EN
Návrh PCB desky je jednou z nejdůležitějších dovedností v oboru elektrotechnického inženýrství. Ať už vytváříte jednoduchý jednovrstvý prototyp nebo složitou vícevrstvou sestavu, proces návrhu desky plošných spojů (PCB) probíhá podle strukturovaného postupu, který přímo určuje, jak dobře bude vaše konečný výrobek fungovat. Pochopení každé fáze ještě před zahájením práce ušetří čas, sníží nákladné chyby a zajistí, že vaše deska plošných spojů (PCB) splní jak elektrické, tak mechanické požadavky.
Dobře navržená tištěná spojovací deska (PCB) vyvažuje integritu signálů, tepelné řízení, mechanickou přesnost a výrobní proveditelnost. Spěchání v jakékoli fázi vývoje tištěné spojovací desky často vede k chybám v rozvržení, rušení signálů nebo odmítnutí výroby. Tento průvodce popisuje zásadní kroky návrhu tištěné spojovací desky v logickém pořadí – od počátečního zachycení schématu až po generování výrobních souborů – a poskytuje inženýrům a návrhářům spolehlivý pracovní postup, který mohou použít pokaždé, když začínají nový projekt tištěné spojovací desky.
Zachycení schématu a plánování komponent
Vytvoření spolehlivého schématu pro vaši tištěnou spojovací desku
Návrh každé desky plošných spojů (PCB) začíná schématem. Schéma je logický náčrt, který definuje, jak jsou všechny součástky elektricky propojené. Než umístíte na desku PCB jedinou trasu, musíte mít čisté a plně ověřené schéma, které přesně reprezentuje váš obvod. To zahrnuje přiřazení správných hodnot součástek, ověření odkazových označení a zajištění, že každá síť je správně pojmenována a ukončena. Nedbale navržené schéma se přímo promítne do nedokonalého rozložení desky PCB, které bude později obtížné ladit.
Výběr součástek je nedílnou součástí schématové práce pro jakoukoli desku plošných spojů (PCB). Vyberte součástky, které jsou k dispozici ve vašich knihovnách obvodových náčrtů (footprint) pro cílovou desku PCB a které odpovídají vašemu výrobnímu procesu, ať už jde o povrchovou montáž (SMT) nebo montáž přes otvory (through-hole). Ujistěte se, že vzor plošky (land pattern) každé součástky odpovídá skutečné fyzické součástce, kterou plánujete použít, protože neshoda v této fázi může způsobit úplné selhání montáže vaší desky PCB. Spuštění kontroly elektrických pravidel (ERC) ve vašem návrhovém softwaru pomůže odhalit problémy s propojením ještě před přechodem ke vzniku rozvržení.
Definování omezení desky PCB v rané fázi
Než otevřete editor rozvržení desky plošných spojů (PCB), definujte požadavky na návrh. Mezi tyto požadavky patří rozměry desky, počet vrstev, minimální šířka vodivých stop, minimální velikost průchodových otvorů (via), pravidla pro vzdálenost měděných ploch od ostatních prvků a požadavky na impedanci. U návrhů desek plošných spojů pro vysokorychlostní aplikace jsou stopy se řízenou impedancí nezbytné a výrobce vaší desky plošných spojů bude muset znát uspořádání dielektrických vrstev (stack-up), aby je mohl správně vyrobit. Nastavení těchto požadavků ve vývojovém softwaru v této fázi zajišťuje, že nástroj bude signalizovat jakékoli porušení těchto pravidel během trasování desky plošných spojů.
Rozvržení desky plošných spojů (PCB) a umístění součástek
Strategické umístění součástek na vaší desce plošných spojů (PCB)
Jakmile je váš schématu dokončeno, přesunete své komponenty na plátno desky plošného spoje (PCB). Umístění komponent je pravděpodobně nejdůležitějším krokem při návrhu desky plošného spoje. Špatné umístění vede k dlouhým signálním trasám, přeplněným oblastem trasování a potenciálnímu elektromagnetickému rušení. Související funkční bloky seskupujte na desce plošného spoje společně. Například umístěte komponenty napájecího zdroje poblíž okraje desky a co nejdále od citlivých analogových obvodů. Umístěte derivační kondenzátory co nejblíže napájecím pinům každého integrovaného obvodu (IC) na vaší desce plošného spoje, aby se minimalizovala parazitní indukčnost.
Zvažte mechanická omezení při umísťování součástek na desku plošného spoje (PCB). Konektory musí být zarovnané s výřezy v pouzdře, montážní otvory musí být přístupné a teplovyvíjející se součástky, jako jsou napěťové regulátory, je třeba umístit na místa, kde je k dispozici proudění vzduchu nebo možnost připojení chladiče. Zobrazení desky plošného spoje (PCB) v kontextu jejího konečného pouzdra během fáze umísťování součástek zabrání nákladnému přepracování v prototypové fázi. Dobře navržené rozmístění součástek na desce plošného spoje (PCB) snižuje složitost trasování a zlepšuje celkovou kvalitu signálů.
Plánování vrstvení desky plošného spoje (PCB)
U návrhů vícevrstvých tištěných spojovacích desek (PCB) je definice uspořádání vrstev kritickým krokem před zahájením trasování. Typická čtyřvrstvá deska PCB využívá dvě signálové vrstvy, mezi které jsou umístěny napájecí rovina a uzemňovací rovina. Toto uspořádání výrazně zlepšuje distribuci napájení a snižuje elektromagnetické vyzařování z desky PCB. U návrhů s vysokofrekvenčními signály musí být referenční roviny pod signálovými trasami nepřetržité a neporušené, aby se udržela konstantní impedance na desce PCB. Diskutujte své uspořádání vrstev s výrobcem desek PCB co nejdříve, abyste se dohodli na výběru materiálů a tloušťce měděné vrstvy.
Trasování, kontrola návrhových pravidel a výrobní soubory
Trasování tras na vaší desce PCB
Routování je proces kreslení měděných vodivých spojů, které propojují součástky podle vašeho schématu na desce plošného spoje (PCB). Začněte routováním kritických signálních tras, včetně vysoce rychlých diferenciálních párů, hodinových signálů a napájecích vodičů. Tyto vodivé spoje na desce PCB mají přísné požadavky na shodu délek, vzdálenost mezi nimi a impedanci, které je nutné splnit ještě před routováním obecných signálů. K zachování pravidel pro vzdálenosti a vyhnutí se ostrým úhlům – které mohou způsobit tzv. kyselinové pasti během chemického leptání desky PCB – použijte interaktivní routovací nástroj ve svém návrhovém softwaru. Po dokončení routování kritických spojů dokončete zbývající signální propojení na desce PCB.
Měděné plochy, také nazývané zaplavení (flood fills), se běžně používají v návrzích desek plošných spojů (PCB) ke spojení uzemňovacích nebo napájecích rovin v nepoužitých oblastech jednotlivých vrstev. Pevná uzemňovací plocha na vaší desce PCB snižuje šum, snižuje impedanci a zlepšuje odvod tepla. Po dokončení trasování na desce PCB odstraňte všechny izolované měděné ostrovy, které nejsou připojeny k žádné síti (net), protože mohou způsobit problémy během výroby a kontroly desky PCB.
Spouštění kontroly pravidel návrhu a příprava výrobních souborů pro desku PCB
Spuštění kontroly pravidel návrhu (DRC – Design Rule Check) je povinným krokem před odesláním vaší desky PCB do výroby. Kontrola DRC prohledá celé rozložení desky PCB na porušení pravidel, jako jsou nedostatečné vzdálenosti, nepřipojené sítě, porušení minimální šířky vodivých drah nebo překrytí potisku (silkscreen). Každá chyba označená kontrolou DRC musí být přezkoumána a odstraněna, než bude vaše deska PCB připravena k výrobě. Přeskočení tohoto ověřovacího kroku je častou příčinou zamítnutí nebo zpoždění výroby desek PCB.
Jakmile projde deska plošného spoje (PCB) kontrolou návrhových pravidel (DRC), vygenerujte Gerberovy soubory, které bude výrobce vaší desky PCB používat k výrobě fyzické desky. Tyto soubory zahrnují vrstvy měděných spojů, vrstvy pájecí masky, vrstvy potisku (silkscreen), vrstvy vrtacích údajů a obrys desky. Potvrďte u svého výrobce desek PCB požadovaný formát souborů a konvenci pojmenování. Mnoho návrhářů desek PCB poskytuje spolu s Gerberovými soubory také seznam součástek (BOM) a montážní výkres, aby byla zajištěna přesná montáž desky PCB. Kontrola náhledu výroby vaší desky PCB před objednáním vám poskytne poslední možnost odhalit případné chyby.
Často kladené otázky
Jaký software se běžně používá k návrhu desky plošného spoje (PCB)?
Několik nástrojů EDA je široce používáno pro návrh desek plošných spojů (PCB), mezi něž patří Altium Designer, KiCad, Eagle a OrCAD. Správná volba pro váš projekt desky plošných spojů závisí na vašem rozpočtu, složitosti desky plošných spojů a obeznámenosti vašeho týmu s daným nástrojem. KiCad je populární open-source řešení pro návrháře desek plošných spojů pracující na projektech citlivých na náklady.
Kolik vrstev potřebuje standardní deska plošných spojů?
Jednoduchá deska plošných spojů s nízkou hustotou součástek se často dá realizovat ve dvou vrstvách. Složitější návrhy desek plošných spojů s hustým rozmístěním součástek, více napájecími doménami nebo vysokorychlostními signály obvykle vyžadují čtyři nebo více vrstev, aby byla zajištěna správná integrita signálů a rozdělení napájení na desce plošných spojů.
Jaké formáty souborů jsou vyžadovány pro výrobu desky plošných spojů?
Průmyslový standard pro výrobu tištěných spojovacích desek (PCB) je formát souborů Gerber, konkrétně RS-274X. Kompletní odeslání PCB obvykle zahrnuje soubory Gerber pro každou měděnou vrstvu, pájecí masku, potisk a vrtací soubor ve formátu Excellon, stejně jako obrys desky PCB. Některé výrobní podniky také přijímají ODB++ jako alternativu k formátu Gerber pro výrobu PCB.