EN
Navrhovanie Deska PCB je jednou z najdôležitejších zručností v elektrotechnickom inžinierstve. Či už vytvárate jednoduchý jednovrstvový prototyp alebo zložitú viacvrstvovú zostavu, proces návrhu dosky PCB sa riadi štruktúrovanou postupnosťou, ktorá priamo určuje, ako dobre bude váš finálny produkt fungovať. Pochopenie každej fázy ešte pred začiatkom práce ušetrí čas, zníži nákladné chyby a zabezpečí, že vaša doska PCB spĺňa aj elektrické, aj mechanické požiadavky.
Dobrze navrhnutá doska plošných spojov (PCB) vyváža integritu signálu, tepelné správanie, mechanickú zhodu a výrobnú realizovateľnosť. Rýchle prechádzanie ktoroukoľvek fázou vývoja dosky PCB často vedie k chybám rozmiestnenia, rušeniu signálov alebo odmietnutiu výroby. Tento sprievodca popisuje základné kroky návrhu dosky PCB v logickom poradí – od počiatočného zachytenia schémy až po generovanie výrobných súborov – a poskytuje inžinierom a návrhárom spoľahlivý pracovný postup, ktorý môžu použiť pri každom novom projekte dosky PCB.
Zachytenie schémy a plánovanie komponentov
Vytvorenie spoľahlivej schémy pre vašu dosku PCB
Každý návrh dosky PCB začína schémou. Schéma je logický plán, ktorý definuje, ako sa každá súčiastka elektricky pripája. Predtým, než umiestnite na dosku PCB jedinú spojnicu, musíte mať čistú a úplne overenú schému, ktorá presne reprezentuje váš obvod. To zahŕňa priradenie správnych hodnôt súčiastok, overenie označení odkazových súčiastok a zabezpečenie toho, aby boli všetky spojnice (nets) správne pomenované a ukončené. Neprehľadná schéma sa priamo prejaví v chybnom rozmiestnení dosky PCB, ktoré bude neskôr ťažké ladenie.
Výber komponentov je neoddeliteľnou súčasťou schématickej práce pre akýkoľvek PCB panel. Vyberte komponenty, ktoré sú dostupné vo vašich knižniciach obvodových vzorov (footprint) pre cieľový PCB panel a ktoré zodpovedajú vašmu výrobnému procesu, či už ide o technológiu povrchovej montáže (SMT) alebo montáž cez otvory (through-hole). Uistite sa, že vzor plochy (land pattern) každého komponentu zodpovedá skutočnej fyzickej súčiastke, ktorú plánujete použiť, pretože nesúlad na tomto stupni môže spôsobiť úplné zlyhanie montáže vášho PCB panela. Spustenie kontroly elektrických pravidiel (ERC) v softvéri pre návrh pomáha odhaliť problémy s elektrickým pripojením ešte pred prechodom do fázy rozmiestnenia.
Definovanie obmedzení PCB panela v ranom štádiu
Pred otvorením editora rozmiestnenia dosky PCB definujte obmedzenia svojho návrhu. Medzi tieto obmedzenia patria rozmery dosky, počet vrstiev, minimálna šírka vodivých spojov, minimálna veľkosť priechodov (via), pravidlá pre vzdialenosť medzi meďou a inými prvkami, ako aj požiadavky na impedanciu. Pri návrhoch dosiek PCB pre vysokorýchlostné aplikácie sú vedenia s riadenou impedanciou nevyhnutné a výrobca vašej dosky PCB bude potrebovať poznať dielektrickú vrstvu (stack-up), aby ich mohol správne vyrobiť. Nastavenie týchto obmedzení vo vývojovom softvéri v tejto fáze zabezpečuje, že nástroj bude upozorňovať na akékoľvek porušenia počas trásania dosky PCB.
Rozmiestnenie dosky PCB a umiestnenie komponentov
Strategické umiestnenie komponentov na doske PCB
Keď je váš schéma dokončená, presuniete komponenty na plátno plošného spoja (PCB). Umiestnenie komponentov je pravdepodobne najvplyvnejším krokom pri návrhu plošného spoja. Zlé umiestnenie vedie k dlhým signálnym cestám, preplneným oblastiam trasovania a potenciálnemu elektromagnetickému rušeniu. Funkčne súvisiace bloky zoskupujte na plošnom spoji spolu. Napríklad komponenty napájacích zdrojov umiestnite v blízkosti okraja dosky a čo najďalej od citlivých analógových obvodov. Odpojovacie kondenzátory umiestnite čo najbližšie k napájacím vývodom každého integrovaného obvodu (IC) na plošnom spoji, aby ste minimalizovali parazitnú indukčnosť.
Zvážte mechanické obmedzenia pri umiestňovaní komponentov na dosku PCB. Konektory sa musia zosúladiť s výrezmi v pouzdre, montážne otvory musia byť prístupné a komponenty generujúce teplo, ako napríklad regulátory napätia, sa musia umiestniť tam, kde je k dispozícii prúdenie vzduchu alebo možnosť odvádzania tepla cez chladič. Prehliadanie dosky PCB v kontexte jej konečného puzdra počas fázy umiestňovania komponentov predchádza drahostojnej úprave v štádiu prototypu. Dobré umiestnenie komponentov na doske PCB zníži zložitosť trasovania a zlepší celkovú kvalitu signálov.
Plánovanie vrstvovej štruktúry dosky PCB
Pri návrhoch viacvrstvových tlačených spojových dosiek (PCB) je definovanie vrstvovej štruktúry kritické už pred začiatkom trasovania. Typická štvorvrstvová PCB doska využíva dve signálové vrstvy, medzi ktorými sa nachádza napájací plán a uzemňovací plán. Toto usporiadanie významne zlepšuje rozvod napájania a znižuje elektromagnetické vyžarovanie z PCB dosky. Pri návrhoch s vysokofrekvenčnými signálmi musia byť referenčné plány pod signálovými trasami nepretržité a neporušené, aby sa zachovala konštantná impedancia na PCB doske. Diskutujte svoju vrstvovú štruktúru čo najskôr so svojím výrobcom PCB dosiek, aby ste sa dohodli na výbere materiálu a hrúbke medi.
Trasovanie, kontrola návrhových pravidiel a výrobné súbory
Trasovanie trás na vašej PCB doske
Rútenie je proces kreslenia medených dráh, ktoré spájajú komponenty podľa vášho schémy na doske plošného spoja (PCB). Začnite rútením kritických signálnych ciest, vrátane vysokorýchlostných diferenciálnych párov, hodinových signálov a napájacích zberníc. Tieto dráhy na doske PCB majú prísne požiadavky na zhodu dĺžok, rozstupy a impedancie, ktoré je potrebné splniť pred tým, ako začnete s rútením bežných signálov. Použite interaktívny rúter svojho návrhového softvéru na dodržiavanie pravidiel rozostupov a vyhnutie sa ostrým uhlom, ktoré môžu počas chemického leptania dosky PCB spôsobiť tzv. kyselinové pasti. Po dokončení rútenia kritických sietí dokončite zostávajúce signálne pripojenia na doske PCB.
Medené plochy, tiež nazývané zaplavenia, sa bežne používajú v návrhoch dosiek plošných spojov (PCB) na prepojenie uzemňovacích alebo napájacích plôch cez nepoužívané oblasti každej vrstvy. Pevná uzemňovacia plocha na doske PCB znižuje šum, zníži impedanciu a poskytuje výhodu rozptylu tepla. Po dokončení smerovania spojov na doske PCB odstráňte všetky izolované medené ostrovy, ktoré nie sú pripojené k nejakej sieti, pretože tieto môžu spôsobiť problémy počas výroby a kontroly dosky PCB.
Spustenie kontroly pravidiel návrhu a príprava výrobných súborov pre dosku PCB
Spustenie kontroly pravidiel návrhu, bežne označovanej ako DRC (Design Rule Check), je povinným krokom pred odoslaním dosky PCB do výroby. Kontrola DRC prehľadá celý návrh dosky PCB na porušenia, ako napríklad nedostatočné vzdialenosti, nepripojené siete, porušenia šírky spojov alebo prekrytie potlačových popisov. Každá chyba označená kontrolou DRC musí byť preskúmaná a vyriešená, kým bude doska PCB pripravená na výrobu. Vynechanie tohto overovacieho kroku je bežnou príčinou zamietnutia výroby dosky PCB a oneskorení.
Keď doska PCB úspešne prejde kontrolu pravidiel návrhu (DRC), vygenerujte súbory Gerber, ktoré bude výrobca dosiek PCB používať na výrobu fyzickej dosky. Tieto súbory zahŕňajú vrstvy medi, vrstvy pájacej masky, vrstvy potlačovania (silkscreen), súbory vŕtacích údajov a obrys dosky. Pred výrobou si potvrďte u výrobcu dosiek PCB požadovaný formát súborov a konvenciu pre ich pomenovanie. Mnohí návrhári dosiek PCB poskytnú spolu so súbormi Gerber aj zoznam použitých súčiastok (BOM) a montážny výkres, aby sa zabezpečila presná montáž dosky PCB. Preskúmanie náhľadu výroby vašej dosky PCB pred umiestnením objednávky vám poskytne poslednú možnosť odhaliť akékoľvek chyby.
Často kladené otázky
Aký softvér sa bežne používa na návrh dosky PCB?
Niekoľko nástrojov EDA sa široko používa na návrh dosiek plošných spojov (PCB), vrátane Altium Designer, KiCad, Eagle a OrCAD. Správna voľba pre váš projekt dosky plošných spojov závisí od vášho rozpočtu, zložitosti dosky plošných spojov a oboznámenia vášho tímu s daným nástrojom. KiCad je populárna open-source možnosť pre návrhárov dosiek plošných spojov, ktorí pracujú na projektoch citlivých na náklady.
Koľko vrstiev potrebuje štandardná doska plošných spojov (PCB)?
Jednoduchá doska plošných spojov s nízkou hustotou súčiastok sa často dá vyhotoviť na dvoch vrstvách. Zložitejšie návrhy dosiek plošných spojov s hustým umiestnením súčiastok, viacerými oblasťami napájania alebo vysokorýchlostnými signálmi zvyčajne vyžadujú štyri alebo viac vrstiev, aby sa dosiahla správna integrita signálov a rozdelenie napájania na doske plošných spojov (PCB).
Aké formáty súborov sú potrebné na výrobu dosky plošných spojov (PCB)?
Priemyselný štandard pre výrobu dosiek plošných spojov (PCB) je formát súborov Gerber, konkrétne RS-274X. Kompletné odoslanie návrhu dosky PCB zvyčajne obsahuje súbory Gerber pre každú medenú vrstvu, masku pájky, potlačovú vrstvu (silkscreen), súbor pre vŕtanie vo formáte Excellon a obrys dosky PCB. Niektorí výrobcovia tiež akceptujú formát ODB++ ako alternatívu k Gerberu pre výrobu dosiek PCB.