EN
Створення ПКБ-карточки є однією з найважливіших навичок у галузі електроніки. Незалежно від того, чи ви створюєте простий однопрошарковий прототип чи складну багатошарову збірку, процес проектування друкованої плати (PCB) відбувається за чітко визначеною послідовністю, яка безпосередньо визначає, наскільки добре працюватиме ваша кінцева продукція. Розуміння кожного етапу до початку роботи заощадить час, зменшить витрати, пов’язані з помилками, і забезпечить відповідність вашої друкованої плати (PCB) як електричним, так і механічним вимогам.
Добре спроектована плата PCB забезпечує баланс між цілісністю сигналів, тепловим управлінням, механічною сумісністю та технологічністю виготовлення. Поспішне виконання будь-якого етапу розробки плати PCB часто призводить до помилок у розміщенні компонентів, перешкод у сигналах або відмов у виготовленні. У цьому посібнику описано основні етапи проектування плати PCB у логічній послідовності — від створення схеми до генерації файлів для виробництва, що надає інженерам та дизайнерам надійний робочий процес, якого вони можуть дотримуватися кожного разу, коли починають новий проект плати PCB.
Створення схеми та планування компонентів
Створення надійної схеми для вашої плати PCB
Кожен проект друкованої плати (PCB) починається зі схеми. Схема — це логічний креслярський план, який визначає, як кожен компонент електрично підключений. Перш ніж розмістити будь-яку трасу на вашій друкованій платі, необхідно мати чисту, повністю перевірену схему, що точно відображає ваше коло. Це включає призначення правильних значень компонентів, перевірку позначень посилань та забезпечення того, що кожна мережа (net) має правильну назву й правильно завершується. Невпорядкована схема безпосередньо перетвориться на дефектне розташування компонентів на друкованій платі, яке буде важко діагностувати пізніше.
Вибір компонентів є невід’ємною частиною роботи зі схемою для будь-якої друкованої плати (PCB). Оберіть компоненти, які доступні у бібліотеках посадочних місць вашої цільової плати PCB та відповідають вашому технологічному процесу виробництва — чи то технології поверхневого монтажу (SMT), чи монтажу через отвори (THT). Переконайтеся, що шаблон посадочного місця кожного компонента відповідає реальній фізичній деталі, яку ви плануєте використовувати, оскільки неузгодженість на цьому етапі може призвести до повного провалу зборки вашої плати PCB. Виконання перевірки електричних правил у програмному забезпеченні для проектування допомагає виявити проблеми з підключенням ще до переходу до розміщення.
Визначення обмежень плати PCB на ранніх етапах
Перед відкриттям редактора розташування друкованої плати визначте обмеження свого проекту. До них належать розміри плати, кількість шарів, мінімальна ширина провідників, мінімальний розмір отворів, правила зазору між мідними елементами та вимоги до імпедансу. У проектах високошвидкісних друкованих плат контрольований імпеданс провідників є обов’язковим, а виробник вашої друкованої плати повинен знати структуру діелектричного «пакета», щоб правильно її виготовити. Встановлення цих обмежень у програмному забезпеченні для проектування на цьому етапі забезпечує автоматичне виявлення будь-яких порушень під час трасування плати.
Розташування друкованої плати та розміщення компонентів
Стратегічне розміщення компонентів на вашій друкованій платі
Після завершення розробки схеми ви розміщуєте компоненти на полотні друкованої плати (PCB). Розташування компонентів, ймовірно, є найважливішим етапом проектування друкованої плати. Неправильне розташування призводить до надто довгих шляхів проходження сигналів, перевантажених зон трасування та потенційних проблем з електромагнітними перешкодами. Групуйте пов’язані функціональні блоки разом на друкованій платі. Наприклад, розміщуйте компоненти джерела живлення поблизу краю плати й подалі від чутливих аналогових схем. Розміщуйте декапліруючі конденсатори якомога ближче до виводів живлення кожного інтегрального мікросхеми (IC) на вашій друкованій платі, щоб мінімізувати паразитну індуктивність.
Враховуйте механічні обмеження під час розміщення компонентів на друкованій платі (PCB). Роз’єми мають відповідати вирізам у корпусі, монтажні отвори мають бути доступними, а компоненти, що виділяють тепло (наприклад, стабілізатори напруги), слід розміщувати в зонах, де забезпечена циркуляція повітря або можливе використання радіаторів. Перегляд друкованої плати в контексті її остаточного корпусу під час етапу розміщення запобігає дорогостоячій переділці на стадії прототипування. Раціональне розміщення компонентів на друкованій платі зменшує складність трасування й покращує загальну якість сигналів.
Планування багатошарової структури друкованої плати (PCB)
Для проектування багатошарових друкованих плат визначення стеку шарів є критичним етапом до початку трасування. Типова чотиришарова друкована плата використовує два сигнальні шари, розташовані між шаром живлення та заземлювальним шаром. Таке розташування значно покращує розподіл живлення й зменшує електромагнітні випромінювання від друкованої плати. У проектах із високочастотними сигналами опорні шари мають бути неперервними й не мати розривів під сигнальними доріжками, щоб забезпечити сталу хвильову опірність на друкованій платі. Обговоріть свій стек шарів із виробником друкованих плат на ранніх етапах, щоб узгодити вибір матеріалів та товщину мідного шару.
Трасування, перевірка проектних правил та файли виготовлення
Трасування доріжок на вашій друкованій платі
Маршрутизація — це процес нанесення мідних провідників, що з’єднують компоненти відповідно до вашої схеми на друкованій платі (PCB). Почніть із маршрутизації критичних сигнальних шляхів, зокрема високошвидкісних диференційних пар, тактових сигналів та живильних шин. Ці провідники на вашій друкованій платі мають строгі вимоги щодо узгодження довжин, відстаней між ними та характеристичного опору, які необхідно виконати перед маршрутизацією загальних сигнальних ліній. Використовуйте інтерактивний маршрутизатор вашого програмного забезпечення для проектування, щоб дотримуватися правил відстаней та уникати гострих кутів, які можуть спричинити «кислотні пастки» під час хімічного травлення друкованої плати. Після маршрутизації критичних мереж завершіть решту сигнальних з’єднань на вашій друкованій платі.
Мідні заливки, також відомі як заливки площі, зазвичай використовуються в проектуванні друкованих плат для підключення заземлювальних або живильних площин до невикористаних ділянок кожного шару. Суцільна заземлювальна заливка на вашій друкованій платі зменшує рівень шуму, знижує імпеданс і забезпечує переваги у розподілі тепла. Після завершення трасування вашої друкованої плати видаліть усі ізольовані мідні острови, які не підключені до будь-якої мережі, оскільки вони можуть спричинити проблеми під час виготовлення та інспекції друкованих плат.
Виконання перевірки правил проектування та підготовка файлів для виготовлення друкованої плати
Виконання перевірки правил проектування (DRC) є обов’язковим етапом перед поданням вашої друкованої плати на виготовлення. DRC сканує всю розмітку вашої друкованої плати на предмет порушень, таких як недостатні зазори, непідключені мережі, порушення ширини провідників та перекриття шовкового друку. Кожну помилку, виявлену DRC, слід проаналізувати й усунути, перш ніж ваша друкована плата буде готова до виробництва. Пропускання цього етапу верифікації є поширеною причиною відмов у виготовленні друкованих плат та затримок.
Після того як плата PCB пройде перевірку на відповідність проектним правилам (DRC), створіть Gerber-файли, які використовуватиме виробник вашої плати PCB для виготовлення фізичної плати. Ці файли включають шари міді, шари паяльної маски, шари сіткового друку (silkscreen), файли свердловин та контур плати. Уточніть у виробника плати PCB, який формат файлів і правила їх названня він вимагає. Багато проектантів плат PCB також надають перелік компонентів (BOM) і креслення зборки разом із Gerber-файлами, щоб забезпечити точну збірку плати PCB. Перегляд попереднього перегляду виготовлення вашої плати PCB перед розміщенням замовлення дає вам останню можливість виявити будь-які помилки.
Часті запитання
Яке програмне забезпечення зазвичай використовується для проектування плати PCB?
Для проектування друкованих плат (PCB) широко використовуються кілька інструментів ЕОП (EDA), зокрема Altium Designer, KiCad, Eagle та OrCAD. Правильний вибір інструменту для вашого проекту друкованої плати залежить від вашого бюджету, складності плати та рівня обізнаності вашої команди з цим інструментом. KiCad — це популярна відкрита платформа для проектування друкованих плат, яку часто обирають розробники, що працюють над проектами з обмеженим бюджетом.
Скільки шарів потрібно стандартній друкованій платі?
Просту друковану плату з низькою щільністю компонентів часто можна виконати у двошаровому варіанті. Більш складні конструкції друкованих плат із високою щільністю розташування компонентів, кількома доменами живлення або високошвидкісними сигналами, як правило, вимагають чотирьох або більше шарів для забезпечення належної цілісності сигналів та розподілу живлення на друкованій платі.
Які формати файлів потрібні для виготовлення друкованої плати?
Промисловим стандартом для виготовлення друкованих плат є формат файлів Gerber, зокрема RS-274X. Повне представлення друкованої плати зазвичай включає файли Gerber для кожного шару міді, паяльної маски, шелкографії, файл свердловин у форматі Excellon та контур друкованої плати. Деякі виробники також приймають ODB++ як альтернативу Gerber для виробництва друкованих плат.