EN
Проектирането на PCB плоча е едно от най-важните умения в областта на електронното инженерство. Независимо дали изготвяте прост прототип с един слой или сложна многослойна сглобка, процесът на проектиране на PCB следва структурирана последователност, която директно определя колко добре ще работи крайният ви продукт. Разбирането на всяка стъпка преди започване ще спести време, ще намали скъпите грешки и ще гарантира, че вашата печатна платка (PCB) отговаря както на електрическите, така и на механичните изисквания.
Добре проектирана печатна платка (PCB) балансира цялостността на сигнала, термичното управление, механичната съвместимост и възможността за производство. Прибързането през който и да е етап от разработката на печатна платка често води до грешки в подредбата, интерференция на сигнали или откази при производството. Това ръководство представя основните стъпки при проектирането на печатна платка в логичен ред — от първоначалното схемно улавяне до генерирането на производствени файлове — и предоставя на инженерите и дизайнерите надежден работен процес, който могат да следват всеки път, когато започнат нов проект за печатна платка.
Схемно улавяне и планиране на компоненти
Създаване на надеждна схема за вашата печатна платка
Всеки проект на печатна платка (PCB) започва със схема. Схемата е логическа схема, която определя как всеки компонент е свързан електрически. Преди да поставите дори един проводник върху вашата PCB платка, трябва да имате чиста и напълно проверена схема, която точно представя вашата верига. Това включва присвояване на правилните стойности на компонентите, проверка на означенията за референтни обозначения и осигуряване, че всяка електрическа връзка (net) е правилно именувана и завършва коректно. Небрежно изготвена схема ще се отрази директно върху дефектен проект на PCB платка, който по-късно ще бъде труден за диагностициране.
Изборът на компоненти е неотделима част от схематичната работа за всяка печатна платка (PCB). Изберете компоненти, които са налични в библиотеките с посадъчни места (footprint) за вашата целева PCB платка и които отговарят на вашия производствен процес – независимо дали става дума за повърхностно монтиране (SMT) или монтаж чрез отвори (through-hole). Потвърдете, че посадъчният шаблон (land pattern) на всеки компонент съответства на действителната физическа част, която планирате да използвате, тъй като несъответствие на този етап може напълно да провали монтажа на вашата PCB платка. Изпълнението на проверка за електрически правила (ERC) в софтуера за проектиране помага да се открият проблеми с електрическата връзка още преди преминаването към разположението (layout).
Определяне на ограниченията за PCB платката в ранен етап
Преди да отворите редактора за подреждане на печатна платка (PCB), дефинирайте ограниченията на проекта си. Това включва размерите на платката, броя на слоевете, минималната ширина на проводниците, минималния размер на преходните отвори (via), правилата за разстояние между медните участъци и изискванията за импеданс. При проектирането на високочестотни печатни платки (PCB) е задължително използването на проводници с контролиран импеданс, а производителят на вашата PCB платка ще има нужда от информация за диелектричната структура (stack-up), за да ги произведе коректно. Задаването на тези ограничения в софтуера за проектиране на този етап гарантира, че инструментът ще отбелязва всяко нарушение по време на трасирането на PCB платката.
Подреждане на печатна платка (PCB) и разположение на компонентите
Стратегично разположение на компонентите върху вашата печатна платка (PCB)
Щом схемата ви е окончателно завършена, премествате компонентите си върху платформата за печатна платка (PCB). Разполагането на компонентите е, без съмнение, най-влиятелният етап при проектирането на PCB. Неправилното разположение води до дълги сигнали пътища, препълнени зони за трасиране и потенциални електромагнитни смущения. Групирайте свързаните функционални блокове заедно върху PCB-платката. Например поставете компонентите на захранващия блок близо до ръба на платката и далеч от чувствителните аналогови вериги. Поставете декориращите кондензатори възможно най-близо до контактите за захранване на всеки интегрален чип (IC) върху вашата PCB-платка, за да се минимизира паразитната индуктивност.
Обърнете внимание на механичните ограничения при разполагане на компонентите върху печатната платка (PCB). Свързочните елементи трябва да са подравнени с изрязаните отвори в корпуса, монтажните отвори трябва да са достъпни, а компонентите, които генерират топлина (например регулатори на напрежение), трябва да се поставят там, където е осигурена достатъчна циркулация на въздух или възможност за охлаждане чрез радиатор. Прегледът на печатната платка в контекста на нейния окончателен корпус по време на разполагането на компонентите предотвратява скъпо струващи промени на прототипа. Добре проектираното разположение на компонентите върху PCB намалява сложността на трасирането и подобрява общото качество на сигнала.
Планиране на структурата на слоевете за вашата печатна платка (PCB)
За проектирането на многослойни печатни платки (PCB) определянето на структурата на слоевете е критично преди започване на трасирането. Типична четирислойна PCB използва два сигнала слоя, между които са разположени слой за захранване и слой за заземяване. Това разположение значително подобрява разпределението на захранването и намалява електромагнитните емисии от PCB-платката. За проекти с високочестотни сигнали референтните слоеве трябва да са непрекъснати и ненарушени под сигнальните проводници, за да се осигури постоянен импеданс по PCB-платката. Обсъдете структурата на слоевете си с производителя на PCB-платки още в началото, за да се уеднаквят изборът на материали и дебелината на медните слоеве.
Трасиране, проверки на правилата за проектиране и файлове за производство
Трасиране на проводниците върху PCB-платката ви
Маркирането е процесът на изчертаване на медните проводници, които свързват компонентите според вашата схема върху печатната платка (PCB). Започнете с маркирането на критичните сигнали първо, включително високоскоростните диференциални двойки, часовите сигнали и захранващите шини. Тези проводници върху вашата PCB имат строги изисквания за съвпадане по дължина, разстояние и импеданс, които трябва да бъдат изпълнени преди общото маркиране на сигнали. Използвайте интерактивния маршрутизатор на вашия софтуер за проектиране, за да поддържате правилата за разстояния и да избягвате остри ъгли, които могат да причинят „киселинни капани“ по време на химичното травиране на PCB-та. След като сте маркирали критичните мрежи, завършете останалите сигнали върху вашата PCB.
Медните заливи, наричани още пълнежи с мед, често се използват в проектирането на печатни платки (PCB), за да свържат земните или захранващите равнини през неизползваните области на всеки слой. Цялостният земен залив върху вашата печатна платка намалява шума, понижава импеданса и осигурява предимство при разпространението на топлината. След като завършите трасирането на вашата печатна платка, премахнете всички изолирани медни острови, които не са свързани към някоя мрежа, тъй като те могат да причинят проблеми по време на производството и инспекцията на печатната платка.
Изпълнение на проверка за съответствие с правилата за проектиране (DRC) и подготвяне на файловете за производство на печатна платка (PCB)
Изпълнението на проверка за съответствие с правилата за проектиране (DRC) е задължителна стъпка преди подаването на вашата печатна платка (PCB) за производство. DRC сканира целия ви проект на печатна платка за нарушения, като недостатъчно разстояние между елементите, несвързани мрежи, нарушения на широчината на проводниците и припокриване на силуетния слой. Всеки грешка, отбелязана от DRC, трябва да бъде прегледана и отстранена, преди вашата печатна платка да бъде готова за производство. Пропускането на тази стъпка за верификация е честа причина за откази и забавяния при производството на печатни платки.
След като платката за печатна схема (PCB) мине проверката за правила за проектиране (DRC), генерирайте Gerber-файловете, които производителят на вашата PCB-платка ще използва за производството на физическата платка. Тези файлове включват медни слоеве, слоеве за лак за поточна лепка (solder mask), слоеве за тъмпово отпечатване (silkscreen), файлове за пробиване и контур на платката. Потвърдете с производителя на PCB-платката ви какъв формат на файлове и каква конвенция за именуване изисква. Много проектиращи специалисти по PCB предоставят и списък на компонентите (BOM) и чертеж за монтаж заедно с Gerber-файловете, за да се осигури точна сглобка на PCB-платката. Прегледът на предварителен вариант за производство на вашата PCB-платка преди поръчването ви дава окончателна възможност да откриете евентуални проблеми.
Често задавани въпроси
Какво софтуер се използва обикновено за проектиране на PCB-платка?
Няколко EDA инструмента се използват широко за проектиране на печатни платки (PCB), включително Altium Designer, KiCad, Eagle и OrCAD. Правилният избор за вашия проект с печатна платка зависи от бюджета ви, сложността на PCB-платката и степента, в която екипът ви е запознат с инструмента. KiCad е популярна безплатна opensource опция за проектиране на PCB-платки, подходяща за проекти, при които има ограничения по разходи.
Колко слоя са необходими за стандартна печатна платка (PCB)?
Проста печатна платка (PCB) с ниска плътност на компонентите често може да бъде изпълнена само с два слоя. По-сложни проекти на печатни платки (PCB) с висока плътност на компонентите, множество домейни за захранване или високочестотни сигнали обикновено изискват четири или повече слоя, за да се осигури правилна цялостност на сигнала и разпределение на захранването върху печатната платка (PCB).
Какви файлови формати са необходими за производството на печатна платка (PCB)?
Стандартът в индустрията за производство на печатни платки (PCB) е файловият формат Gerber, по-специфично RS-274X. Пълното представяне на PCB обикновено включва файлове Gerber за всеки меден слой, за филма за лепене (solder mask), за шелака (silkscreen), файл с информация за пробиване във формат Excellon и контурната линия на PCB-платката. Някои производители също приемат ODB++ като алтернатива на Gerber за производството на PCB.