Самостоятельное проектирование печатных плат

Проектирование печатных плат и рекомендации по правилам компоновки электронных элементов на печатной плате. При проектировании электронной схемы на печатной плате важно, прежде чем приступить к разводке печатной платы, чтобы у вас был четкий план и подробная инструкция того, что можно и чего нельзя делать.

Проектирование печатных плат | Начальные шаги

Понимание схемы имеет решающее значение для проектирования, например, нужно знать максимальный ток и напряжение, которые будут проходить в цепи каждого проводника. Зная эти значения, вам будет проще определить ширину дорожки и тип печатной платы, которая будет использоваться.

Разница напряжений между каждой дорожкой определяет необходимый зазор между каждым проводником. Если зазора недостаточно, есть вероятность, что электрический потенциал между каждой дорожкой вызовет искрение и короткое замыкание печатной платы. Поэтому очень важно соблюдать некоторые из этих основных требований, прежде чем приступить к проектированию печатных плат.

Если вы не учитываете важные аспекты, когда выполняете проектирование печатных плат компоновку электронных элементов, вы можете в конечном итоге получить конструкцию, которая будет плохо работать. Неадекватная разводка может привести к таким проблемам, как электромагнитные помехи, конфликты компонентов по обе стороны от платы, ограниченная функциональность схемы и даже выход ее из строя.

Кроме того, если разводка не получится с первого раза, ее придется переделывать, что может привести к задержкам в изготовлении и дополнительным расходам.

Рекомендации по компоновке печатной платы

Итак, какие правила и принципы при проектировании печатных плат нужно учитывать? Давайте посмотрим на этапы проектирования и компоновки элементов на плату и определим некоторые из основных правил для каждого этапа. Конечно, есть и другие варианты, но здесь мы постараемся представить вам наиболее важные моменты, когда вам потребуется проектирование печатных плат и компоновку деталей, о которых вы должны знать.

Проектирование печатных плат — основные этапы

Разводка печатной платы играет значительную роль на каждом этапе процесса изготовления печатной платы с момента, когда вы только задумали проект, до конечного результата. При этом, вы должны знать, что базовый процесс проектирования включает в себя шесть шагов.

1. Общее представление о проектировании ПП

Этот начальный этап включает в себя определение функций, которые будет выполнять печатная плата. Также следует учесть примерный диапазон температур, в котором будет работать плата, и любые другие экологические проблемы.

2. Схема

Следующим этапом является построение принципиальной схемы на основе окончательной концепции. Эта конструкция включает всю информацию, необходимую для правильного функционирования электрических компонентов платы, а также такие детали, как названия компонентов, стоимость, номинальные характеристики и номера деталей производителя.

Пока вы создаете свою схему, одновременно формируется список материалов, которые вам потребуются. Эта спецификация будет содержать информацию обо всех компонентах, необходимых для вашей печатной платы. Всегда обновляйте эти два документа.

3. Блок-схема платы

Проектирование печатных плат, также включает в себя еще один важный момент, где вы указываете блок-схеме окончательные размеры печатной платы. Отметьте области, предназначенные для каждого блока, части компонентов, которые связаны по электрическим причинам или из-за ограничений. Сохранение связанных компонентов вместе позволит вам сократить время трассировки.

4. Размещение компонентов

Следующим шагом является размещение компонентов, которое определяет, где вы разместите каждый элемент на плате. В основном предпринимается несколько этапов, чтобы полностью доработать размещение компонентов.

5. Маршрутизация первого прохода

Затем определите маршрутизацию и приоритет маршрутизации для канала.

6. Тестирование

После того, как вы закончите разводку платы, вы должны провести серию тестов, чтобы убедиться, что ваша проделанная работа соответствует всем вашим потребностям. Если да, то проектирование печатных плат завершено. В противном случае вам нужно вернуться к этапам, на которых вам необходимо внести коррективы.

Проектная документация

По мере того, как вы выполняете проектирование печатных плат, вы попутно разрабатываете множество документов. Эти документы включают:

• Габаритные чертежи оборудования: описывает размер пустой платы.
• Схема: отображает электрические характеристики платы.
• Спецификация материалов: описывает компоненты, необходимые для проекта.
• Файл макета: описывает базовую компоновку печатной платы.
• Файл размещения компонентов: описывает расположение отдельных компонентов.
• Сборочные чертежи и инструкции: объясняет, как собрать плату.
• Руководства пользователя: хотя они и не требуются, они полезны для предоставления пользователю дополнительной информации.
• Набор файлов Gerber: комплект выходных файлов макета, который производитель печатной платы будет использовать для ее создания.

Рекомендации по компоновке и дизайну печатной платы

В процессе разводки и проектирования печатных плат необходимо учитывать многие нюансы. Некоторые соображения относятся ко всему процессу, а некоторые — к отдельным этапам. Вот семь важных факторов, о которых следует помнить.

1. Ограничения платы

Первые ограничения, на которые вы должны обратить внимание, связаны с еще не заполненной платой. Некоторые из этих основных ограничений включают в себя размер и форму самой платы.

Вам нужно будет сразу убедиться, что у вас достаточно места на плате для схемы. Размер конечного продукта, функциональность, которую должна обеспечивать плата, и другие факторы определяют, насколько большой она должна быть.

Перед тем, как приступить к проектированию, прикиньте примерный размер платы. Если у вас недостаточно места для всех функций, требуемых при более простой конструкции, вам может потребоваться использовать многослойный стеклотекстолит или метод межсоединений высокой плотности (HDI).

Стандартная печатная плата имеет прямоугольную форму. В подавляющем большинстве случаев она остается наиболее распространенной формой печатных плат. Однако можно создавать платы и других форм. Чаще всего разработчики делают это из-за ограничений по размерам или для использования элементов неправильной формы.

Еще одним важным моментом является количество необходимых слоев, которое определяется уровнем мощности и сложностью конструкции. Лучше всего выяснить, сколько слоев вам нужно, на ранних этапах проектирования макета.

Добавление большего количества слоев может увеличить производственные затраты, но позволит вам включить больше дорожек. Это может потребоваться для более сложных плат с расширенными функциональными возможностями.

Для всех сильноточных дорожек используйте не менее двух отверстий для перехода между слоями. Использование нескольких отверстий при переходе на другие слои повышает надежность, улучшает теплопроводность и снижает индуктивные и резистивные потери.

2. Производственные процессы

Вам также следует взять во внимание производственные процессы, которые вы хотели бы использовать для изготовления платы. Различные методы имеют разные ограничения и трудности. Вам нужно будет использовать опорные отверстия или точки, которые будут нужны во время изготовления платы.

Также не забывайте о методе монтажа платы. Различные подходы могут потребовать оставить открытыми разные участки платы. Использование нескольких типов технологий, таких как сквозные отверстия и компоненты для поверхностного монтажа, может увеличить стоимость ваших плат, но в некоторых случаях может быть необходимым.

Всегда уточняйте у изготовителя, есть ли у него возможность изготовить нужный вам тип платы. Некоторые из них, например, могут не иметь возможности выполнить ваш заказ с большим количеством слоев или платы, использующие гибкую конструкцию.

3. Материалы и компоненты

На этапе макетирования продумайте, какие материалы и компоненты вы планируете использовать для своей платы. Прежде всего, необходимо убедиться, что нужные элементы доступны. Некоторые материалы и детали трудно найти, а другие настолько дороги, что не позволяют этого сделать.

4. Порядок размещения компонентов

Одно из самых основных правил проектирования печатных плат включает в себя порядок размещения компонентов на плате. Рекомендуемый порядок: разъемы, затем силовые цепи, затем точные цепи, потом критические цепи и дальше остальные элементы. Уровни мощности, восприимчивость к шумам, генерация и возможность маршрутизации, также влияют на приоритет трассировки схемы.

5. Ориентация

При размещении компонентов старайтесь ориентировать их в одном направлении в основном те, которые похожи друг на друга. Это сделает процесс пайки более эффективным и поможет избежать ошибок во время него.

6. Размещение

Старайтесь не размещать на паяемой стороне печатной платы детали, которые будут находиться за покрытыми сквозными отверстиями участках.

7. Формирование

Логическое формирование компонентов может сократить количество необходимых этапов сборки, повысить эффективность и снизить затраты. Старайтесь размещать все компоненты для поверхностного монтажа на одной стороне платы, а все компоненты для установки в сквозные отверстия — на верхней стороне.

Автоматическая установка микросхем