирования, включающего в себя выбор стиля трассировки, коррекцию расположения компонентов, оптимизацию разводки и перетрассировку плат, разработанных не только в FreeStyle, но и в других пакетах (Specctra, PCAD). Использование этой системы позволяет в считанные минуты разработать сотни вариантов разводки. FreeStyle — это простая в эксплуатации, быстрая и удобная система, легко выполняющая оптимизацию и корректировку разводки любых печатных плат.

Работа системы

Рассмотрим структурную схему системы. Обработка печатной платы производится в три этапа: определение стиля разводки, трассировка соединений и коррекция. На первом этапе, перед началом трассировки, задается стиль разработки, то есть те параметры, которые не были заданы в исходном PDF-файле (форма контактных площадок, ширина проводников, величина зазоров, шаг перемещения элементов при их движении и др.). В принципе, для FreeStyle не имеет значения, в какой системе разработана плата. Исходные данные для работы системы готовятся в любых внешних САПР по разработке печатных плат. Необходимо только согласовать исходные данные для выполнения процесса проектирования.

На втором этапе производится трассировка и (или) перетрассировка печатной платы. Система FreeStyle включает в себя высокопроизводительный бессеточный трассировщик SpeedWay. Этот уникальный модуль за 1-2 с выполняет 100-процентную разводку цепей. Далее производится оптимизация, позволяющая значительно повысить качество разводки. Печатные платы, разработанные FreeStyle, соответствуют по качеству аналогам, изготовленным способом точной ручной трассировки.

На третьем этапе производится коррекция — вычисление оптимальной формы печатных проводников и выбор оптимального расположения элементов, в результате которой суммарная длина проводников становится минимальной, а площадь печатной платы уменьшается. Полученные результаты анализируются, а те, что выбраны из них пользователем, сохраняются в виде PDF-файлов, созданием которых завершается процесс разработки печатной платы. В дальнейшем эти файлы могут быть использованы в других системах, в частности PCAD.

FreeStyle очень неприхотлив по отношению к аппаратным средствам. Основные требования к компьютеру: свободная оперативная память не менее 550 Кбайт, Windows 95 или Windows NT 4.0 сессия DOS, наличие видеокарты и жесткого диска с любыми минимальными параметрами.

Рассмотрим основные функции, предлагаемые системой, подробнее. Это трассировка, оптимизация и коррекция расположения элементов.

Трассировка

Процесс трассировки печатных плат с помощью FreeStyle начинается с выполнения 100-процентной разводки цепей, на что уходят доли секунды. Разведены будут все связи, даже если для этого придется нарушить некоторые технологические ограничения, налагаемые выбранным конструктивом. Таким образом, адекватность выбора конструктива выясняется еще на ранней стадии трассировки.

Затем выполняется оптимизация полученной трассировки (повышение качества разводки) — выбираются лучшее назначение участков проводников на слои коммутации, а также их расположение относительно других проводников и контактных площадок. За 2-5 минут оптимизации можно получить очень хорошее решение.

После этого определяется точная конфигурация проводников, контактных площадок и расположения компонентов. Маршрут каждого проводника после трассировки FreeStyle имеет минимальную длину, то есть огибает контактные площадки по дугам окружностей с необходимым зазором, а с одной дуги на другую переходит вдоль отрезков прямых. Помимо этого уточняются координаты компонентов.

Рациональное расположение компонентов позволяет не только уменьшить размеры платы, но и непосредственно влияет на качество трассировки, поскольку от расположения компонентов во многом зависят суммарная длина проводников и количество возникающих переходов.

Специальная команда «Перетрассировать заново» позволяет начать процесс сначала и получить сотни вариантов трассировки. Лучшие варианты система FreeStyle сохраняет автоматически.

Оптимизация разводки

Наибольший вклад в оптимизацию разводки вносит алгоритм глобальной минимизации числа и длины проводников. Алгоритм уникален, он имеет теоретически минимальное число операций, что позволяет для текущей совмещенной топологии проводников за доли секунды точно минимизировать количество межслойных переходов.

Важным свойством системы FreeStyle является возможность продолжать процесс оптимизации бесконечно долго. Пользователь сам прерывает процесс, когда достигается требуемый результат.

Удобство работы с системой заключается и в том, что из полученных вариантов автоматически запоминаются те, которые имеют наилучшие параметры. FreeStyle использует следующие критерии качества трассировки, по которым производится оптимизация: количество ошибок, количество переходов, суммарная длина соединений. FreeStyle автоматически выбирает и сохраняет лучшие варианты. При необходимости можно использовать команду «Повысить качество разводки», которая позволяет продолжить оптимизацию выбранного пользователем варианта.

Корректировка расположения компонентов

Процесс корректировки начинается с проверки правильности расположения компонентов, цепей, контактов и ветвлений на всех слоях платы. Затем система предлагает выполнить операцию перемещения компонентов — с целью ликвидации узких мест, а также для сокращения длины печатных проводников и уменьшения размера платы.

Можно определить минимальную площадь печатной платы, задавая два направления «дрейфа» элементов — например, влево-вверх или влево-вниз, — чтобы все компоненты собрались в определенном углу. Это позволит определить минимальную площадь. Кроме того, в системе FreeStyle предусмотрена возможность расчета направления предпочтительного движения элементов платы. В некоторых случаях применение FreeStyle позволяло сократить площадь платы до 50%.

В процессе перемещения компоненты могут раздвигаться, обеспечивая возможность прокладки между ними нужного числа проводников, и сдвигаться, уменьшая длину проводников и освобождая площадь платы. Допустимо также вращение компонентов. Некоторые элементы можно зафиксировать — обычно не передвигаются разъемы, крепежные отверстия и т.п.

Перемещение может выполняться в автоматическом и ручном режимах. При ручном перемещении (с помощью мыши) можно двигать также переходы и ветвления. Это особенно важно при большом скоплении переходов, которое трудно развести автоматически. В ручном режиме система указывает изменение координат компонента, а также (рядом) насколько увеличилась или уменьшилась общая длина соединений.

Как и трассировка, автоматическая корректировка может производиться сколь угодно долго. По мере получения требуемых результатов пользователь сам останавливает процесс.

FreeStyle автоматически отбирает и сохраняет лучшие варианты разводки, после чего список сохраненных вариантов можно вывести на экран.

Практические результаты

Использование системы FreeStyle позволяет не только быстро выполнить трассировку печатных плат, но и значительно улучшить или перетрассировать печатные платы, разработанные в других системах.

Применение FreeStyle обеспечивает сокращение времени разработки печатной платы, а также минимизацию габаритов самой платы и соответственно изделия, для которого она разработана. При этом качество тоже выигрывает. Внедрение предприятиями FreeStyle целесообразно и с точки зрения экономии средств. Система, разработанная специалистами компании «Диал Инжиниринг» с учетом требований промышленного производства, имеет отличное соотношение цены и качества. Качество — высокое, а цена лицензионной версии доступна для любого предприятия.

Компания «Диал Инжиниринг» гарантирует заказчикам предоставление всех необходимых услуг, связанных с внедрением системы. Специалисты компании проводят обучение пользователей, бесплатные консультации, гарантийное и послегарантийное обслуживание, системную интеграцию и, по мере необходимости, поставку аппаратных средств.

 

В статье использованы материалы С.Ю. Лузина, автора FreeStyle, а также учебное пособие А.В. Сухарева и О.И. Золотова.

«САПР и графика» 5’2001

ARES. Обучающая программа #23. Трассировка печатной платы из списка соединений #04

Сохранить или поделиться

Автотрассировка

Использование автотрассировки чрезвычайно просто — достаточно одного действия, чтобы компьютер сделал всю работу. Чтобы уидеть это в действии, сначала перезагрузите PPSU.LYT, а затем вызовите команду Автотрассировщик (Auto-Router) в меню Инструменты (Tools). Примените для этой печатной платы настройки по умолчанию, нажав на OK, и сидите и ждите. Строка состояния внизу экрана показывает, что происходит и какие действия выполняются. Желтый проводник — это тот, который сейчас разводится. На современных компьютерах эта печатная плата разведётся, так быстро, что вам повезёт, если вы вообще увидите процесс разводки!

Комбинирование ручной и автоматической трассировки

Хотя вышеупомянутое упражнение формировало разводку печатной платы полностью автоматически, вы, если пожелаете, можете проявить намного больше контроля над работой. Перезагрузите PPSU.LYT и затем выберите значок  Связь (Ratsnest). Переключатель тогда отобразит список сетей в проекте. Выберите сеть “земля” (GND) и кликните на переключателе ‘T’ как показано ниже. Это отметит все соединения в сети.

Иконка Связь (Ratsnest).Переключатель объектов с выбранной сетью “земля”..

В этом режиме вы можете также:

  • Выделять соединения, щелкая по ним правой кнопкой мыши.
  • Выделять соединение, щелкая по нему правой кнопкой мыши.
  • Снимать выделение со всех соединений, щелкая правой кнопкой по пустому месту.

Благодаря этому, автотрассировщику может быть задана разводка всех соединений или только или отмеченных, или неотмеченных соединений, это дает вам полный контроль, если вы хотите комбинировать ручное и автоматическое формирование разводки.

Как только печатная плата разведена, вы можете глобально задать скос под 45° для всех проводников на плате.

Стратегии трассировки

ARES управляет проблемой трассировки различных сетей с различными размерами проводников и сквозных отверстий очень сложным и удобным способом. Каждая сеть в проекте назначена (явно или неявно) именной стратегии, которая определяет, как она должна быть разведена. Например, это означает, что сети под названием 12VRAIL может быть назначена стратегия Питание (Power) на схеме, но детали разводки Питания (Power) могут быть неопределены, пока печатная плата не начнёт принимать определенную форму. В то же самое время, избегают потребности указывать отдельно все свойства для каждой сети в проекте.

Для понимания того, что является возможным, вызовите команду Установить стратегии (Set Strategies) в меню Система (System), выберите стратегию Силовая (Power). Окно редактирования стратегии позволяет вам определить, как сети, назначенные на эту стратегию, должны быть разведены.

Вы увидите, что есть поля для стилей проводников и сквозных отверстий, алгоритм использования (то есть питание (POWER), шина (BUS) или сигнал (SIGNAL)), контроль, позволяющий диагонали и должны ли углы быть оптимизированы (то есть срезаны под 45°) — каждая опция в диалоговом окне имеет контекстно-зависимую справку, связывающую её со справочной системой. В стратегии допускается до 4 пар, и каждая пара может использовать различные слои. Если H и V слои для трассировки одинаковые, тогда будет выполнена односторонняя разводка платы.

Вы можете также установить индивидуальные проектные нормы для каждой стратегии. Это может быть полезно, когда некоторые проводники должны нести высокие напряжения и должны быть расположены на большем расстоянии, чем те, которые несут сигналы с низким напряжением.

Диалоговое окно установки стратегий в ARES с выбранной стратегией Силовая.

Для более сложных проектов вы можете создать и конфигурировать ваши собственные стратегии. Вы создаете стратегию маркировкой сети в ISIS (см. справочник ISIS) — тогда она появится в диалоговом окне Установки стратегий (Set Strategies) в ARES, где она может быть настроена, как описано выше. Это даёт очень мощный способ управлять сетями, которые требуют специального рассмотрения на печатной плате.

Дальнейшие подробности относительно всех этих свойств могут быть найдены в разделах Управление списком соединений (Netlist Management) и Автотрассировка (Autorouting).

Проверка правильности соединений

Этот инструмент устанавливает, какие выводы связаны друг с другом (отслеживая и сквозные отверстия), и сравнивает их с выводами, которые были внесены на ту же самую сеть в списке соединений. Запускаемый из меню Инструменты (Tools), он создаёт и записывает в отдельный файл интерактивный отчет, показывающий “сетевые группы” в пределах каждой сети. Также перечисляются любые элементы, определённые в списке соединений, которые еще не были размещены и представленные в всплывающем окне. Если вы нажмете на элементы в списке, сеть или сети, в которых есть ошибки, будут подсвечены.

Если вы разводите из списка соединений впервые, и особенно если используете автотрассировщик, вы скорее ошибочно пропустите соединение, чем сделаете лишнее. Однако, отсутствие ошибок в отчете проверки правильности соединений (CRC) действительно дает вам дополнительную уверенность, что ваша разработка правильна.

Данный раздел переведен из Help’а Proteus’а версии 7.2

Теги

ARESCADCAD / САПР (система автоматизированного проектирования)PCB (печатная плата)Proteus VSMКомпоновка печатных платПроектирование печатных плат

Сохранить или поделиться

Программа для разводки печатных плат

Sprint Layout – просто и функционально

Среди существующего множества программ для разводки печатных плат, особо выделяется Sprint Layout. С неё начинает свой путь практически каждый радио-электронщик современности. Отличается простотой в использовании, русскоязычным интерфейсом, существенным набором компонентов в библиотеке, возможностью создавать свои макросы и работа со слоями.

Беспроблемно скачать программу для разводки печатных плат можно практически на любом сайте любителей электроники, форумах и блогах, с подробным описанием работы с ней.

 

Краткое описание

Данная программа хоть и проста в освоении, но обладает замечательной функциональностью, позволяющая не только быстро развести плату, но и обрисовывать компоненты плат, найденных в интернете, что позволит не создавать проект с нуля, а воспользоваться уже готовым вариантом.

Создавать свои компоненты можно с нуля. Также, есть возможность скачать целые библиотеки компонентов, которые распространяются на форумах, специально для этой программы. Но, если электронные компоненты рисовать самостоятельно, то делается это очень просто, начиная от резистора и заканчивая сложными микросхемами.

Отдельное внимание следует уделить слоям и работе с ними. Пользователи Sprint Layout имеют возможность не только создавать односторонние платы, но и двухсторонние, с точным расположением компонентов по обеим сторонам платы.

Инструменты рисования контактов и дорожек осваиваются легко. Имеется размерная сетка, ячейки которой можно поменять в размере, в зависимости от потребностей пользователя. В меню команд, расположенном слева, находятся основные инструменты и функции. 

Автотрассировка не совсем справляется со своими задачами, но если прорисовать часть трасс вручную, а затем отдать команду автоматической трассировки, может получиться то, что нужно. Во всяком случае, на небольших платах.

Особо полезная функция, как для начинающего электронщика, так и для специалиста своего дела, называется электрический контроль. Позволит обнаружить все замкнутые контакты между собой и пометит их отдельным цветом. Будет целесообразно её использовать на ранних этапах создания рисунка платы, так же и на поздних, для определения местонахождения земли и шин питания.

Для печати готового проекта, можно расположить несколько копий шаблона печатной платы на листе формата А4.

Основы компоновки печатной платы

: Размещение компонентов | ОРЕЛ

Итак, вы получили эту схему на бумаге как схематический проект в Autodesk EAGLE, но теперь возникает настоящая проблема. Как вы собираетесь воплотить всю эту электрическую теорию в реальную физическую схему? В наши дни инженеры делают все, от схемы до разводки печатной платы, и нет необходимости передавать это кому-то другому, чтобы довести дело до конца, все зависит от вас. Хотя это может поставить вас перед новым набором проблем, компоновка печатной платы, вероятно, является одной из самых захватывающих и полезных частей дизайна печатной платы.Это похоже на гигантскую головоломку, которую нужно решить с помощью оригинального мышления и творчества. С чего начать? Вам нужно сначала разместить все свои компоненты.

Что нужно знать заранее

Есть несколько вещей, которые вы хотите держать в голове, пока вы будете преобразовывать свою схему в физический макет платы, в том числе:

Макет печатной платы

– арт

Многие инженеры видят в процессе компоновки печатной платы скорее искусство. Если вы передадите свою схему сотне разных инженеров, то, скорее всего, вы получите обратно сотни различных макетов плат, все с их уникальными характеристиками. В отличие от схематического дизайна, который полностью основан на математике, макет вашей печатной платы немного более плавный и гибкий.

Люди могут проявить творческий подход с помощью простых следов и переходных отверстий. (Источник изображения)

Из-за этого вы должны помнить одну вещь при компоновке печатной платы – нет правильного или неправильного способа сделать это.То, как вы решите разместить свои компоненты и завершить разводку, – все это уникальное представление вашей точки зрения дизайна. Для кого-то это может поначалу немного ошеломить, поэтому мы собираемся придерживаться очень простого дизайна в этом блоге. У нас осталось разместить только несколько компонентов, так что вы можете найти время, чтобы разместить, заменить и, возможно, сделать это снова и снова.

Просто освоитесь со всем процессом.

Вам нужно думать о производстве

В конце концов, вы, вероятно, разрабатываете печатную плату так, чтобы ее физически делал ваш производитель.Из-за этого вам нужно держать в уме несколько соображений, когда вы занимаетесь проектированием. Первый – это компонентная ориентация. Каждый раз, когда вы размещаете на своей плате компоненты-единомышленники, такие как набор резисторов или светодиодов, вы должны убедиться, что они всегда обращены в одном направлении. Почему? Это упростит установку, тестирование и проверку вашей платы вашим производителем.

Второй момент, который следует учитывать, – это то, как вы размещаете компоненты по отношению друг к другу.Когда ваша готовая плата будет передана вашему производителю, они отправят ее через паяльную печь, чтобы соединить все детали с вашей пустой печатной платой. Если у вас есть более высокие компоненты, которые блокируют более мелкие, то, скорее всего, вы получите обратно плату с плохо подключенными паяными соединениями. При размещении компонентов всегда учитывайте их размер не только в вашем двухмерном пространстве, но также их высоту и ширину. Полный список советов по размещению деталей можно найти в этом блоге.

Обязательно размещайте более мелкие компоненты перед более крупными для надежного процесса пайки. (Источник изображения)

Подумайте о маршрутизации

Само собой разумеется, что многие начинающие дизайнеры совершают ошибку, помещая свои компоненты слишком близко друг к другу на своей первой компоновке, только чтобы не хватить места, когда пришло время начать трассировку. Чаще всего это происходит с интегральными схемами, у которых есть много контактов, которые необходимо соединить по всей вашей плате.Если вы не дадите этому компоненту достаточно места, чтобы дышать, у вас, скорее всего, закончится место, и вам придется начинать компоновку заново с нуля. При размещении компонентов всегда думайте о том, как вы будете их маршрутизировать, и оставляйте достаточно места между частями, чтобы упростить этот процесс.

Определите свой процесс

Несмотря на то, что процессы размещения и маршрутизации компонентов открывают безграничные возможности для творчества, мы считаем, что лучше начинать со структурированного процесса.Это не предназначено для подавления вашего творчества, а просто для того, чтобы заложить основу, на которой ваше творчество может расти. Как только вы узнаете пределы стен и куда вы идете, вы сможете свободно проектировать, как вам заблагорассудится. Процесс, который мы будем использовать для завершения процесса размещения компонентов, включает:

  • Шаг 1 – Сначала вы возьмете схему, которую вы закончили ранее, и превратите ее в новый макет печатной платы
  • Шаг 2 – Затем вы разместите и поверните все свои компоненты, работая над минимизацией длины и пересечения воздушных проводов (подробнее об этом позже).
  • Шаг 3 – Вы завершите процесс размещения, изменив размеры макета вашей платы при подготовке к трассировке.

Это все подробности, которые вам нужно знать, чтобы начать работу. Давайте перейдем к некоторым практическим стратегиям компоновки печатных плат.

Шаг 1. Превращение вашей схемы в макет платы

Если вы следовали нашей серии «Основы схемотехники», то у вас должна быть полная схема, которая выглядит так, как показано ниже.

Наша полная схема светодиодного флешера, которую мы превратим в макет печатной платы.

Но если вы здесь впервые, обязательно прочтите «Основы схемотехники», часть 1, часть 2 и часть 3, чтобы быстрее освоиться. Чтобы преобразовать вашу схему в компоновку печатной платы, сделайте следующее:

  1. Откройте проект схемы из Панели управления Autodesk EAGLE.
  2. В верхней части интерфейса выберите значок SCH / BRD . Это запустит процесс создания макета печатной платы на основе компонентов и проводки в вашей схеме.
  3. Выберите Да , если появится диалоговое окно с предупреждением о том, что файл . brd не существует и вы хотите создать его из схемы.

Вот и все! Теперь у вас должно быть открыто второе окно Autodesk EAGLE, похожее на наше ниже.

Когда вы превращаете вашу схему в файл топологии печатной платы, вы получаете новое окно, которое выглядит следующим образом.

Это пустой холст макета печатной платы, с которого вы начнете свое путешествие по дизайну печатной платы.Давайте поговорим о том, что вы видите, на случай, если это для вас совершенно в новинку. Вот несколько моментов, на которые следует обратить внимание:

  • Белый квадратный контур, который вы видите, представляет физические размеры макета вашей платы. Здесь вы разместите все свои компоненты.
  • Все ваши компоненты в настоящее время находятся за пределами этого квадратного контура. Следующий этап процесса макета – перемещение каждой детали в эту область.
  • Вы также заметите множество линий, соединяющих ваши компоненты.Они называются воздушными проводами. Вы также можете услышать, что это крысиное гнездо. Эти воздушные провода помогут вам понять возможности подключения ваших компонентов.

Теперь давайте начнем перемещать и вращать ваши детали в пространстве платы.

Шаг 2 – Размещение и вращение компонентов

Хорошо, именно здесь нам нужно начать оставаться проворными с указаниями, которые мы даем. У вас есть пустой макет платы, и то, как вы решите разместить свои компоненты, в конечном итоге зависит от вас. В типичном процессе размещения компонентов на печатной плате большинство инженеров сначала размещают все свои краевые компоненты, такие как USB-порты, разъемы питания, разъемы и т. Д. Эти части застревают на месте и определяются механическим корпусом платы. будет помещен внутрь.

После граничных компонентов инженер обычно размещает самые большие компоненты. Такие вещи, как интегральная схема с большим количеством контактов, будут иметь огромное влияние на то, какие компоненты необходимо разместить вокруг нее. Как раз так получилось, что наш пример дизайна включает в себя ИС, и вы можете использовать эту большую часть как первую, которую вы разместите. Вот как это сделать:

  1. Выберите инструмент Move в левой части интерфейса.
  2. Щелкните левой кнопкой мыши в середине компонента IC1 и перетащите его внутрь контура платы.Вы заметите, что все воздушные провода двигаются вместе с деталью.
  3. Теперь поверните деталь как хотите, щелкнув правой кнопкой мыши . Каждый поворот поворачивает его на 90 градусов.
  4. Наконец, продолжайте и щелкните левой кнопкой мыши , где вы хотите разместить свою ИС.

Мы разместили нашу микросхему в левом нижнем углу платы, и мы готовы к дальнейшим действиям.

Теперь, когда у вас есть самая большая часть вашего макета, которая очень поможет при размещении всех ваших других компонентов.Остальная часть процесса размещения зависит от вас! Все еще не знаете, с чего начать? Вот несколько советов, о которых следует помнить:

Обеспечьте как можно более короткие соединения

Ваша цель – разместить все ваши детали таким образом, чтобы свести к минимуму длину и пересечение воздушных проводов между вашими компонентами. Держите совместимые детали вместе и всегда помните, что вы можете трассировать на нескольких слоях, чтобы перекрещивание воздушных проводов не убило ваш дизайн.

Постоянно корректируйте свои воздушные провода

По мере того, как вы продолжаете регулировать размещение ваших деталей, ваши воздушные провода, вероятно, придется пересчитывать.Каждый раз, когда вы размещаете новую деталь или вращаете существующую, обязательно выберите инструмент Ratsnest в левой части интерфейса, чтобы перерисовать все ваши воздушные провода. Этот инструмент предоставит вам в режиме реального времени обновленную информацию о том, как ваши решения о размещении влияют на ваши беспроводные соединения.

Избегайте перекрытия частей

Все эти зеленые кружки и белые контуры являются частью физического пакета каждой из ваших деталей, и им понадобится место для сборки. Если вы в конечном итоге перекрываете эти зеленые круги, которые будут обнажать медь на вашей физической плате, вы получите неприятное короткое замыкание. Всегда оставляйте место между компонентами.

Удачи!

Процесс размещения компонентов – это головоломка, которую нужно решить вашими творческими усилиями. Помните, что не существует правильного или неправильного способа размещения ваших деталей, только различные оттенки оптимизации, которые вы можете обнаружить. Не торопитесь и получайте от этого процесса как можно больше удовольствия. Ниже вы увидите, как мы решили разместить наши детали, но если он не похож на ваш, не переживайте. Это то, что делает ваш дизайн уникальным.

Расположение вашей детали похоже на наше? Надеюсь, что нет, создайте его по-своему!

Примечание : Иногда может потребоваться переместить сразу несколько компонентов. Вместо того, чтобы делать это по отдельности, вы можете сгруппировать детали, а затем использовать инструмент перемещения. Вот как это сделать:

  1. Выберите инструмент Group в левой части вашего интерфейса, затем выберите части, которые вы хотите сгруппировать, либо Shift + щелчок левой кнопкой мыши каждой части, либо, удерживая , щелкните левой кнопкой мыши и перетащите рамку вокруг желаемые части.
  2. Все сгруппированные вами детали будут выделены. Затем выберите инструмент Move в левой части интерфейса и Ctrl + щелкните правой кнопкой мыши , чтобы переместить их как группу.
  3. Наконец, переместите ваши детали туда, где вы хотите, чтобы они были размещены, и щелкните левой кнопкой мыши , чтобы завершить их размещение.

Шаг 3. Изменение формы платы

Хорошо, к этому моменту все компоненты установлены. Вам это показалось креативным или, может быть, немного неловким в первый раз? Продолжайте делать это снова и снова, пока не попадете в процесс размещения компонентов; тогда вы поймете волшебство.На данный момент вся тяжелая работа сделана, отличная работа! Теперь давайте закончим, определив размеры макета вашей платы, выполнив следующие действия:

  1. Выберите инструмент Move в левой части интерфейса.
  2. Щелкните левой кнопкой мыши в правом верхнем углу контура компоновки печатной платы, затем перетащите эту точку в сторону компонентов, чтобы отрегулировать размер угла.
  3. Щелкните левой кнопкой мыши еще раз, чтобы завершить этот угол, затем повторите этот процесс для нижнего правого и верхнего левого углов.

После завершения у вас должна получиться гораздо меньшая схема компоновки печатной платы, которая объединяет все ваши компоненты в эффективный и компактный пакет, подобный тому, который мы имеем ниже:

Мы уменьшили схему компоновки печатной платы, чтобы расположить все наши детали вместе.

Успешное размещение компонентов

Отлично, ты справился! Теперь вы успешно разместили все компоненты на своей самой первой разводке печатной платы. Есть старая поговорка – разводка печатной платы на 90% состоит из размещения и на 10% трассировки.Это верно и сегодня. То, как вы решили разместить свои компоненты, в конечном итоге определит, насколько простой будет ваша работа по маршрутизации в будущем. Так вы удостоверились, что все ваши воздушные провода были как можно короче? Если это так, то вы можете ожидать, что последние 10% процесса компоновки печатной платы будут легкими.

Скорее всего, вы захотите несколько раз ударить по процессу размещения компонентов, чтобы посмотреть, какие результаты вы получите. Чем больше вы практикуетесь, тем больше вы начнете замечать мелкие детали, которые каждый раз могут делать ваш макет лучше.Не бойтесь экспериментировать! Эта часть головоломки посвящена инженерному искусству. Наслаждайтесь творческими усилиями, и мы с нетерпением ждем встречи с вами в нашей серии статей по основам компоновки печатных плат. Что дальше:

  • Основы компоновки печатной платы, часть 2 – Здесь вы узнаете, как взять все эти компоненты, которые вы только что разместили, и провести их вместе с дорожками и переходными отверстиями.
  • Основы компоновки печатной платы
  • , часть 3 – Здесь вы узнаете, как запустить средство проверки правил проектирования (DRC) и добавить последние штрихи к компоновке с помощью медной заливки и шелкографии.

Создание вашей первой разводки печатной платы в бесплатной версии Autodesk EAGLE – это лишь верхушка айсберга! Получите все возможности сегодня, подписавшись на Autodesk EAGLE.

LearnEMC – Схема печатной платы

Некоторые схемы изготавливаются на крошечных кремниевых пластинах, а другие состоят из различных компонентов, соединенных кабелями. Однако схемы, которые часто находятся в центре внимания инженера по ЭМС, – это схемы, выложенные на стеклопластиковых эпоксидных плитах.Печатные платы, подобные изображенной на рисунке 1, можно найти почти во всех электронных системах. Компоненты цепи с металлическими штырями соединены медными штырями . Технология поверхностного монтажа (SMT) компоненты приклеиваются к верхней и / или нижней части платы. Вставка в отверстие Компоненты крепятся к плате штырями, которые проходят через плату и припаяны к дорожкам на противоположной стороне.

На однослойных платах все дорожки проложены на одной стороне платы.Двухслойные доски имеют следы с обеих сторон. Многие платы имеют несколько слоев медных дорожек, разделенных слоями стекловолоконной эпоксидной смолы (или аналогичного диэлектрика). Они называются многослойными досками. Количество слоев обычно четное. Четырехслойные доски очень распространены в недорогой продукции. Платы с десятками слоев иногда используются для соединения густонаселенных плат с большим количеством выводов компонентов.

Рисунок 1: Печатная плата.

Многослойные платы обычно имеют целые слои с сплошными медными пластинами, предназначенные для распределения мощности по компонентам на плате.Эти плоскости обычно называют в честь выводов компонентов, к которым они подключены. Например, медная плоскость, соединяющая все выводы компонентов V CC с источником питания, часто называется плоскостью V CC .

Размещение компонентов и трассировка трасс обычно играют решающую роль в определении электромагнитной совместимости продуктов, в которых используются печатные платы. Хорошо расположенные платы сами по себе не излучают значительно, и они хорошо справляются с минимизацией токов и полей, которые могут создавать помехи для кабелей или других объектов за пределами платы.Они также сконфигурированы так, чтобы свести к минимуму возможности внешних токов или полей для передачи мешающих сигналов на плату.

Стратегии размещения печатных плат

Большинство конструкторов плат используют список руководящих принципов, помогающих размещать компоненты и трассировать трассы. Например, типичным правилом может быть «минимизация длины всех трасс, несущих цифровой тактовый сигнал». Часто разработчик не знаком с причиной указания или не полностью понимает последствия нарушения руководства для конкретного приложения.

Контрольный вопрос

Предположим, вы устанавливаете высокоскоростную многослойную печатную плату и вам нужно направить дорожку, несущую высокочастотный сигнал от цифрового компонента к аналоговому усилителю. Вы хотите свести к минимуму вероятность возникновения проблем с электромагнитной совместимостью (ЭМС), поэтому вы поищите в Интернете рекомендации по проектированию ЭМС и найдете три рекомендации, которые кажутся имеющими отношение к вашей ситуации:

  1. минимизировать длину высокоскоростных трасс;
  2. всегда зазоры между аналоговыми и цифровыми схемами; и
  3. никогда не позволяет высокоскоростной трассе пересекать зазор в плоскости отражения сигнала.

Вы представляете себе три возможных стратегии маршрутизации, показанные на рисунке 2. Первая стратегия маршрутизации направляет трассу непосредственно между двумя компонентами, но оставляет плоскость между ними сплошной. При второй стратегии трассировки плоскость проходит через зазор, но трасса проходит через зазор. Третья стратегия маршрутизации направляет след вокруг разрыва. Каждая из этих альтернатив нарушает одно из рекомендаций. Какой лучший выбор?

Рисунок 2: Какая альтернатива маршрутизации трассировки является наилучшей?

Все ли альтернативы одинаково хороши, потому что они удовлетворяют 2 из 3 рекомендаций? Все ли они плохи, потому что все они нарушают хотя бы одно правило? Это вопросы, с которыми дизайнеры печатных плат сталкиваются каждый день.Правильный выбор может заключаться в разнице между платой, отвечающей всем требованиям, и платой, которая имеет серьезные излучаемые излучения или проблемы с восприимчивостью. В этом случае один из вариантов намного лучше двух других. Однако, прежде чем мы дадим правильный ответ, давайте разработаем стратегию оценки макетов печатных плат. При правильной стратегии правильный ответ на этот вопрос викторины должен стать очевидным.

В этом руководстве мы рассмотрим 4 шага, которые должен применять каждый инженер EMC при компоновке печатной платы или проверке существующей конструкции платы.Эти шаги:

  • Определите потенциальных источников электромагнитных помех и жертв
  • Определите пути критического тока
  • Определите возможные части антенны
  • Изучить возможные механизмы сцепления.

Если сначала предпринять шаги, описанные выше, решения о размещении компонентов и трассировке станут более ясными. Также должно быть намного более очевидно, какие руководящие принципы проектирования наиболее важны, а какие совсем не важны для конкретного проекта.

Выявление потенциальных источников электромагнитных помех и жертв

Типичная печатная плата может иметь десятки, сотни или даже тысячи цепей. Каждая цепь является потенциальным источником энергии, которая в конечном итоге может быть непреднамеренно подключена к другим цепям или устройствам. Каждая цепь также является потенциальной жертвой непреднамеренно связанного шума. Однако некоторые цепи с большей вероятностью, чем другие, будут источником шума, а другие цепи гораздо чаще станут жертвами. Инженеры EMC (и разработчики плат) должны уметь распознавать те цепи, которые являются потенциально хорошими источниками, и те, которые потенциально наиболее восприимчивы.Цепи, представляющие особый интерес, обсуждаются ниже.

Схемы цифровых часов

Синхронные цифровые схемы используют системные часы, которые должны быть отправлены на каждый активный компонент (на плате или вне его), который должен интерпретировать цифровой сигнал. Тактовые сигналы постоянно переключаются и имеют узкополосные гармоники. Часто они являются одними из самых мощных сигналов на печатной плате. По этой причине нередко можно увидеть узкополосные пики излучаемого излучения на гармониках тактовой частоты, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3: Излучение продукта с тактовой частотой 25 МГц .

На этом рисунке в излучаемых излучениях явно преобладают гармоники тактовой частоты 25 МГц. Минимальный уровень шума в диапазоне 200–1000 МГц – это тепловой шум анализатора спектра, используемого для проведения измерения (с поправкой на коэффициент антенны). Чтобы сделать этот продукт совместимым со спецификацией излучаемого излучения FCC или CISPR класса B, необходимо уменьшить амплитуду тактового сигнала, уменьшить эффективность непреднамеренной «антенны» или ослабить тракт связи источник-антенна.

Цифровые сигналы

Большинство следов на цифровой печатной плате несут цифровую информацию, а не тактовые сигналы. Цифровые сигналы не так периодичны, как тактовые сигналы, и их случайный характер приводит к более широкополосному шуму. Цифровые сигналы, которые переключаются чаще, могут вызывать излучение, подобное тактовым сигналам. Примером этого может быть младший бит на шине адреса микропроцессора, поскольку пошаговое переключение последовательных адресов может вызвать переключение этого сигнала на тактовой частоте.Точная форма и сила излучения цифровых сигналов зависит от многих факторов, включая работающее программное обеспечение и используемую схему кодирования. Как правило, сигналы данных представляют собой менее проблемный источник, чем сигналы синхронизации; однако высокоскоростные данные по-прежнему могут создавать значительный шум.

Цепи переключения мощности

Импульсные источники питания и преобразователи постоянного тока в постоянный генерируют различные напряжения путем быстрого включения и выключения тока в трансформаторе. Типичные частоты переключения находятся в диапазоне 10–100 кГц.Пики тока, генерируемые этим переключением, могут создавать помехи для вывода мощности и других устройств на плате. Хотя этот шумовой сигнал является относительно периодическим (то есть узкополосными гармониками), он проявляется как широкополосный шум во время испытания излучаемых излучений, поскольку расстояние между частотами гармоник меньше разрешающей способности полосы пропускания измерения.

Небольшой горб в минимальном уровне шума около 120 МГц на рисунке 3 вызван шумом переключения мощности. В этом продукте шум переключения незначителен по сравнению с шумом часов.Однако в других изделиях шум переключения мощности может преобладать, поскольку только верхние гармоники шума переключения попадают в частотный диапазон, в котором измеряется излучаемое излучение. Шум переключения мощности всегда можно уменьшить, уменьшив время перехода схемы переключения. Однако это снижает эффективность источника питания, поэтому предпочтительны альтернативные методы. Возможные решения обсуждаются в руководстве по проводимым электромагнитным помехам.

Аналоговые сигналы

Аналоговые сигналы могут быть широкополосными или узкополосными, высокочастотными или низкочастотными.Если на вашей плате используются аналоговые сигналы, рекомендуется ознакомиться с тем, как эти сигналы выглядят как во временной, так и в частотной областях. Особенно трудно работать с узкополосными высокочастотными аналоговыми сигналами. К счастью, поскольку аналоговые сигналы, как правило, чувствительны к низким уровням шума, проблемы целостности сигнала обычно диктуют необходимость их размещения таким образом, чтобы свести к минимуму излучаемые излучения.

Трассы питания постоянного тока и низкоскоростные цифровые сигналы

Вообще говоря, мощность постоянного тока и низкоскоростные цифровые сигналы не имеют достаточной мощности на частотах излучаемого излучения, чтобы создавать проблемы.Тем не менее, эти следы часто являются источником наиболее серьезных проблем с излучением. Это связано с тем, что непреднамеренные высокочастотные напряжения и токи на этих дорожках могут быть такими же или большими, чем напряжения и токи на высокоскоростных дорожках.

Рис. 4. Ближнее магнитное поле над интегральной схемой в корпусе.

На рисунке 4 показана карта ближнего магнитного поля над модулем динамической памяти с произвольным доступом, обычно используемым в персональных компьютерах.Ближнее магнитное поле указывает на токи, протекающие в выводной рамке блока компонентов. Частота измерения – это третья гармоника тактовой частоты. Обратите внимание, что от выводов источника питания постоянного тока потребляется больше тока, чем от сигнальных выводов.

Рисунок 5: Ближнее магнитное поле над микропроцессором.

На рисунке 5 показан аналогичный график ближних магнитных полей над микропроцессором, реализованным в программируемой вентильной матрице (FPGA).На этом рисунке мы видим, что токи, подаваемые на некоторые из низкоскоростных адресных линий, почти такие же сильные, как токи в тактовом сигнале.

Как высокочастотные токи и напряжения появляются на низкочастотных линиях передачи данных? Это может произойти несколькими способами. Большинство из них связано с конструкцией и компоновкой интегральных схем (ИС), подключенных к этим дорожкам. Некоторые ИС хорошо справляются с сдерживанием своего внутреннего шума, а другие – нет. Плохая конструкция может привести к высокочастотным колебаниям напряжения на каждой входной и выходной дорожке, подключенной к ИС.Хороший дизайн может быть относительно тихим.

При размещении печатной платы с незнакомой ИС, которая внутренне синхронизируется на высокой частоте, рекомендуется рассматривать каждый вывод на этой ИС так, как если бы это был высокочастотный источник с теми же характеристиками, что и внутренние часы. . В противном случае мощные или низкоскоростные цифровые трассы могут быть наиболее значительными источниками излучаемых излучений.

Определение текущих путей

Возможно, самое важное различие между разработчиками цифровых схем и инженерами по ЭМС заключается в том, что инженеры по ЭМС (и целостности сигналов) уделяют пристальное внимание токам, протекающим в цепи, а также напряжениям.Это очень важный момент. Самые плохие конструкции являются прямым результатом игнорирования того, где могут протекать сигнальные токи.

Хотя это уже обсуждалось в предыдущем разделе, вопрос идентификации пути тока настолько важен для хорошей конструкции печатной платы, что здесь стоит рассмотреть основные концепции. Прежде всего,

1. Ток течет по петлям.

То же количество тока, которое протекает с одной стороны источника, должно подаваться с другой стороны.Также

2. Ток идет по пути наименьшего сопротивления.

На низких частотах (кГц и ниже) в импедансе преобладает сопротивление, поэтому ток идет по пути (-ам) наименьшего сопротивления. На высоких (МГц и выше) частотах в импедансе преобладает индуктивность, поэтому ток идет по пути наименьшей индуктивности.

Рассмотрим компоновку печатной платы, показанную на рисунке 6. Сигнал с частотой 50 МГц распространяется по дорожке над плоскостью от компонента A к компоненту B. Мы знаем, что равное количество тока, следовательно, должно течь от компонента B к компоненту A.В этом случае мы предположим, что этот ток выходит из вывода Компонента B, обозначенного GND, и возвращается к выводу Компонента A, обозначенному GND. Поскольку предусмотрена сплошная плоскость и контакты заземления обоих компонентов близки, можно сделать вывод, что ток проходит по кратчайшему пути между ними. Однако теперь мы знаем, что это неверно. Высокочастотные токи проходят путь наименьшей индуктивности или путь наименьшей площади контура. Таким образом, большая часть сигнального тока, возвращающегося в плоскость, проходит по узкому пути (путь 2) непосредственно под дорожкой сигнала.

Рисунок 6: По какому пути проходит обратный ток сигнала?

Если бы самолет по какой-либо причине был перекрыт промежутком, как показано на рисунке 7, промежуток в позиции 2 мало повлиял бы на целостность сигнала или на излучаемые излучения. Однако пробел в позиции 1 может привести к серьезным проблемам. Ток, возвращающийся в самолет по следу, вынужден обходить разрыв. Это значительно увеличивает площадь сигнального шлейфа.

На низких частотах (обычно на частотах кГц и ниже) сопротивление плоскостей имеет тенденцию распространять ток, так что ток, протекающий между двумя удаленными точками, может покрывать большую часть платы, как показано на рисунке 8.На платах со смешанными сигналами, с низкочастотными аналоговыми и цифровыми компонентами, это может создать проблемы. На рисунке 9 показано, как правильно размещенный зазор в плоскости заземления может защитить цепи, расположенные в определенной области платы, от низкочастотных обратных токов, текущих в плоскости.

Рисунок 7: Какое положение зазора влияет на прохождение обратного тока сигнала?

Рисунок 8: Путь низкочастотного обратного тока

Рисунок 9: Путь низкочастотного обратного тока с плоскостью с зазором .

Идентификационные антенны

В разделе, посвященном электромагнитному излучению, указано, что в основном необходимо выполнить 3 условия, чтобы большинство непреднамеренных антенн, с которыми сталкивается инженер по электромагнитной совместимости, эффективно излучали:

  1. Антенна должна состоять из двух частей;
  2. : обе части не должны быть электрически маленькими;
  3. что-то должно индуцировать напряжение между двумя частями.

Большинство печатных плат электрически малы на частотах ниже примерно 100 МГц (λ> 3 метра).Это означает, что любые эффективные части антенны должны быть относительно большими по сравнению с большинством компонентов платы. Как правило, на низких частотах единственные жизнеспособные части антенны – это подключенные кабели и / или металлическое шасси. Если печатная плата расположена таким образом, чтобы минимизировать возможность наведения напряжения между любыми двумя из этих возможных частей антенны, то вероятность возникновения проблемы излучаемого излучения или излучаемой восприимчивости гораздо меньше.

На рисунке 10 показаны две компоновки печатных плат.Разъемы и соединения шасси представляют собой возможные эффективные части антенны. Компоновка № 2 с меньшей вероятностью будет иметь проблемы излучаемой связи на частотах ниже 100 МГц, потому что в ней менее вероятно возникновение значительного напряжения между любыми двумя проводниками, способными служить эффективной антенной. Этого удалось добиться, просто разместив два разъема на одной стороне платы.

Рис. 10. Два макета печатных плат.

На частотах выше 100 МГц длины волн короче, и возрастает вероятность того, что объекты, установленные на плате (или самой плате), могут служить эффективными частями антенны.Тем не менее, даже на частотах до нескольких ГГц эти части антенны должно быть относительно легко обнаружить. Например, на частоте 1 ГГц длина волны в свободном пространстве составляет 30 см. Четверть длины волны составляет 7,5 см. Следовательно, эффективная антенная часть должна быть длиной не менее нескольких сантиметров и приводиться в движение относительно чего-то такого же большого или большего. Напомним, что дифференциальные токи (токи, обратный путь которых находится поблизости) являются относительно неэффективными источниками излучения. Это означает, что трасса, лежащая рядом или выше ее текущего обратного пути, не является хорошей частью антенны.Таким образом, если одна половина нашей антенны представляет собой металлическую плоскость на плате, другая половина должна выступать вверх и в сторону от плоскости. Это помогает легко идентифицировать эти части антенны даже на относительно высоких частотах. В таблице 1 перечислены общие части антенн, которые можно найти на печатных платах выше и ниже 100 МГц.

Таблица 1: Объекты печатной платы, которые могут или не могут быть частями хорошей антенны .

Хорошие детали антенны

Плохие детали антенны

<100 МГц

> 100 МГц

<100 МГц

> 100 МГц

кабеля

радиаторы

Самолеты питания

микрополосковые или полосковые следы

микрополосковые или полосковые следы

высокие компоненты

все, что не большое

швов в защитных оболочках

Идентификация соединительных механизмов

После того, как мы определили потенциальные источники или жертвы и потенциальные антенны, хорошая компоновка платы – это просто вопрос минимизации связи между ними.Ранее мы узнали, что существует всего 4 категории возможных механизмов электромагнитной связи:

  • Муфта токопроводящая,
  • Муфта электрического поля
  • Магнитная муфта
  • Радиация.

Поскольку мы говорим о связи между источником и его антенной на одной печатной плате, у нас вряд ли будет связь излучения. Следовательно, нам необходимо рассмотреть только три механизма связи.Кондуктивная связь будет иметь место только в том случае, если идентифицированный нами источник напрямую управляет одной исправной частью антенны относительно другой. Примером кондуктивной связи может быть след сигнала, который был достаточно длинным, чтобы быть эффективной антенной частью, управляемой относительно плоскости возврата сигнала, но не проходящей через эту плоскость. В этом случае источник будет источником сигнала, а антенна – парой след-плоскость. Очевидно, что высокочастотные сигналы, подаваемые непосредственно на дорожки или другие проводники, необходимо возвращать к их источнику на других проводниках, которые находятся поблизости, чтобы избежать излучаемых излучений из-за прямой кондуктивной связи между источником и антенной.

Кондуктивная связь, как правило, легко обнаруживается после идентификации источника и частей антенны. Однако механизмы связи полей менее очевидны. Чтобы сделать связь поля более интуитивной, удобно рассматривать связь электрического поля как связь, которая пропорциональна напряжению источника (, управляемое напряжением, ), а связь магнитного поля как связь, которая пропорциональна току источника ( текущий управляемый ).

Рисунок 11: Соединение проводов печатной платы с радиатором.

Муфта управляемая напряжением

Пример управляемой напряжением связи, которая приводит к излучаемым излучениям, проиллюстрирован на Рисунке 11 (a), где показана трасса сигнала, проложенная под радиатором. Если радиатор не является электрически маленьким, он потенциально является эффективной частью антенны. Металлические плоскости платы – еще одна потенциальная часть антенны. Дорожка не подключается напрямую к радиатору, поэтому нет кондуктивной связи. Однако напряжение на дорожке может управлять радиатором относительно платы, поскольку линии электрического поля между дорожкой и платой перекрываются радиатором, как показано на рисунке 11 (b).Эта связь электрического поля может быть представлена ​​емкостями, как показано на рисунке 11 (c). Напряжение, наведенное на радиаторе относительно платы, равно

.

Обычно разработчики плат избегают прокладывать трассы высокоскоростных сигналов непосредственно под большими радиаторами. Другой более распространенный пример связи, управляемой напряжением, показан на рисунке 12. Активный компонент зажат между печатной платой и радиатором. Опять же, ни плата, ни радиатор не являются электрически маленькими на интересующей частоте.Среднее напряжение на компоненте не равно напряжению на плате из-за того, что компонент потребляет высокочастотный ток через конечную индуктивность соединения, как показано на рисунке 12 (a). Это напряжение приводит в движение поверхность компонента относительно поверхности платы, как показано моделью на Рисунке 12 (b). Между радиатором и источником нет прямой связи, поэтому кондуктивной связи мы не могли. Однако емкость между поверхностью компонента и радиатором обеспечивает непрямое (электрическое поле) соединение.

Рисунок 12: Напряжение компонентов, управляющих радиатором, относительно печатной платы.

Обратите внимание, что в этом случае именно ток, управляющий индуктивностью, создал напряжение источника. Другими словами, в процессе связи участвовало магнитное поле. Тем не менее, поле, связывающее компонент с антенной, представляет собой электрическое поле, и излучаемые излучения пропорциональны напряжению компонента относительно платы. Поэтому мы по-прежнему называем это сцеплением, управляемым напряжением.

Токовая муфта

Когда связь между источником и антенной возникает из-за магнитного поля и пропорциональна току сигнала, это называется токовой связью . Разработчики схем часто думают о сигналах как о напряжениях и, следовательно, с меньшей вероятностью непреднамеренно возбудят хорошую антенну с помощью напряжения сигнала. Однако, если они не будут учитывать, где протекают токи, есть большая вероятность, что их конструкция может управлять двумя хорошими частями антенны с помощью магнитного поля.

Очень распространенный пример токового соединения проиллюстрирован на Рисунке 13. У хорошо спроектированной платы разъемы прикреплены к каждой стороне. На данный момент мы предположим, что кабели идеально экранированы, а экраны кабелей подключены к «заземляющей» плоскости на печатной плате. Схема, состоящая из одной микрополосковой дорожки, приводимой на одном конце и оканчивающейся на другом конце, расположена между двумя разъемами.

Мы уже знаем, что микрополосковые дорожки не являются эффективными источниками излучаемого излучения, поэтому единственными возможными частями антенны в этой конструкции являются два экрана кабеля, и оба они «заземлены».Мы ожидаем, что две части антенны будут иметь одинаковый потенциал, потому что они соединены друг с другом широкой медной пластиной. Однако помните, что важным требованием к «заземляющему» проводнику является то, что он не должен пропускать преднамеренные силовые или сигнальные токи.

Рисунок 13: Пример токового соединения на печатной плате.

Как показано на рисунке 13 (b), «земля» в этой конструкции действительно пропускает сигнальные токи. Фактически, ток, протекающий в плоскости, генерирует магнитный поток, который вращается вокруг плоскости.Если мы рассмотрим два кабеля как части антенны и представим путь тока антенны с помощью импеданса антенны, показанного на рисунке 13 (c), станет очевидным, что токи, протекающие в цепи микрополосковой трассировки, индуцируют напряжение в плоскости, которое возбуждает один кабель относительно другого.

Хотя верно, что напряжения, индуцируемые в плоскости, обычно на несколько порядков ниже, чем напряжения сигналов, нескольких милливольт шума на эффективной антенне достаточно, чтобы превысить требования FCC и CISPR к излучаемым излучениям.Фактически, когда высокоскоростные цифровые компоненты расположены между разъемами на плате в неэкранированном продукте, очень трудно выполнить требования по излучению. С другой стороны, когда два разъема расположены рядом друг с другом, маловероятно, что магнитные поля будут индуцировать между ними достаточно напряжения, чтобы вызвать проблему.

Прямое подключение к вводу / выводу

Хотя, строго говоря, это не независимый механизм связи, общей проблемой, которая возникает при компоновке печатных плат, является прямое подключение источников шума к дорожкам, способным унести этот шум с платы.Пример этого показан на рисунке 14. Трасса с умеренной скоростью проходит вместе с другой трассой, которая присоединяется к соединителю. Напряжения и / или токи, передаваемые от одной дорожки к другой (через электрические или магнитные поля), могут распространяться по дорожке ввода-вывода и за пределы платы. В примере, показанном на рисунке, две части антенны могут быть либо кабелем ввода / вывода, подключенным относительно платы, либо одним проводом в кабеле ввода / вывода, управляемым относительно другого.

Рисунок 14: Возможная проблема с соединением.

Вы можете подумать, что это редкая проблема, потому что она довольно очевидна, как только вы ее увидите. Однако на плате с сотнями или тысячами трасс, нанесенных автотрассировщиком, такая ситуация возникает чаще, чем следовало бы. Если ваш автотрассировщик не может проверить следы ввода-вывода, которые проложены в непосредственной близости от высокоскоростных трасс, то это следует сделать вручную. То же самое относится и к трассам ввода / вывода, проложенным рядом с дорожками, подключенными к уязвимым входам, поскольку излучаемый шум проще всего попасть на плату через ввод / вывод.

Рекомендации по проектированию печатных плат

Как указывалось ранее в этих примечаниях, многие разработчики плат используют список руководящих принципов, помогающих размещать компоненты и трассировать трассы. Теперь, когда мы знаем немного больше об источниках шума, антеннах и механизмах связи на печатных платах, мы можем более внимательно изучить некоторые из этих рекомендаций по проектированию и понять, почему и когда они важны. Ниже приведен список из 16 рекомендаций по проектированию ЭМС для печатных плат с кратким обоснованием каждого из них.

1. Следует минимизировать длину трасс, по которым передаются высокоскоростные цифровые сигналы или часы.

Высокоскоростные цифровые сигналы и часы часто являются самыми сильными источниками шума. Чем длиннее эти следы, тем больше возможностей будет отделять энергию от этих следов. Помните также, что площадь петли обычно более важна, чем длина трассы. Убедитесь, что в непосредственной близости от каждой трассы имеется хороший путь возврата высокочастотного тока.

2.Длины дорожек, прикрепленных непосредственно к разъемам (дорожки ввода-вывода), должны быть минимизированы.

Дорожки, прикрепленные непосредственно к разъемам, скорее всего, являются путями передачи энергии на плату или от нее.

3. Сигналы с высокочастотным содержимым не должны проходить под компонентами, используемыми для ввода / вывода платы.

Трассы, проложенные под компонентом, могут емкостным или индуктивным образом передавать энергию этому компоненту.

4. Все разъемы должны располагаться на одном краю или на одном углу платы.

Разъемы

представляют собой наиболее эффективные части антенны в большинстве конструкций. Размещение их на одном краю платы значительно упрощает управление синфазным напряжением, которое может управлять одним разъемом относительно другого.

5. Между разъемами ввода-вывода не должно быть никаких высокоскоростных цепей.

Даже если два разъема находятся на одном краю платы, высокоскоростная схема, расположенная между ними, может индуцировать достаточно синфазного напряжения, чтобы управлять одним разъемом относительно другого, что приводит к значительным излучаемым помехам.

6. Критические сигналы или следы тактовых импульсов следует проложить между плоскостями питания / заземления.

Маршрутизация трассировки на слое между двумя твердотельными плоскостями отлично справляется с ограничением полей этих трасс и предотвращает нежелательное связывание.

7. Выберите активные цифровые компоненты с максимально допустимым временем перехода вне кристалла.

Если времена перехода цифрового сигнала быстрее, чем они должны быть, мощность в верхних гармониках может быть намного выше, чем необходимо.Если времена перехода используемой логики быстрее, чем они должны быть, их обычно можно замедлить с помощью последовательных резисторов или ферритов.

8. Вся внешняя связь от одного устройства должна проходить через один и тот же разъем.

Многие компоненты (особенно большие устройства СБИС) создают значительный синфазный шум между разными выводами ввода / вывода. Если одно из этих устройств подключено более чем к одному разъему, этот синфазный шум потенциально может управлять хорошей антенной.(Устройство также будет более восприимчивым к излучаемым помехам, создаваемым этой антенной.)

9. Высокоскоростные (или восприимчивые) дорожки должны быть проложены как минимум в 2 раза от края платы, где X – расстояние между дорожкой и ее путем обратного тока.

Линии электрического и магнитного поля, связанные со следами очень близко к краю платы, сдерживаются хуже. Перекрестные помехи и связь между антеннами и антеннами, как правило, больше из-за этих трасс.

10.Пары трасс дифференциальных сигналов следует прокладывать вместе и выдерживать одинаковое расстояние от любых сплошных плоскостей.

Дифференциальные сигналы менее восприимчивы к шуму и с меньшей вероятностью генерируют излучаемые излучения, если они сбалансированы (т. Е. Имеют одинаковую длину и одинаковое сопротивление по сравнению с другими проводниками).

11. Все плоскости питания (например, напряжения), которые относятся к одной и той же плоскости возврата питания (например, заземления), должны быть проложены на одном уровне.

Если, например, на плате используются три напряжения 3.3 вольта, аналоговый 3,3 вольта и 1,0 вольт; тогда обычно желательно минимизировать высокочастотную связь между этими плоскостями. Размещение плоскостей напряжения на одном слое гарантирует отсутствие перекрытия. Это также поможет продвинуть эффективную компоновку, поскольку активные устройства вряд ли потребуют два разных напряжения в любом месте на плате.

12. Расстояние между любыми двумя плоскостями питания на данном слое должно быть не менее 3 мм.

Если две плоскости подходят слишком близко друг к другу на одном слое, может возникнуть значительная высокочастотная связь.В неблагоприятных условиях искрение или короткое замыкание также могут стать проблемой, если плоскости расположены слишком близко друг к другу.

13. На плате с плоскостями питания и заземления не следует использовать никаких проводов для подключения к источнику питания или заземлению. Подключения следует выполнять с помощью переходного отверстия рядом с площадкой питания или заземления компонента.

Трассы на соединении с плоскостью, расположенной на другом слое, занимают место и увеличивают индуктивность соединения. Если высокочастотный импеданс является проблемой (как в случае соединений с развязкой силовой шины), эта индуктивность может значительно ухудшить характеристики соединения.

14. Если конструкция имеет более одного слоя заземления, то любое соединение с землей в данном месте должно выполняться со всеми слоями заземления в этом месте.

Общий руководящий принцип здесь заключается в том, что токи высокой частоты будут проходить по наиболее выгодному пути (с наименьшей индуктивностью), если это разрешено. Не пытайтесь направить поток этих токов, подключаясь только к определенным плоскостям.

15. В заземляющем слое не должно быть зазоров или щелей.

Обычно лучше иметь плоскость сплошного заземления (возврат сигнала) и слой, посвященный этой плоскости. Любая дополнительная мощность или возврат сигнального тока, которые должны быть изолированы по постоянному току от заземляющего слоя, должны быть направлены на слои, отличные от слоя, предназначенного для заземляющего слоя.

16. Все силовые или заземляющие проводники на плате, которые контактируют (или соединяются) с шасси, кабелями или другими хорошими «антенными частями», должны быть соединены вместе на высоких частотах.

Непредвиденные напряжения между разными проводниками, которые обычно называются «землей», являются основным источником излучаемого излучения и проблем с восприимчивостью.

В дополнение к 16 указанным выше рекомендациям, дизайнеры плат часто используют рекомендации, специфичные для их отрасли. Например, «Схемы генерации тактовых импульсов, использующие петли фазовой автоподстройки частоты, должны иметь свою собственную изолированную мощность, получаемую от питания платы через ферритовый шарик # 1234». Эти рекомендации, основанные на опыте, могут быть неоценимы для знающих разработчиков плат. Тем не менее, эти же правила применялись и к другим проектам, не имеющим понятия о том, откуда они пришли или почему они работают, что может привести к потере усилий и нефункциональным платам.Очень важно понимать основы физики каждого применяемого правила.

Также важно определить потенциальные источники шума, антенны и пути связи для каждой отдельной конструкции, которую вы оцениваете. Лучший дизайн – это не тот, который соответствует большинству рекомендаций. Лучший дизайн – это тот, который соответствует всем спецификациям с минимальной стоимостью и высочайшей надежностью.

Собираем все вместе

Итак, у нас есть список руководств по дизайну и базовое понимание того, почему и когда они важны.Давайте попробуем применить их к представленному ранее вопросу викторины, в котором спрашивалось, какой из макетов платы на рисунке 2 является лучшим.

Надеюсь, вы сможете быстро исключить вариант (б), конструкция со следом, пересекающим зазор в плоскости возврата. Вариант (а) использует самую короткую трассу и поэтому является лучшим вариантом при условии, что зазор в заземляющей плоскости действительно не нужен. Если существует проблема низкочастотной связи с общим импедансом, которая делает разрыв неизбежным, то вариант (c) почти так же хорош, как вариант (a), с точки зрения маршрутизации этой одной трассы.Помните, что длина трассы микрополоскового сигнала не так важна, как общая площадь ее контура.

Пример 1: Простая однослойная компоновка платы

Харви изобретает устройство, которое ведет учет телефонных звонков, сделанных с его телефона. Конструкция относительно проста и показана на рисунке 15. Однако, когда устройство подключено к телефонной линии, излучение устройства мешает приему телевизионного сигнала.

Измените дизайн платы Харви, чтобы уменьшить излучаемые электромагнитные помехи.Вы можете перемещать компоненты и / или добавлять компоненты, но вы должны использовать одностороннюю плату.

Рисунок 15: Схема Харви.

Мы должны начать с определения потенциальных источников и антенн. Конечно, тактовый сигнал с частотой 8 МГц является потенциальным источником, как и линии передачи данных. Это устройство также может создавать значительный шум на дорожках питания. Возможными частями антенны являются три разъема. Ничто другое на этой плате не является достаточно большим, чтобы быть эффективным источником излучения.

Когда мы начинаем переставлять компоненты, мы должны попытаться разместить все части антенны (то есть разъемы) на одной стороне платы. Мы также должны переориентировать компоненты, чтобы минимизировать длину следов. Наконец, мы должны заполнить пустое пространство на плате землей и убедиться, что каждая сигнальная дорожка имеет ближайший обратный путь.

Одно из решений этой проблемы показано на рисунке 16. Попытайтесь проследить путь тока сигнала 8 МГц в схеме на рисунке 15 по сравнению с тем же путем на рисунке 16.Этот ток течет через выходной вывод тактового сигнала генератора, на вывод тактового входа верхней микросхемы, через вывод заземления верхней микросхемы и на вывод заземления генератора. Эта область петли значительно меньше в схеме на Рисунке 16. Также обратите внимание, что высокочастотный ток не возвращается в часть плоскости между любыми двумя разъемами на схеме на Рисунке 16.

Маловероятно, что конструкция, показанная на Рисунке 15, будет соответствовать техническим требованиям по излучению, и поэтому не может быть продана или продана.Конструкция на Рисунке 16 должна соответствовать спецификациям излучения практически любой страны без необходимости использования каких-либо экранов или дорогостоящих компонентов. Обратите внимание, что мы могли бы предоставить площадки для установки компонентов фильтра на телефонных линиях, если бы сочли это необходимым.

Рисунок 16. Лучшая компоновка.

Дизайн печатной платы

– 5 основных ошибок при компоновке печатной платы

Узнайте, как избежать 5 наиболее распространенных ошибок печатных плат, которые допускаются при проектировании оборудования.

Есть несколько ошибок, которые я замечаю снова и снова, когда дело касается дизайна оборудования.

В частности, я вижу ошибки в конструкции печатной платы (PCB), которая соединяет и удерживает вместе все электронные компоненты.

Давайте подробнее рассмотрим 5 наиболее распространенных ошибок печатных плат, которые я замечаю при рассмотрении других проектов.

# 1 – Неправильные схемы посадки

Я начну с ошибки, которую, как известно, совершал сам.Я знаю, что это шокирует.

Все программные инструменты для проектирования печатных плат включают библиотеки часто используемых электронных компонентов. Эти библиотеки включают как схематический символ, так и посадочный образец печатной платы. Все хорошо, если вы продолжаете использовать компоненты из этих библиотек.

Проблемы начинаются, когда вы используете компоненты, которых нет во включенных библиотеках. Это означает, что инженер должен вручную нарисовать схематический символ и посадочную площадку печатной платы.

При рисовании схемы посадки очень легко ошибиться.Например, если вы уменьшите расстояние между выводами и выводами на долю миллиметра, это сделает невозможным пайку детали на плате.

# 2 – Расположение антенны беспроводной сети не оптимально

Если продукт поддерживает беспроводную связь, расположение антенны на печатной плате очень важно. К сожалению, чаще всего это делается неправильно, чем правильно, так что внимательно следите за этим.

Для передачи максимальной мощности между трансивером и антенной их импеданс должен быть согласован.Это означает, что требуются две вещи.

Во-первых, это микрополосковая полоска, соединяющая антенну и трансивер.

Микрополосковая линия – это линия передачи, изготовленная на печатной плате для передачи микроволн (высокочастотных радиоволн). Это проводящая полоса, отделенная от заземляющего слоя слоем диэлектрика.

ПРИМЕЧАНИЕ: Обязательно загрузите бесплатное руководство в формате PDF 15 шагов для разработки нового электронного оборудования .

В большинстве случаев микрополосковая полоса должна быть спроектирована с импедансом 50 Ом для максимальной передачи мощности с антенной.

Это делается путем установки ширины микрополоски на основе диэлектрических характеристик печатной платы. Я предлагаю вам рассчитать эту ширину с помощью микрополоскового калькулятора.

Помимо использования микрополосковой линии передачи на 50 Ом, также обычно необходимо добавить какой-либо тип согласующей схемы LC, такой как пи-сеть. Это позволяет точно настроить импеданс антенны для оптимального согласования и передачи максимальной мощности.

Есть много других распространенных ошибок в беспроводном дизайне, и я очень скоро напишу статью именно на эту тему.

# 3 – Конденсаторы развязки неправильно расположены

Критически важным компонентам нужен чистый, стабильный источник напряжения. Развязочные конденсаторы размещаются на шине источника питания, чтобы помочь в этом отношении.

Однако, чтобы развязывающие конденсаторы работали наилучшим образом, они должны быть как можно ближе к выводу, требующему стабильного напряжения.

Линия питания, идущая от источника питания, должна быть проложена так, чтобы она проходила к разделительному конденсатору, прежде чем подключиться к выводу, требующему стабильного напряжения.

Также очень важно разместить выходной конденсатор регулятора источника питания как можно ближе к выходному контакту регулятора.

Это необходимо для оптимизации стабильности (все регуляторы используют контур обратной связи, который может колебаться, если не стабилизирован должным образом). Это также улучшает переходные характеристики.

# 4 – Недостаточная ширина для силовых проводов

Если через дорожку печатной платы будет протекать более 500 мА, то минимально допустимой ширины дорожки, вероятно, будет недостаточно.

Требуемая ширина дорожки зависит от нескольких факторов, в том числе от того, находится ли дорожка на внутреннем или внешнем слое, и от толщины дорожки (или веса меди).

При одинаковой толщине внешний слой может пропускать больше тока при той же ширине, чем внутренний след, потому что внешние дорожки имеют лучший воздушный поток, что позволяет лучше рассеивать тепло.

Толщина зависит от того, сколько меди используется для этого слоя. Большинство производителей печатных плат позволяют выбирать вес меди от 0.От 5 унций / кв.фут до примерно 2,5 унций / кв.фут. При желании вы можете преобразовать вес меди в толщину, например милы.

При расчете пропускной способности дорожки печатной платы по току необходимо указать допустимое превышение температуры для этой дорожки.

Обычно повышение температуры на 10 ° C является безопасным выбором, но если вам нужно уменьшить ширину кривой больше, вы можете использовать допустимое повышение температуры на 20 ° C или выше.

Хотя вычисления ширины дорожки довольно просты, я обычно рекомендую использовать калькулятор ширины дорожки.

# 5 – Глухие / скрытые переходные отверстия не подлежат изготовлению

Типичные переходы с по проходят через все слои платы. Это означает, что даже если вы хотите подключить трассу только от первого ко второму слою, все остальные слои также будут иметь это переходное отверстие.

Это может привести к увеличению размера платы, поскольку переходные отверстия уменьшают пространство трассировки на слоях, даже не использующих переходные отверстия.

Глухое переходное отверстие соединяет внешний слой с внутренним слоем, а скрытое переходное отверстие соединяет два внутренних слоя.Однако у них есть строгие ограничения на то, какие слои они могут использоваться для соединения.

Слишком просто использовать глухие / скрытые переходные отверстия, которые фактически невозможно изготовить. Я видел конструкции печатных плат с целым зверинцем глухих / скрытых переходных отверстий, большинство из которых не подлежат изготовлению.

Чтобы понять их ограничения, вы должны понимать, как слои складываются в плату. Все технические подробности см. В моем блоге «Сделаем вашу печатную плату настолько маленькой, насколько это возможно».

Заключение

Это всего лишь 5 ошибок, которые я часто вижу при проектировании печатных плат.

Независимо от того, являетесь ли вы инженером, занимающимся проектированием, или только тем, кто оплачивает дизайн, я настоятельно рекомендую вам получить второе мнение перед созданием прототипа. Это многократно окупится.

Наконец, не забудьте загрузить бесплатный PDF-файл : Ultimate Guide для разработки и продажи вашего нового электронного оборудования . Вы также будете получать мой еженедельный информационный бюллетень, в котором я делюсь премиальным контентом, недоступным в моем блоге.

Другой контент, который может вам понравиться:

3.3 3 голоса

Рейтинг статьи

Семь передовых методов компоновки печатных плат

Давным-давно я был одним из фотографов для ежегодника моей средней школы. Мы использовали пленку, которую нужно было обрабатывать в темной комнате, и я до сих пор хорошо помню ужасные запахи проявляющих химикатов. К счастью, были и другие события того времени, которые легче запомнить, в том числе то, как мы выложили все изображения и текст ежегодника. В некотором смысле, это помогло мне подготовиться к процессу компоновки схемных плат на более позднем этапе моей карьеры.

Хотя может показаться, что компоненты на печатной плате расположены беспорядочно, в их компоновке действительно есть порядок и цель. Они должны быть расположены не только так, чтобы обеспечить наилучшую производительность схем, но и так, чтобы плата могла быть изготовлена ​​как можно проще без каких-либо ошибок. Здесь, во второй из четырех частей конструкции печатной платы, мы рассмотрим некоторые из лучших практик компоновки печатной платы, которые помогут инженерам создать превосходный дизайн.

От захвата схемы до макета печатной платы

В первой части этой серии мы говорили о некоторых лучших методах проектирования для создания удобной схемы.Сюда входило использование современных символов из библиотек деталей и установление хорошего логического потока по всей схеме. Мы также говорили о важности обеспечения читабельности и разборчивости схематических символов и текста, а также включения всех соответствующих номеров деталей, версий, дат, а также юридической и контактной информации компании.

Когда схема будет завершена и находится в хорошем состоянии, следующим шагом будет убедиться, что она готова к подключению к компоновке печатной платы:

  • Каждый символ должен быть связан с правильными моделями библиотеки посадочных мест для разводки печатной платы.Все эти символы конденсаторов, например, должны быть назначены правильному корпусу посадочного места, будь то компонент 0402, 1206, 1812 или сквозной осевой вывод. Кроме того, все эти посадочные места платы должны быть доступны для установки в базе данных топологии.
  • Контур платы и данные наложения слоев также должны быть настроены в базе данных топологии печатной платы. В зависимости от используемых инструментов компоновки печатной платы, это может включать в себя конкретные материалы и ширину наложения слоев, а также габаритные размеры и спецификации платы.
  • Затем правила проектирования топологии должны быть установлены в базе данных топологии печатной платы. Эти правила будут определять, насколько близко компоненты могут быть друг к другу во время размещения, а также определять ширину трассы и правила интервала для маршрутизации соединений вместе. В зависимости от используемых инструментов компоновки эти правила могут быть очень подробными и настраиваться для длин и топологий маршрутизации высокоскоростных трасс.
  • Наконец, в базу данных компоновки печатной платы должна быть добавлена ​​механическая информация.Многие инструменты импортируют эти данные из системы механического проектирования, но для тех, кто этого не делает, дизайнерам-макетам придется воссоздавать эту информацию. Данные будут включать расположение определенных компонентов, которые должны взаимодействовать с внешним миром, таких как соединители, переключатели и другие механические элементы, такие как распорки и ребра жесткости.

После выполнения этих задач плата готова к размещению на ней своих компонентов.

Семь шагов передовой практики компоновки печатной платы для правильного размещения компонентов

Для достижения наилучших результатов разработчик топологии обычно использует схему в качестве руководства для размещения компонентов на плате.Это обеспечит наиболее оптимальное сетевое соединение между частями, которые будут размещены в соответствии с этим шаблоном:

  • Детали с фиксированным местоположением: В первую очередь нужно разместить те компоненты, которые имеют определенные местоположения, обозначенные механическим вводом. Часто это разъемы, переключатели, светодиоды или другие части, которые либо соединяются с другими внутрисистемными соединениями, либо требуют доступа человека.
  • Процессоры и память: Затем следует разместить процессоры и связанные с ними компоненты памяти.Эти части должны быть расположены близко к их разъемам для лучшей прокладки, оставляя достаточно места для размещения остальных связанных частей вокруг них. Они также должны находиться рядом с силовыми компонентами, которые будут их питать, и по тепловым причинам не должны располагаться на краю платы.
  • Источники питания: Эти детали должны находиться между разъемами, которые подают питание на плату, и теми сильноточными компонентами, на которые они подают питание (например, процессор и микросхемы памяти).В то же время разные цепи питания должны иметь некоторое расстояние между собой, чтобы избежать образования тепловых точек на плате. Кроме того, эти компоненты должны иметь некоторое отделение от чувствительных цифровых схем, чтобы избежать загрязнения их шумом переключения мощности.
  • Конденсаторы байпаса и развязки: Компоненты процессора и памяти обычно имеют большое количество подключений питания и заземления, и всем им потребуются байпасные конденсаторы, расположенные поблизости для получения чистой энергии.Размещение всех этих колпачков может быть очень запутанным вокруг деталей с большим количеством выводов, и необходимо проявлять большую осторожность, чтобы убедиться, что вы не поставите под угрозу свои каналы трассировки.
  • Высокоскоростной логический поток: После размещения основного процессора, памяти и компонентов питания следующие компоненты, которые необходимо разместить, – это те компоненты, которые являются частью высокоскоростных логических потоков. Важно, чтобы эти части располагались близко друг к другу, чтобы их пути прохождения сигнала имели наилучшую целостность сигнала.
  • Общие требования к пространству: Хотя различные компоненты платы должны быть отделены друг от друга для обеспечения целостности сигнала и питания, они также должны располагаться достаточно близко для коротких путей маршрутизации. В то же время при их размещении необходимо соблюдать осторожность, чтобы обеспечить адекватные каналы маршрутизации между частями. Некоторые из маршрутов также будут иметь особые требования к разносу для трасс с управляемым импедансом, маршрутизации дифференциальной пары и других чувствительных сигналов.Все это необходимо спланировать при размещении компонентов, в то же время соблюдая требования к пространству для технологичности производства (DFM).
  • Нечувствительные детали: После размещения основных компонентов платы можно разместить остальные детали. Тем не менее, даже с некритическими частями, по-прежнему рекомендуется размещать их так, чтобы пути прохождения сигналов были короткими, и в то же время оставалось достаточно места для каналов маршрутизации и требований DFM.

Да, существует множество требований к размещению, которые необходимо соблюдать при раскладке печатной платы. Дизайнеры обычно тратят большую часть своего времени на перемещение уже установленных компонентов, и нет ничего необычного в том, чтобы перейти к пятому шагу из приведенного выше списка только для того, чтобы узнать, что вам нужно повторить третий шаг. По этой причине очень важно полностью ознакомиться со всеми утилитами размещения компонентов, доступными в ваших инструментах проектирования печатных плат. Это может помочь, позволяя перемещать сразу несколько деталей, копировать и вставлять уникальные шаблоны размещения или автоматически выравнивать ряды компонентов.А еще у вас есть еще одна полезная услуга, доступная вам при размещении деталей на макете печатной платы.

Работа с вашим контрактным производителем для оптимального размещения в производственных условиях

Контрактный производитель печатной платы, который будет строить вашу плату, может оказать вам большую помощь с размещением компонентов вашей конструкции. В VSE мы уже долгое время работаем с такими инженерами по компоновке печатных плат, как вы, и понимаем различные проблемы проектирования, с которыми вы сталкиваетесь. Мы регулярно предоставляем нашим клиентам отзывы о проблемах с DFM, а также рекомендации о том, как лучше всего повысить производительность схем для их печатных плат.Наша цель – сотрудничать с вами, чтобы ваш дизайн мог быть изготовлен быстро, эффективно и без ошибок, чтобы он работал так, как вы рассчитывали.

Если вы ищете CM, который понимает размещение и компоновку компонентов, чтобы каждая сборка печатной платы была построена в соответствии с высочайшими стандартами , не ищите ничего, кроме VSE. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше о партнерстве с нами для вашего следующего проекта.
Автор: ВСЕ | Команда инженеров

У вас есть потребность.Мы можем предложить решение. Основываясь на 30-летнем опыте, общеорганизационном программном обеспечении и приверженности руководства – у нас есть ответы на ваши проблемы с печатными платами.

11 мифов о компоновке печатной платы

% {[data-embed-type = “image” data-embed-id = “5df275e5f6d5f267ee20be1a” data-embed-element = “aside” data-embed-alt = “Insidepenton Com Электронный дизайн Adobe Pdf Logo Tiny “data-embed-src =” https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2013/01/insidepenton_com_electronic_design_adobe_pdf_logo_tiny.png? auto = format & fit = max & w = 1440 “data-embed-caption =” “]}% Загрузите эту статью в формате .PDF
Этот тип файла включает графику и схемы с высоким разрешением, если применимо.

% {[data-embed-type = “image” data-embed-id = “5df275f0f6d5f267ee2113fb” data-embed-element = “aside” data-embed-align = “left” data-embed-alt = ” Electronicdesign Com Sites Загрузки файлов Electronicdesign com 2016 10 11 Мэтт Стивенсон “data-embed-src =” https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2016/12/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2016_10_11_Matt_Stevenson.png?auto=format&fit=max&w=1440, “Стивенсон”, директор по маркетингу,% data-embed]-caption Цепи Sunstone

Печатные платы (PCB) уже много лет являются неотъемлемой частью электроники. С годами электронные устройства становятся все меньше и сложнее, как и печатные платы, необходимые для эффективного соединения компонентов.Поскольку робототехнику и электронный дизайн начинают преподавать еще в начальной школе, искусство компоновки печатных плат приобретает все большее значение. Ниже приведены 11 распространенных мифов о компоновке печатной платы:

1. Как только электрическая схема готова, тяжелая работа окончена.

Компоновка печатной платы на электрической схеме выглядит как простой двухэтапный процесс: поместите необходимые компоненты и подключите провода / дорожки к соответствующей точке на компонентах. Однако при переходе от схемы к готовой печатной плате, подходящей для прототипа или производства, необходимо учитывать множество факторов.Некоторые из них включают физические конструктивные ограничения (размер и размещение деталей, ориентацию деталей на противоположной стороне печатной платы), электрическое взаимодействие между сигналами, рассеивание тепла и потери сигнала через провода / дорожки. Все это и многое другое требует инженерного ума для выполнения рабочего проекта.

2. Схема печатной платы для прототипирования и производства аналогична.

В зависимости от цели вашего дизайна, вы можете сделать совершенно другой выбор в типах используемых компонентов.Для прототипа или экспериментальной конструкции вы можете выбрать детали со сквозным отверстием для максимально возможного количества деталей. Они относительно недороги и их легко припаять к печатной плате.

Тем не менее, в производственном проекте вы хотите отказаться от использования деталей со сквозным отверстием в пользу деталей для поверхностного монтажа. Детали со сквозными отверстиями дорого собирать в больших объемах и могут значительно увеличить производственные затраты из-за увеличения размера платы, количества слоев, задержек с доступностью компонентов и т. Д. Кроме того, уменьшение количества уникальных деталей в спецификации материалов (BOM) является еще одним способом. минимизировать производственные затраты.

3. Компоненты можно разместить практически в любом месте на плате, и в результате получится эффективная печатная плата.

Планирование компоновки вашей печатной платы с точки зрения модулей, аналогичных вашей схеме, – гораздо более эффективный способ компоновки вашего дизайна. Компоненты, расположенные близко друг к другу на схеме, также должны находиться в непосредственной близости от макета. Большинству дизайнеров нравится рассматривать дизайн в терминах модулей. Одна из распространенных ошибок в компоновке – игнорирование физической высоты компонента и его расположения относительно корпуса или соседних плат.

4. Распределение мощности не является критическим элементом компоновки.

Подача энергии имеет решающее значение для работы любой цепи. Некоторым частям требуется гораздо больше мощности и лучшая кондиционированная мощность, чем другим. Это необходимо учитывать на ранних этапах проектирования, иначе характеристики схемы пострадают.

Подача питания ко всем различным компонентам на печатной плате может осуществляться несколькими способами. Но, независимо от метода, его необходимо спланировать так, чтобы подавать правильный ток к каждому компоненту, не создавая падений напряжения из-за ненужного последовательного включения питания, создания более длинных путей или подавления тока с размером трассы или прерыванием power plane (плоскость с плохо расположенными сквозными переходными отверстиями, которые ограничивают ток).

5. Стандартные настройки DRC применимы для всех конструкций.

Лучшая стратегия получения печатной платы, когда и как вы хотите, по цене, которая не убивает ваш проект, – это знать производителя вашей печатной платы и адаптировать настройки проверки правил проектирования (DRC) «в инструменте» к их изготовление «конфет, когда это возможно». Работа с надежными партнерами-производителями (и с их сильными сторонами) увеличивает вероятность успеха конструкции печатной платы. То, что вы можете его спроектировать, не означает, что каждый производитель печатных плат может его создать.

% {[data-embed-type = “image” data-embed-id = “5df275f0f6d5f267ee2113fd” data-embed-element = “aside” data-embed-align = “left” data-embed-alt = “Сайты электронного дизайна Electronicdesign com Загрузка файлов 2016 10 11 Плата печатных плат “data-embed-src =” https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2016/12/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2016_10_11_PCB_board = max & w = 1440 “data-embed-caption =” “]}%

Еще один инструмент, который экономит время и лишние затраты на проект, – это анализ вашей готовой конструкции (DFM) готовой конструкции, выполняемый производителем до начала производства.Если производитель печатных плат предлагает усовершенствования, возможно, стоит немного изменить конструкцию, чтобы получить более надежный и экономичный продукт. Возможно, вы даже захотите остановить текущий производственный цикл и доработать дизайн, прежде чем продолжить. Хотя это звучит болезненно, получение плат, которые выходят из строя из-за производственных дефектов, вызванных недостатками конструкции, еще хуже.

6. Любая деталь, опубликованная в библиотеке, готова к размещению на макете.

Не все библиотеки деталей одинаковы. Часто существуют расхождения между посадочными местами компонентов и техническим паспортом. Иногда все зависит от размера, назначения контактов или даже ориентации. На этапе компоновки все может выглядеть нормально, но когда физическая часть не помещается в посадочную площадку, могут возникнуть задержки и пересмотр раскрутки. Потратьте дополнительное время, чтобы убедиться, что деталь соответствует таблице данных. Помните, чтобы разрушить проект, достаточно всего одной плохой части.

7. Группирование одинаковых частей в конструкции – хорошее использование пространства.

Может показаться, что группировка похожих частей печатной платы в общую область – лучшее использование пространства, но, как мы обсуждали выше, части должны быть расположены относительно близко к ее пространству на схеме, ограничивая расстояние, на которое сигнал должен путешествовать и устранять ненужную маршрутизацию на доске. Особенно это касается микроконтроллеров и их колпачков.

Минимизация длины дорожек от контроллера до крышки устраняет шум от источника питания к земле, обеспечивая лучший результат.Иногда в схеме все разделительные конденсаторы сгруппированы на одной странице, вдали от выводов компонентов, которые они обслуживают. Вам нужно будет создать эту ассоциацию и логически разместить эти части, чтобы обеспечить правильную работу схемы.

8. Автоматическая маршрутизация макета после размещения компонентов экономит время и деньги.

Хотя автоматическая маршрутизация предназначена именно для этого, выполнение алгоритма не является 100% надежным. Часто результаты полностью автоматически маршрутизируемой платы могут соединить все необходимые точки, но это может привести к плохой конструкции с точки зрения электричества и технологичности.Направьте часы, проложите линию питания / земли, проложите все критические сети; затем, если необходимо, запустите автоматический маршрутизатор. Как только автоматический маршрут будет завершен, вернитесь и посмотрите, сможете ли вы очистить плохо проложенные сети.

9. Минимальная ширина дорожек подходит для всех дорожек в дизайне.

Для высокоскоростных линий иногда предъявляются требования к импедансу, которые определяют ширину трассы этих трасс. Убедитесь, что эти требования учтены при их маршрутизации. Кроме того, перед прокладкой маршрута следует учитывать текущую нагрузку на электросеть.Дорожки с большой токовой нагрузкой должны иметь достаточно большие размеры, чтобы пропускать этот ток без перегрева. Использование калькулятора ширины следа, доступного в Интернете, может значительно упростить этот расчет.

10. Мой дизайн прошел все проверки DRC в моем инструменте; следовательно, он должен работать так, как я ожидал.

Даже мощные инструменты DRC имеют ограничения в отношении правил проектирования. Они просто не могут заменить хорошие инженерные практики. Примером могут служить обратные пути на землю.DRC может проверить их наличие, но не обязательно определить размер, длину пути и геометрию трассы, чтобы получить наилучшие электрические результаты.

11. Теперь, когда мой дизайн закончен, все, что мне осталось сделать, это экспортировать мои файлы Gerber и заказать свои печатные платы.

К сожалению, в процессе извлечения Gerber для большинства инструментов есть подводные камни, которые могут привести к тому, что производитель печатной платы видит одно, а вы – другое в средстве проектирования. Перед отправкой для сборки проверьте свои выходные файлы (Gerber).

По мере возрастания потребности инженеров, изобретателей и любителей включать печатные платы в свои проекты, растет и потребность в передаче знаний для компоновки печатных плат. Осведомленность о мифах о компоновке и соответствующая корректировка могут сократить время вывода на рынок и снизить стоимость проекта просто за счет сокращения затрат на проектирование и дополнительного устранения неполадок и инженерных оценок.

% {[data-embed-type = “image” data-embed-id = “5df275eff6d5f267ee210bfa” data-embed-element = “aside” data-embed-alt = “Beta Electronicdesign Com Sites Electronicdesign com Files Source Esb” data- embed-src = “https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2016/07/beta_electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_SourceESB.png?auto=format&fit=max&w=1440 “data-embed-caption =” “]} Как вы проектируете

Макет печатной платы?

Процесс проектирования печатной платы по существу начнется с создания схемы. Затем эта схема преобразуется в компоновку печатной платы с использованием программного обеспечения САПР.

В этой статье мы рассмотрим следующие моменты:

Обзор конструкции печатной платы

Первый шаг в проектировании печатной платы – это нарисовать концептуальную блок-схему на бумаге.Эта блок-схема затем преобразуется в схематический дизайн с использованием программного обеспечения САПР. Схема состоит из символов компонентов и сетевых соединений между символами. Эти сети станут следами на печатной плате.

Следующим этапом проектирования является этап предварительного макета, на этом этапе спецификация схемы проверяется для компонентов с длительным сроком поставки и устаревших компонентов. В процессе проверки проверяются номера производственных деталей (MPN) и детали поставщиков. На этом этапе также завершается проектирование стека.

Следующий этап – разводка печатной платы. На этом этапе завершаются настройки параметров платы, контур платы, размещение компонентов, маршрутизация и создание производственной документации.

Каковы основные этапы проектирования печатной платы?

Процесс проектирования состоит из нескольких этапов. Каждый этап имеет свои собственные определенные процессы и контрольные списки. Чтобы спроектировать успешную печатную плату, важно следовать процессам и проверять контрольный список на каждом этапе.В этом разделе мы рассмотрим различные этапы проектирования печатной платы с использованием Altium Designer .

Шаг 1: Создание схемы печатной платы

Принципиальная схема – это представление элементов системы с использованием абстрактных и графических символов. На этом этапе проект вводится в схемный инструмент (Altium, Allegro и т. Д.). На схеме показаны компоненты, которые используются в конструкции, и то, как они связаны друг с другом. Если в проекте используется иерархическая схема, в которой многочисленные функциональные схемы взаимосвязаны друг с другом, схема определяет отношения между группами компонентов в различных схемах.Пример принципиальной схемы показан ниже.

Пример принципиальной схемы печатной платы

Создание схемы – это процесс создания логического представления электронной схемы. При создании схемы вы уникальным образом соединяете набор символов (компонентов), создавая уникальный электронный продукт.

Ниже приведены шаги, необходимые для создания схемы печатной платы с помощью Altium Designer:

Чтобы узнать больше о схематических обозначениях и схематических представлениях, прочитайте нашу статью Что означает схематическая диаграмма?

Генерация схематических символов Доступ к инструменту создания символов

Altium Designer можно получить, выбрав в главном меню команду «Инструменты » → «Мастер символов» .Процесс генерации символа включает в себя рисование корпуса компонента, добавление контактов и номеров контактов, определение позиционных обозначений и назначение посадочного места.

Расположение условных обозначений на схеме

Тело символа создается путем помещения графических объектов дизайна в рабочую область редактора схемной библиотеки. Altium Designer включает в себя множество замкнутых форм символов, включая прямоугольник, пятиугольник, эллипс и треугольник, как показано ниже.

Формы условных обозначений на печатной плате

Нумерация контактов

Контакты определяют точки подключения на компоненте для входящих и исходящих сигналов.Нумерация выводов сделана так, чтобы соединения, показанные на схеме, были правильно подключены медью к печатной плате. Это контакты компонента, которые придают компоненту его электрические свойства и определяют точки подключения на компоненте для направления сигналов внутрь и наружу. Пин размещается для представления каждого вывода на реальном физическом компоненте.

Светодиод с двумя выводами (1 и 2)

Выводов можно разместить в документе схемной библиотеки, выполнив один из следующих шагов:

  1. Нажмите Поместить → Пин в главном меню
  2. Откроется диалоговое окно «Параметры символа
  3. ».Используйте это диалоговое окно для определения высоты и ширины символа, длины его выводов и стиля его выводов по отношению к портам на исходном листе и нажмите OK .

Условные обозначения

Условные обозначения в основном состоят из категории, стоимости, производителя, номера детали производителя и поставщика. Рекомендуется, чтобы каждый символ на вашей схеме имел свое собственное уникальное обозначение, чтобы каждую часть можно было легко идентифицировать. Например, каждый резистор должен иметь последовательную последовательность именования R1, R2, R3 и т. Д.

Назначение посадочного места

Footprint дает представление о фактическом размере компонента. Например, , когда мы кладем компонент на песок, он оставит там отпечаток . Этот отпечаток – его реальный физический размер. Некоторые компоненты входят в стандартные пакеты, и их легко найти. В некоторых случаях нам может потребоваться создать посадочное место вручную. Ниже приведены шаги, которые необходимо выполнить для создания посадочного места в Altium Designer.

  1. Создание контактных площадок
  2. Высота и площадь под ключ компонента
  3. Предоставить шелкографическую информацию
  4. Сохранить след
Соединение символов

Для проектировщика печатных плат очень важно четко показать, как компоненты взаимосвязаны на схеме.Во-первых, если у вас есть два провода, которые образуют соединение и разделяют электрическое соединение, на этом пересечении должна быть точка соединения. Это стандартная практика для каждого схематического дизайна.

Схема подключения проводов на печатной плате

Схема соединений: передовой опыт

Схема подключения платы

: передовой опыт

Если у вас есть пара пересекающихся проводов, которые электрически не связаны и просто перекрываются, то точка вам не понадобится.

Пересекающиеся провода в схеме печатной платы

Важные сигналы на плате должны быть отмечены после подключения компонентов.Эта маркировка включает в себя кривые импеданса, такие как дифференциальные пары 50 Ом SE и 100 Ом. Также необходимо идентифицировать и маркировать следы питания.

Посадочные места компонентов отображаются на схематической диаграмме, когда вы переносите схематическую информацию на компоновку печатной платы.

Создать список соединений

Netlist в любом программном обеспечении для проектирования печатных плат содержит информацию об имени компонента, а также контактную площадку того компонента, который подключен. Netlist также присваивает номера соединениям в последовательном порядке.Диалоговое окно Netlist Manager используется для контроля и управления списком соединений платы. Сети можно редактировать, добавлять или удалять по мере необходимости. Штыри (или контактные площадки) компонентов в цепях также можно редактировать.

Выполнить проверку списка соединений

Экспорт списка цепей используется для экспорта списка цепей печатной платы в текущий документ. После запуска команды документ списка соединений с расширением ‘.Net’ сохраняется в той же папке, где сохраняется проектный документ печатной платы.Должна быть проведена проверка цепи за цепью на схеме (все ли цепи подключены должным образом).

Создать спецификацию

Спецификация материалов (BOM) – это просто список необходимых материалов для изготовления печатной платы. В Altium Designer спецификацию можно сгенерировать, выбрав опцию Report → Bill of Materials на схеме печатной платы.

Всегда рекомендуется проводить общую проверку после каждого шага / подэтапа, чтобы гарантировать безошибочный дизайн.

Этап 2: этап предварительного макета

На этапе предварительной компоновки мы инициируем проектирование стека, проверяем спецификацию всех деталей и проверяем, что детали активны и не устарели.

Проверка спецификации

Спецификация – это просто список материалов, необходимых для изготовления печатной платы. Первый шаг на этапе подготовки к макету – убедиться, что все материалы, необходимые для вашего дизайна, доступны.

Во время проверки спецификации проверяется следующее:

  1. Номера производственных деталей (MPN) верны
  2. Номера деталей поставщика (VPN) верны
  3. Количество деталей правильное
  4. Обозначения соответствуют схеме
  5. Компоненты
  6. DNI (не устанавливать) отмечены в спецификации
Спроектировать штабелирование с помощью контрактного производителя (CM)

Дизайнерам необходимо получить подробную информацию о наборе перед тем, как приступить к разработке макета.Дизайнеры всегда проектируют штабелирование, но обычно фабрика помогает им получить правильную компоновку. Они могут получить необходимую помощь от производителя печатных плат или использовать инструменты наложения, такие как наш Планировщик стека.

Параметры, необходимые для планировщика, включают:

  1. Материал печатной платы (FR4, I-Speed, Rogers и т. Д.) Зависит от требований к частоте и окружающей среде (например, высокая температура)
  2. Количество слоев – сигнальные уровни и уровни мощности
  3. Требуемые импедансы, например, несимметричный 50 Ом, дифференциальный 90 Ом или дифференциальный 100 Ом
  4. Толщина меди (½ / 1/2 унции)

СКАЧАТЬ НАШЕ РУКОВОДСТВО ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ УПРАВЛЯЕМОГО ИМПЕДАНСА:

Шаг 3: этап компоновки печатной платы

Этап компоновки печатной платы включает настройку средства проектирования, контура платы, импорт списка соединений, размещение компонентов, маршрутизацию, очистку шелкографии, проверку DRC и создание документов для производства (герберы, список соединений и т. Д.)).

Настройка стека

Компоновка платы начинается с установки правил наложения и проектирования. Укладка настраивается в инструменте с помощью инструмента Layer Stackup Manage r. Дизайн стека, созданный инструментом наложения от производителя печатной платы, используется в качестве справочного материала для настройки стека в инструменте компоновки.

Этапы создания стека печатных плат:

  1. Однослойный стек по умолчанию определяется при создании новой платы.
  2. Текущий выбранный стек будет дублирован, если вы нажмете кнопку Добавить стек . После добавления нового стека его имя и свойства можно изменить на вкладке свойств стека в диалоговом окне.
  3. Нажмите кнопку Add Layer , чтобы добавить отдельную паяльную маску и поверх слоев.
  4. Порядок наложения можно изменить с помощью кнопок Move Left и Move Right , которые находятся в правом нижнем углу вкладки наложения.
  5. Для гибких печатных плат в гибком стеке должна быть включена опция Flex . Изгиб гибкости определяется путем размещения линии изгиба поперек области гибкости (меню «Дизайн» »Форма платы).

На изображении ниже показан инструмент Layer Stackup Manager.

Инструмент для управления стеком печатных плат

Установить правила проектирования печатной платы

Правила проектирования – это набор инструкций, которым должен следовать инструмент компоновки печатных плат. Каждый аспект дизайна описан в правилах дизайна.Правила проектирования печатных плат можно в общих чертах классифицировать как:

  1. Правила проектирования электрооборудования: учитывайте электрические характеристики, такие как импеданс, частота и т. Д.
  2. Правила физического проектирования: связаны с такими параметрами, как ширина дорожки, размеры переходных отверстий, дифференциальные пары и т. Д.
  3. Правила проектирования промежутков: Учитывайте расстояние между силовыми цепями высокого напряжения, зазоры или конкретную область, если нам нужна трассировка 5 мил и т. Д.

Эти правила определены в диалоговом окне редактора правил и ограничений платы.

Нарисуйте контур печатной платы

Форма печатной платы называется контуром платы и представляет собой замкнутый контур. Форму платы можно изменить по-разному:

  1. Вручную: Путем перемещения существующих вершин платы. Это можно сделать, переключившись в режим планирования платы ( View → Board Planning Mode ) в меню дизайна.
  2. Из выбранных объектов: Обычно это делается на механическом слое , если у вас есть контур платы, импортированный из инструмента MCAD (файл DWG / DXF).Переключитесь в режим 2D-компоновки ( View → 2D layout Mode) , выберите примитивы на механическом слое (Edit Select All on Layer), затем используйте Design Board Shape Define из выбранных объектов команда.
  3. Из трехмерного тела: Используйте эту опцию, если пустая плата была импортирована из инструмента САПР в объект трехмерного тела ( Разместить → 3D тело ). Переключитесь в режим 3D-компоновки ( View → 3D Layout Mode ), затем используйте команду в подменю Design → форма платы , чтобы выбрать форму платы.
Размещение компонентов

Первый шаг размещения компонентов начинается с разбивки схемы на различные части в зависимости от функциональности схемы (аналоговая, цифровая, высокоскоростная, сильноточная, источник питания и т. Д.).

Планировка печатной платы по разделам

Режим перекрестного выбора

Режим перекрестного выбора позволяет выбрать соответствующий объект между компоновкой печатной платы и схемой. Другими словами, если вы выбираете объект на компоновке, соответствующий объект на схеме также выбирается.Это гарантирует точное размещение компонентов на вашем макете. На изображении ниже показаны шаги для активации режима перекрестного выбора в Altium Designer.

Шаги для активации режима перекрестного выбора

Процесс размещения компонентов начинается с размещения компонентов, которые находятся в фиксированных местах в соответствии с требованиями проекта. Эти компоненты обычно включают соединители и связанные с ними компоненты. Следующим шагом является размещение основных компонентов, таких как ЦП, память и аналоговые схемы.Третий шаг – разместить вспомогательные компоненты к основным компонентам, таким как кристаллы, разделительные конденсаторы и последовательные резисторы.

Чтобы разместить объект (компонент) на компоновке печатной платы, выполните следующие действия:

  1. Выберите объект для размещения на одной из панелей инструментов или в меню «Поместить».
  2. Используйте мышь, чтобы определить положение размещенного объекта в рабочей области платы и его размер (если применимо).
  3. Щелкните правой кнопкой мыши (или нажмите Esc), чтобы завершить команду и выйти из режима размещения.
Проведите сетку доски

Маршрутизация – это процесс прокладки медных проводов между узлами. Этот токопроводящий путь определяется путем размещения дорожек, дуг и переходных отверстий на медных слоях, чтобы установить соединение между двумя узлами.

Метод интерактивной маршрутизации используется для маршрутизации соединения в конструкторе плат. Доступ к этой интерактивной команде маршрутизации можно получить, выбрав опцию Маршрут интерактивная маршрутизация для маршрутизации одиночной цепи, Маршрут Интерактивная маршрутизация дифференциальной пары для маршрутизации дифференциальной пары .На изображении ниже показаны шаги для доступа к интерактивной команде маршрутизации.

Интерактивная маршрутизация

После запуска команды щелкните площадку, которую необходимо развести. Интерактивный маршрутизатор определяет путь маршрута от выбранной площадки до местоположения курсора. Размер дорожки соответствует правилам проектирования набора печатных плат.

Последовательность разводки заключается в разводке развязывающих конденсаторов и силовых переходных отверстий. Затем проложите критические трассы, такие как трассы импеданса и высокоскоростные трассы.Затем проложите некритические трассы. Маршрутизация трассировок ортогонально – это хорошая практика.

После того, как разводка компонентов завершена, выполняются подключения питания / заземления. Плоскость питания – это слой меди, к которому подключен блок питания. Заземляющий слой – это слой меди, к которому выполняется заземление.

Выполните проверку правил проектирования (DRC)

Проверка правил проектирования (DRC) – это процесс проверки как логической, так и физической целостности проекта.В DRC проверки выполняются на соответствие всем разрешенным правилам проектирования печатной платы. Эту функцию также можно включить онлайн, чтобы проверки выполнялись параллельно по мере продвижения процесса проектирования. Этот шаг следует выполнить на каждой размеченной доске, чтобы убедиться, что соблюдены минимальные правила зазора и нет никаких нарушений. На изображении ниже показан диалог DRC.

Диалог проверки правил проектирования

Полные примечания по сборке / сборке печатной платы Примечания по изготовлению печатных плат

содержат следующую информацию, относящуюся к конструкции:

  1. Класс печатной платы (класс 1, класс 2 и класс 3)
  2. Количество слоев
  3. Общая толщина доски
  4. Соблюдение стандартов IPC
  5. Цвет паяльной маски
  6. Цвет шелкографии
  7. Подробная информация о послойном импедансе
  8. Детали выреза
  9. Детали стека
  10. Детали сверления (таблица сверления)
  11. Номер версии и дата

Заполнение всей конкретной информации в примечаниях к фабрикам очень важно, поскольку они документируют всю важную информацию о конструкции печатной платы для использования в будущем.

Если плата разрабатывается для покупателя, рекомендуется получить одобрение от покупателя после вышеуказанного шага. Пример потрясающих заметок показан ниже.

Примечания к печатной плате

Схема сверления

В таблице сверл указано количество и размер отверстий для каждого сверла, которое будет использоваться на доске. Рекомендуется вставить схему сверления в примечания к фабрикам. Пример диаграммы сверления показан ниже.

Схема сверления печатных плат

Чтобы узнать больше о процессе сверления печатных плат, прочитайте нашу статью. Объяснение сверления печатных плат: что можно и чего нельзя делать

Шаг 4: Создайте производственные файлы

Ниже приведены файлы, которые необходимо сгенерировать:

  1. Создание герберов и других производственных файлов
    :
    1. TOP – Верхний медный слой (приставка: плата.gtl) Обозначает медные дорожки на верхнем слое печатной платы.
    2. SMT – Верхний слой паяльной маски (расширение: board.gts). Паяльная маска используется для защиты от окисления и предотвращения образования паяных мостиков в процессе пайки.
    3. SPT – Верхний слой паяльной пасты (расширение: board.gtp). Паяльная паста используется для соединения компонентов поверхностного монтажа с контактными площадками на печатной плате. Паста наносится струйной печатью, трафаретной печатью или шприцем.
    4. SST – Верх шелкографии (надставка: картон.ГТО). Шелкография – это слой чернил, используемый для идентификации компонентов, знаков, логотипов и т. Д.
    5. BOT – Нижний медный слой (расширение: board.gbl). Обозначает медные дорожки на нижней стороне печатной платы.
    6. SMB – нижний слой паяльной маски (расширение: board.gbs)
    7. SPB – Нижняя часть паяльной пасты (расширение: board.gbp)
    8. SSB – Дно шелкографии (расширение: board.gbo)
    9. Сигнал и питание внутренних слоев / GND (расширение: плата.g1)
  2. Файл сверления NC: показывает ориентацию просверленных отверстий на печатных платах (расширение: board.txt)
  3. Выберите и поместите файл
  4. Файл списка цепей IPC 356
  5. ODB ++ файл (открытая база данных). Обмен информацией между этапами проектирования и производства.
  6. PDF схемы и расположения
  7. PDF сборочных чертежей
Выполнить проверку DFM

Дизайн для технологичности (DFM) – это набор руководящих принципов проектирования, которые проверяют технологичность конструкции. Анализ DFM выявляет проблемы компоновки печатной платы, которые могут создавать производственные проблемы во время сборки и изготовления.Проблемы DFM связаны с геометрией и в большинстве случаев не обнаруживаются во время проверок DFM.

Инструмент Better DFM

Sierra Circuits поможет вам проверить конструкцию на технологичность. Он работает на ваших файлах проекта печатной платы (формат файла Gerber) и отображает подробную информацию о проблемах правил проектирования в ваших файлах. Например, если вы считаете, что ваш дизайн имеет минимальную ширину следа 6 мил, и вы используете Better DFM, он выделит все области, где следы составляют всего 5 мил.

Чтобы узнать больше о DFM, прочтите нашу статью о 6 проблемах DFM, которые проектировщики должны проверить перед изготовлением печатной платы.

Популярная программа для проектирования печатных плат

Конструкторы и инженеры используют программное обеспечение для автоматизации электронного проектирования (EDA), также называемое программным обеспечением для электронного компьютерного проектирования (ECAD), для создания чертежа желаемой печатной платы. Это требует глубоких знаний архитектуры и хорошего понимания связанных библиотек. Созданный шаблон проектирования должен соответствовать стандартам электромагнитной совместимости (EMC) IEEE.Этот дизайн воплощен в жизнь (позже запущен в производство) производителем печатных плат.

Основными факторами, которые следует учитывать при выборе программного обеспечения для проектирования печатных плат, являются:

  • Пользовательский интерфейс (UI)
  • Характеристики
  • Библиотеки больших компонентов

Программы автоматизации обеспечивают удобный подход к проектированию печатных плат, которые можно легко преобразовать в физическую плату. Посмотрите список программного обеспечения для проектирования печатных плат и узнайте больше об Allegro, Altium Designer, Eagle, OrCAD и т. Д.

Мы рассмотрели основные этапы проектирования макета печатной платы. Сообщите нам в разделе комментариев, если есть какие-либо конкретные темы, о которых вы хотели бы узнать больше.

СКАЧАТЬ РУКОВОДСТВО ПО DFM:

Схема расположения печатной платы

– полное руководство, лучшее для начинающих

Разводка платы

– это то же самое, что доработать какое-то произведение искусства. Инженеры могут потратить дни, недели или даже месяцы, пытаясь спроектировать эти шаблоны, чтобы разработать что-то уникальное.Но, как это делают эти инженеры, разве вы не захотите сделать то же, что и они, и превратить все электрические теории, которым вы научились, во что-то реальное?

Конечно, могли бы. Во-первых, вы можете захотеть понять несколько вещей, касающихся процесса компоновки печатной платы. Несмотря на то, что впереди стоят задачи, компоновка печатной платы – лучшая часть, когда дело доходит до проектирования печатной платы.

1. Что такое компоновка печатной платы?

Во-первых, макет – это то, как компоненты чего-то размещаются или как размещаются материалы.То же самое и с печатными платами. Компоновка печатной платы – это широкий термин, обозначающий несколько процессов, необходимых при проектировании печатной платы. Он включает в себя создание следов, вырезы для монтажных отверстий, маркировку и указание местоположения компонентов, среди прочего.

(чертеж макета печатной платы)

2. Проектирование макета печатной платы

Дизайн макета печатной платы – это уникальный навык, требующий понимания как системы CAD для печатных плат, так и программного обеспечения для проектирования печатных плат. Ниже приведены некоторые из важных аспектов:

2.1 Принцип оригинального макета

Почти все программное обеспечение для проектирования печатных плат имеет опцию «авто-маршрутизатор», и в большинстве случаев многие разработчики сразу же воспользовались бы этим шансом. Причина в том, что это простой способ разводки печатной платы. Но на всякий случай рекомендуется никогда не использовать его. Причина в том, что он не такой точный и симметричный, как должен быть.

2.2 Исходное направление макета

Прежде чем вы сможете приступить к размещению компонентов, вам необходимо сначала проконсультироваться с вашим производителем.Возможно, вам придется прислушаться к любым его требованиям, например, к количеству слоев, с которыми они могут справиться. Другие требования могут включать такие вещи, как минимальная ширина дорожек и расстояние между дорожками, среди прочего.

2.3 Расстояние между оригиналами в макете

Когда электричество проходит по медным проводам, оно выделяет тепло. Но этого можно избежать, контролируя расстояние между метками. Их ширина требует управления. Важно отметить, что более подробные трассировки означают меньшее сопротивление, чем ток, встречающийся при прохождении через цепь.

2.4 Избегайте использования угла 90 градусов

Рекомендуется избегать использования угла отслеживания в 90 градусов, а вместо этого использовать 45 градусов. Но в чем причина этого? Аспекты трассировки под углом 45 градусов предотвращают короткое замыкание. Углы 90 градусов также могут не протравливаться полностью, и это может привести к коротким курсам.

2.5 Всегда создавать плоскость

Было бы полезно, если бы у вас всегда была общая клемма заземления в принципиальной схеме.Это важно для компоновки печатной платы, поскольку она обеспечивает трассировки со стандартным эталоном, предназначенным для измерения напряжений. Проблемы возникают, когда вы пытаетесь использовать метки, а не плоскости земли для трассировки.

2,6 Избегать перекрытия

Наконец, любой ценой убедитесь, что вы избегаете проблем, связанных с перекрытием, когда дело касается разводки печатных плат. Это может сделать всю линию еще более сложной.

(виртуальный макет печатной платы)

3.Процесс рассмотрения компоновки печатной платы / Руководства по компоновке печатной платы

Хотя компоновка печатной платы может показаться произведением искусства, важно начинать организованно. Чтобы придумать лучший дизайн, вам нужно придерживаться следующих трех необходимых шагов.

Шаг 1. Во-первых, вам нужно превратить вашу схему в форму печатной платы.

Шаг 2: Во-вторых, вам необходимо добавить и впоследствии повернуть компоненты, чтобы уменьшить длину и пересечение воздушных проводов.

Шаг 3: Наконец, настройте размер макета для трассировки.

(Инженер, работающий над макетом печатной платы и готовым дизайном)

4. Схема печатной платы – три элемента EMI

Электромагнитные помехи (EMI) вызываются электрическим или электронным устройством или электромагнитными полями. Электромагнитные помехи – обычное явление для печатных плат. Ниже приведены три элемента EMI:

4.1. Три типа сцепления

Кондуктивная связь возникает, если источник энергии питает приличную часть антенны, которая касается другой.

  • Соединение по электрическому полю – это соединение, которое возбуждается или приводится в действие напряжением. Другими словами, она пропорциональна энергии источника.
  • Связь по магнитному полю – это связь, возбуждаемая или управляемая током. Другими словами, это эквивалентно потоку источника.

4.2 Схема часов

Схема часов – на печатной плате синхронные цифровые схемы обычно являются наиболее надежными сигналами.Следовательно, в узких полосах частот можно наблюдать излучаемые излучения. Кроме того, эти пики имеют тенденцию иметь место на гармониках тактовой частоты. Многие печатные платы не содержат тактовых сигналов, а содержат некоторую цифровую информацию.

4.3. Схема выключателя питания

Импульсные источники питания и преобразователи постоянного тока обеспечивают несколько уровней напряжения за счет быстрого переключения уровней напряжения в трансформаторе. Если вы достаточно увлечены, вы заметите, что типичная частота переключения находится в пределах 10–100 кГц.

5. Услуги по монтажу печатных плат

Вы работаете с производителями, предлагающими отличные услуги по компоновке печатных плат? Если вы новичок в этой области, то вот некоторые из наиболее важных вещей, которые вам необходимо учитывать:

5.1 Услуги проектировщиков компоновки печатных плат

Если вы планируете приобрести услуги по компоновке печатных плат, вы должны убедиться, что вы получаете такие услуги для существующих и новых печатных плат. Помимо тестов, убедитесь, что ваш производитель соблюдает требования к высоте, размеру и весу, особенно если компоновка печатной платы кажется вам сложной.

(при поиске макетов печатных плат, работайте с проектировщиком, который проводит испытания их планов и окончательных плат)

5.2 Работа разработчиков компоновки печатных плат

При работе с дизайнерами вы увидите следующие результаты:

  • Схемы стека слоев печатной платы
  • Полные схемы
  • Полные файлы Gerber
  • Множество программ

5.3 Важность услуг по компоновке печатных плат

Техническая компетенция – доступ к эксперту дает более значительное преимущество при разработке печатных плат.

  • Оптимизированный процесс – услуги по компоновке печатных плат дают возможность обнаруживать ошибки и улучшать продукты до их выхода на рынок.
  • Лучшее качество – несомненно, услуги по верстке имеют лучшее качество из-за конкуренции.
  • Быстрое время выполнения заказа – со специалистом будьте уверены в своевременном производстве печатных плат на основе их тщательного планирования.
  • Дешево – это просто. Передать на аутсорсинг дешевле, чем заниматься производством в одиночку.

6.Как перейти к разработке макета печатной платы

В своей базовой форме компоновка печатной платы означает перенос схемы с макетной платы в постоянную и стабильную физическую форму. Создание макета печатной платы включает в себя следующее:

6.1 Схема

Схема – это простая для понимания схема компонентов, цепей и соединений. При разработке макетов печатных плат всегда важно начинать со схем.Схемы помогают в построении и понимании системы схем.

6.2 Высокочастотные сигналы

Платы

, поддерживающие высокочастотные сигналы, требуют особых требований. Многие из используемых сегодня интерфейсов работают на частоте более 50 МГц, а это означает, что необходимы некоторые знания о том, как избежать проблем, связанных с высокоскоростными сигналами. На высоких частотах макеты печатных плат предназначены для понимания физики потока электронов.

6.3 Маршрутизация сигнала и размещение компонентов

Когда дело доходит до маршрутизации сигналов и размещения компонентов, все, что вам нужно знать, – это то, где сигнал и токи будут протекать на вашей печатной плате. Вам нужно держать ваши цифровые сигналы как можно дальше от аналоговых сигналов. Аналоговые схемы, как правило, чувствительны к цифровым сигналам, которые могут вносить шум на аналоговой стороне.

6.4 Произведение искусства и науки

Поскольку технологии продолжают развиваться с беспрецедентной скоростью, частота сигналов становится невероятно высокой.Следовательно, понимание распространения сигнала является большой необходимостью. Необходимо сократить разрыв между аналоговым и цифровым дизайном. Обе дисциплины заметно пересекаются на очень высоких скоростях, что делает их одновременно искусством и наукой.

(ожидаемый интерфейс с ПО для разводки печатных плат)

7. Программное обеспечение для компоновки печатных плат

Ниже приведены некоторые из наиболее распространенных программ для компоновки печатных плат:

  • Autodesk Eagle – это одна из самых известных программ для проектирования схем и печатных плат.Он содержит редактор схем, предназначенный для разработки схем, и редактор компоновки печатных плат.
  • KiCAD – это кроссплатформенный пакет для автоматизации электроники с открытым исходным кодом. Он включает редактор плат для создания профессиональных печатных плат и редактор схем для редактирования и создания схематических проектов.
  • Fritzing – это то же самое, что и KiCAD. Он включает в себя схему, макет платы и вид печатной платы.
  • DesignSpark PCB – это простая в освоении среда, состоящая из захвата схем и инструмента компоновки печатных плат.
  • EasyEDA – один из наиболее эффективных способов захвата схем и состоит из конструктора библиотеки, редактора плат и инструмента управления проектами.
  • UpVerter – это то же самое, что EasyEDA. Это позволяет инженерам по аппаратному обеспечению создавать, публиковать и просматривать печатные платы и схемы.
  • PCBWeb Designer – это бесплатное приложение САПР, предназначенное для проектирования и производства электроники. Он состоит из схематического изображения и интегрированного каталога деталей со стрелками.
  • ExpressPCB Plus – это программное обеспечение EDA, предназначенное для создания и последующего проектирования электронных схем.
  • TinyCAD – это проект с открытым исходным кодом, который поддерживает пользовательские и стандартные библиотеки символов. Он поддерживает программы разводки печатных плат, состоящие из нескольких форматов.
  • Osmond PCB – это единственный инструмент EDA на базе MAC, который поддерживает схематический захват и проектирование макетов печатных плат.

7.1 бесплатное ПО для разводки печатных плат

Из приведенного выше списка следующие программы для открытой компоновки печатных плат:

8. Схема печатной платы РФ

Печатные платы

RF – захватывающий и растущий сектор индустрии печатных плат.Они также задействованы с широким спектром опций, а макеты РЧ-печатных плат требуют точности и аккуратности.

PCB промышленность, любые частоты выше 100 МГц считаются RF PCB. Микроволновая печатная плата имеет частоту около 2 ГГц, а конструкция радиочастотной печатной платы обычно представляет собой двухслойную или четырехслойную плату. Требования к компоновке компонентов будут более строгими, поэтому необходимы профессиональные знания в области проектирования печатных плат.

(RF электронный компонент)

9. Схема печатной платы – как сэкономить время и деньги

Когда дело доходит до проектирования и производства практически всего, функциональная компоновка имеет важное значение.Точно так же при производстве печатных плат наличие хорошей структуры приводит к желаемым результатам. Однако есть несколько проблем, которые касаются компоновки печатных плат, как показано ниже:

9.1 Проблемы, возникающие из-за отсутствия подготовки компоновки печатной платы

Без эффективной и точной подготовки макетов печатных плат существует большая вероятность полного отказа платы. Другие включают переработку и ограниченную функциональность.

9.2 Как разработчики печатных плат могут удовлетворить требования к подготовке компоновки печатных плат

Все просто.Все, что нужно, – это использовать основные инструменты, такие как программное обеспечение DFM и инструменты для проектирования печатных плат.

9.3 Рекомендации по подготовке компоновки печатной платы

Некоторые из важных соображений включают форму и размер печатной платы. Кроме того, производители должны быть внимательны, когда дело касается места.

9.4 Проблемы подготовки сложной компоновки печатной платы

Производство печатной платы – непростой процесс. Вопросы подготовки сложных макетов печатных плат включают создание оптимального макета между дорожками, шириной дорожек и другими факторами, которые могут повлиять на функциональность платы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.