Проектирование печатной платы оказывает значительное влияние на производительность, целостность сигнала и надежность конечного продукта. Особенно, поскольку сегодняшние печатные платы становятся все более сложными, компактными и маленькими, проектирование компоновки печатной платы требует много работы и времени. Такие проблемы, как электромагнитные помехи, неисправные компоненты, повреждение платы или даже полный отказ платы, могут возникнуть из-за неправильной компоновки печатной платы. В этой статье мы расскажем, как разработать компоновку печатной платы шаг за шагом, дадим несколько полезных советов по проектированию и познакомим с распространенными инструментами проектирования. Это даст вам некоторые знания и предпосылки для понимания компоновки печатной платы.
Что такое разводка печатной платы?
PCB Layout — это процесс проектирования расположения компонентов, токопроводящих дорожек, ширины дорожек и других элементов на печатной плате для обеспечения целостности сигнала печатной платы и соответствия требуемой функциональности при оптимизации размера платы. Это процесс перевода концепций дизайна в конкретные документы, которые могут использоваться при производстве плат. Успешная компоновка печатной платы обеспечивает оптимальную производительность.
Как разработать схему печатной платы: пошаговое объяснение
Из понимания электрических характеристик требуемого Печатные платы до окончательной документации, ниже мы рассмотрим 10 шагов по проектированию топологии печатной платы.
Шаг 1: Понять электрические требования
Перед проектированием мы должны понять электрические требования к схеме, такие как напряжение, требования к току, требуемые компоненты, частота сигнала, тип сигнала и т. д.
Шаг 2: Создание схемы
Схема — это чертеж компоновки печатной платы для размещения и выравнивания компонентов. Это логический способ создания представления электронной схемы. Символы используются, поскольку различные компоненты и параметры появляются на принципиальных схемах, а их соединение линиями обозначает соединение. Затем это используется для моделирования схемы, чтобы продемонстрировать, что она работает электрически так, как и ожидалось.
Шаг 3: Создание макета печатной платы
Преобразуйте схемы в макеты печатных плат. Выберите подходящий размер и форму печатной платы, которые учитывают пространство для монтажа, требования к рассеиванию тепла и совместимость с другими печатными платами. Компоненты показаны в виде посадочных мест с контактными площадками и соединительными линиями на макете печатной платы. Вы можете увидеть, как будут физически выглядеть и монтироваться компоненты. Программное обеспечение отображает воздушные линии, которые показывают электрические соединения между компонентами. Эти линии указывают, как контакты одного компонента должны быть подключены к другому компоненту.
Шаг 4: Проектирование стека печатной платы
Вы можете выбрать необходимое количество слоев в зависимости от сложности схемы. Они выполняют немного разные функции в каждом слое. Изолирующий слой изолирует проводящий слой, чтобы предотвратить помехи, в то время как проводящий слой передает питание и сигналы. Соответственно, когда расположение слоев определено разумно, материалы слоев выбираются в зависимости от того, как они работают.
Шаг 5: Установите правила и требования к дизайну
Существует множество правил проектирования печатных плат, и вы можете гибко устанавливать правила в соответствии с печатной платой, которую вы хотите спроектировать. Необходимо обеспечить расстояние между проводами и отверстиями, а также соответствующую ширину дорожек для удовлетворения требований по допустимой нагрузке по току и импедансу. Достаточно места для пайки компонентов и последующего ремонта. Кроме того, следует установить соответствующие правила, чтобы обеспечить крупномасштабное производство на основе возможностей производителя. Эти правила необходимо корректировать в соответствии с фактическими условиями, и они полезны для надежности и производительности печатной платы.
Шаг 6: Разместите компоненты
Каждый компонент размещается в соответствии со схемой и компоновкой, чтобы каждый компонент был в правильном направлении. Необходимо учитывать тепловыделение мощных компонентов. Кроме того, схема может быть разделена на различные области в зависимости от функций. Объединение компонентов, которые выполняют схожие функции, приводит к повышению целостности сигнала и снижению помех.
Шаг 7: Вставьте просверленные отверстия
Отверстия для сверления для разных типов компонентов требуют разных размеров и местоположений. На этом этапе мы должны тщательно продумать требования к установке компонентов. Техника сверления печатных плат и структура укладки повлияют на надежность и качество печатной платы.
Шаг 8: Проложите трассы
Маршрутизация печатной платы должна минимизировать помехи, улучшить целостность сигнала и соответствовать требованиям, таким как импеданс и управление температурой. Маршрутизация должна быть оптимизирована по ширине дорожек, избегая острых углов и прямых углов, а также интервалы между дорожками должны быть правильными.
Шаг 9: Добавьте этикетки и маркировку.
Добавление этикеток, маркировок и обозначений компонентов на печатные платы полезно для последующей сборки печатных плат и повышает эффективность производства.
Шаг 10: Создание файлов
Перед тем, как проект будет фактически доставлен, его также необходимо проверить с помощью правил проектирования, чтобы убедиться, что макет печатной платы осуществим. После прохождения теста файлы проекта могут быть переданы в производство. Gerber Файлы содержат очень подробную информацию о печатной плате и выполняют функцию важного моста, связывающего физический проект с окончательной и фактической печатной платой.
6 ключевых советов по идеальной компоновке печатной платы
Размещение компонентов
Размещение компонентов требует учета многих факторов, таких как целостность сигнала, электромагнитные помехи и управление температурой. Разделение схемы на различные области снижает прямые помехи от различных функциональных модулей. Связанные компоненты можно объединять вместе, а компоновка печатной платы становится более понятной, а также удобной для проводки и тестирования. Объединение высокоскоростных компонентов близко и одновременно около источника питания уменьшает задержку сигнала и снижает уровень шума.
Ширина трассы и интервал
Правильный интервал очень важен для предотвращения помех, перекрестных помех и коротких замыканий между соседними дорожками. Вообще говоря, чем больше ток, тем шире ширина дорожки. В программном обеспечении для проектирования есть утилиты для поддержания правильной ширины дорожки и интервала в макете печатной платы.
Четкая шелкография и маркировка сборки
Предоставление четкой маркировки и инструкций на шелкографии, включая название, параметры и другую информацию о каждом компоненте, способствует правильному размещению компонентов рабочими на производстве в процессе сборки. В то же время это также может помочь обслуживающему персоналу быстро идентифицировать и выполнять техническое обслуживание.
Рассмотрение целостности сигнала
Целостность сигнала является важным фактором в высокоскоростных печатных платах. Если есть проблема с целостностью сигнала печатной платы, печатная плата не будет работать так, как ожидалось. Согласование импеданса, перекрестные помехи и отражения в печатной плате могут вызвать искажение сигнала. Вы можете выбрать профессиональное программное обеспечение для проектирования, чтобы определить проект компоновки печатной платы и обеспечить целостность сигнала.
Управление температурным режимом
Для компонентов, которые генерируют много тепла, требуется проектирование рассеивания тепла, чтобы гарантировать, что они находятся в подходящем диапазоне температур. Сквозные отверстия могут помочь компонентам рассеивать генерируемое тепло. Радиатор также является методом передачи тепла охлаждающей среде.
Проверка правил проектирования
Правила проектирования печатных плат — это правила, которым необходимо следовать при компоновке печатных плат, в том числе правила электрического проектирования, правила физического проектирования и правила проектирования зазоров. Программа проектирования проверяет проект, чтобы убедиться, что он соответствует спецификациям. Если он не соответствует, его можно оптимизировать и скорректировать вовремя, чтобы повысить надежность проекта.
4 популярных инструмента для проектирования печатных плат для инженеров и дизайнеров
Альтиум Дизайнер
Это очень известное программное обеспечение для проектирования печатных плат. Оно предоставляет надежную библиотеку компонентов, интуитивно понятный пользовательский интерфейс и мощные возможности. Новички найдут это программное обеспечение простым в использовании, и его также используют более опытные пользователи. Есть функция 3D-визуализации, которая показывает содержимое платы в 3D, в то время как проектирование платы полезно для проверки ориентации компонентов платы. Оно также предоставляет интересную функцию для совместной работы групп разработчиков, которая упрощает совместную работу групп разработчиков и ускоряет процесс проектирования.
Каденс Аллегро
Программа автоматизированного проектирования Cadence Allegro ускоряет процесс проектирования, автоматизируя электропроводку, получение схем и проверку правил проектирования. Она имеет функцию улучшения технологичности за счет оптимизации количества просверленных отверстий и позиционирования компонентов. Более продвинутые функции программного обеспечения — 3D-визуализация и возможность проверки правил проектирования. Они могут повысить надежность и качество проекта.
KiCad
KiCad — это программное обеспечение для проектирования с открытым исходным кодом, которое можно использовать бесплатно. Это программное обеспечение чаще всего используется любителями и малым бизнесом. Оно может быстро обмениваться данными с дизайнерами, использующими различные операционные системы, включая Windows, Linux и macOS. KiCad имеет активное сообщество с открытым исходным кодом, где пользователи могут обмениваться и получать доступ к данным проектирования.
EasyEDA
Это бесплатный инструмент проектирования с использованием веб-страницы. Библиотека компонентов мощная, что позволяет пользователям быстро находить необходимые им компоненты, а затем завершать свою работу по проектированию. Однако производительность этого программного обеспечения не подходит для сложных проектов печатных плат из-за его ограниченных функций.
Заключительные слова
Проектирование макета печатной платы — сложный и критический процесс. Комплексно, на этапе проектирования макета должны были быть рассмотрены многочисленные факторы, такие как производительность, стоимость, технологичность и т. д. Учитывая современную тенденцию миниатюризации и высокую производительность современных электронных устройств, макет печатной платы проектируется на платах меньшего размера, что сопряжено с большими трудностями и более высокими требованиями. Это строгий и постоянно инновационный процесс, который играет ключевую роль в разработке печатных плат.
