Проекты печатных плат — подробное руководство по основным шагам и правилам проектирования

Процесс проектирования печатной платы включает в себя трудоемкие шаги, которые должны выполняться по максимуму. Несоблюдение инструкций часто стоит дизайнерам печатных плат в их дизайн-проектах.

Поэтому мы изложили правила, этапы проектирования печатных плат и несколько бесплатных программ для проектирования, которые вы можете попробовать для повышения надежности, производительности и функциональности.

Что такое дизайн печатной платы?

Проектирование печатной платы — это процесс, который включает в себя использование программного обеспечения для компоновки, чтобы совместить трассировку и размещение компонентов. Комбинация дополнительно определяет электрические соединения на печатной плате, тем самым оживляя ее физически.

(процесс проектирования электронной схемы) 

Правила процесса проектирования печатных плат

Соблюдение правил правильного проектирования платы часто ограничивает ненужные задержки и обслуживание печатной платы и обеспечивает высокую скорость печатной платы. Хотя концентрация на проектировании схемы и выборе компонентов имеет решающее значение, игнорирование правил может стоить вашему проекту цифровых и физических затрат.

Итак, каковы некоторые из правил при проектировании для технологичности?

Правила проектирования печатных плат для аналоговых схем

Процесс компоновки включает в себя;

1. Обеспечение четкого обратного пути аналогового сигнала и заполнение путей короткими и прямыми следами компонентов. Прегражденные пути вызывают ненужный шум, поскольку возвращающийся аналоговый сигнал проходит вблизи плоскости земли при определении прямого и кратчайшего пути к источнику.
2. Во-вторых, используйте аналоговую заземляющую пластину, чтобы отделить ее от цифровой плоскости, чтобы избежать помех.
3. В-третьих, поддерживайте уровни прямого и короткого сигнала. Это предотвращает электромагнитные помехи в элементах печатной платы из-за несоответствия импеданса, вызывающего отражения на более высоких частотах.
4. Затем разделите разделы на аналоговые и цифровые схемы, чтобы свести к минимуму шум. Кроме того, не подключайте части аналоговой схемы к высокоскоростным цифровым компонентам, так как это предотвратит влияние шума.
5. Наконец, плотно разместите аналоговый компонент, чтобы упростить прямую маршрутизацию и разделить цифровые и аналоговые схемы.

Проверка правил проектирования печатных плат SMD

Обычно поддержание хорошего расстояния между электронными компонентами и несколько номеров трасс упрощает спринт по наземному маршруту.

(микрочип с технологией поверхностного монтажа)

Правило для вариантов маршрутизации

Во-первых, выбранный вами пакет компонентов для поверхностного монтажа влияет на вариант трассировки. Кроме того, на ваш выбор могут повлиять пространство разветвления и сложность маршрута. Поэтому вы можете выбрать либо;

Односторонняя трассировка печатных плат Используется в простых схемах с ограничениями и должен иметь достаточный зазор для сверления отверстий, компонентов, края платы и дорожек.

Двусторонняя разводка печатных плат Здесь использование верхней и нижней поверхностей обеспечивает превосходное пространство для компонентов и маршрутизации.

Правило выбора компонента

Знайте правильный тип упаковки для SMD для использования в компонентах со сквозными отверстиями или SMD, поскольку он определяет изготовление платы и сборку печатной платы.

Советы по проектированию двухслойной печатной платы

Производители часто создают платы с двухслойной печатной платой с ограниченными характеристиками. Таким образом, становится сложной задачей разводка корпусов BGA, таких как FPGA или высокопроизводительные микропроцессоры, на проектной плате.

К счастью, вы можете решить проблему, следуя приведенным ниже советам.

1. Во-первых, не всегда придерживайтесь стандартных рекомендаций. Например, использование медного наполнителя может оказаться сложной задачей, в отличие от разводки питания в виде дорожек. Кроме того, вы можете подключить три конденсатора с низкой индуктивностью контура (до 22 мкФ), а не использовать три отдельных конденсатора для выводов питания (1 мкФ, 10 мкФ и 0,1 мкФ).
2. По возможности используйте только один возврат для каждого цифрового сигнала на всех разъемах, чтобы избежать дребезга земли/шумов переключения.

Схема, объясняющая отскок земли

<старт ="3">

Кроме того, поместите большие развязывающие конденсаторы, такие как MLCC емкостью 22 мкФ, рядом с выводом питания микросхемы. Конденсатор может быть в компактном корпусе с номинальным напряжением, примерно в 2 раза превышающим рекомендованное для рельсового применения.

В-четвертых, создайте короткий маршрут на нижнем слое/медной плоскости, иногда используя обратные ремни для сокращения. Процедура обеспечивает низкое поддержание взаимной индуктивности в обратном тракте сигнала (повышенная целостность сигнала).

Кроме того, используйте разнесенные трассировки сигналов и настройку компонентов для менее загруженной маршрутизации.

Затем разместите компоненты заземления и маршрутизации на втором уровне, а пути прохождения сигнала и питания останутся на первом уровне. Здесь вы будете использовать прочную заземляющую пластину под проектной платой.

Наконец, используйте диаметр сверления 13 мил, широкую сигнальную дорожку 6 мил (с постоянным током 1 А) и силовые дорожки шириной 20 мил (удерживающие 3 А постоянного тока). Крошечные функции обеспечивают высокую плотность маршрутизации при низких затратах.

Правила проектирования 28-слойной печатной платы

Рекомендации по 28-слойным конструкциям печатных плат минимизируют риск ошибок, снижая затраты при изготовлении платы. Также обратите внимание, что производители предъявляют различные требования. Таким образом, правило для платы высокой мощности может также различаться с точки зрения изоляции питания, размера дорожек и расстояния между ними.

Правила подключения компонентов

Электрические свойства следующие:

1. Убедитесь, что сигнальная линия не выглядит закольцованной, а линия заземления и линия электропередач расположены по радиусу.
2. Во-вторых, апертура должна быть 40 милов, а прокладка должна быть 60 милов в двойном ряду.
3. Кроме того, сквозной компонент не должен быть менее 30 милов.
4. Далее, межстрочный интервал должен быть выше 10 мил, выход и вход ЦП> 8/10 мил, шнур питания> 18 мил (очень широкий) и сигнальная линия> 12 мил.
5. Наконец, нарисуйте проводку так, чтобы область проводки находилась в пределах 1 мм вокруг монтажного отверстия и на расстоянии ≤1 мм от края печатной платы.
6. 4-слойная конструкция печатной платы

Схема 4-слойной печатной платы имеет дорожки/сигналы питания + формы, эталонный GND, разделенный VOUT/VIN и GND питания. Залейте неиспользуемые области медным слоем Vout, Vin и GND. Затем подключите все контактные площадки блока питания к верхнему слою.

Пошаговое руководство по проектированию печатных плат

Как разработчик печатных плат, используйте метод сборки, указанный в руководстве, для достижения цели качественного проектирования вашей печатной платы.

• Всегда учитывайте электрические параметры вашей системы компоновки платы, например ограничения по емкости, интегральные схемы, напряжения и т. д. 
• Во-вторых, создайте принципиальную схему, с помощью которой вы будете проектировать печатную плату на электрическом уровне ее функции/назначения.
• Затем создайте топологию печатной платы с помощью программного инструмента для ввода схем, такого как Altium Designer. Он покажет, где разместить компоненты и работу платы в предполагаемом устройстве.
• После этого спроектируйте стек печатной платы, так как он будет определять импеданс (насколько быстро/сколько электричества проходит по дорожке печатной платы).
• В-пятых, определите требования и правила проектирования с помощью критериев приемлемости и стандартов IPC. Кроме того, вы можете найти поставщика печатных плат, знающего стандартные правила, чтобы ограничить задержки проекта и постоянные изменения.
• Теперь аккуратно поместите компоненты, используя лист данных, на каждый из них с помощью расплавленного припоя. Затем вы можете приступить к размещению с помощью механической компоновки и дизайна печатной платы.

(электронные компоненты)

• Вставьте просверленные отверстия в зависимости от соединения и компонентов. Половина гибких печатных плат имеют двойные стороны, то есть они соединяются с отверстием в самом нижнем слое.

(гибкая схема)

• Позже проложите отдельные дорожки после шнуровки просверленных отверстий и компонентов, таких как пассивные компоненты. Затем включите маркировку, этикетки и идентификаторы в компоновку платы, чтобы показать, где на плате находятся определенные компоненты.
• И последнее, но не менее важное:создайте файлы макета/дизайна, когда схема платы будет завершена. Теперь вы официально готовы к сборке, производству и изготовлению печатных плат (от концепции до производства).

Лучшее бесплатное ПО для проектирования печатных плат

Этот раздел содержит составленный список законных и бесплатных программ/инструментов для проектирования печатных плат для любителей.

Они следующие:

1. DipTrace; Это программное обеспечение для проектирования с простой в использовании функцией, которая не ставит под угрозу его функциональность. Более того, он идеально подходит для всех уровней обучения и может работать в таких системах, как Linux, Mac и Windows.
2. EasyEDA; Помимо того, что EasyEDA является бесплатным, он предоставляет средство для совместной работы, инструмент управления проектами, конструктор библиотек, редактор печатных плат и мощный инструмент для захвата схем. Кроме того, он имеет неограниченную функциональность (работает как в автономном, так и в онлайн-режиме) и может работать в ОС Linux, Mac и Windows.

EasyEDA

<старт ="3">

Производитель схем; Это позволяет проектировать без ограничений по размерам печатной платы и до 16 слоев плоскости + 16 сигналов. Это также может помочь в проверке правил проектирования, встроенной 3D-визуализации и расширенной маршрутизации. Однако он работает только в Windows.

Autodesk Eagle Инструмент проектирования имеет редактор компоновки печатных плат для проектирования печатных плат и редактор схем для создания принципиальных схем. Помимо того, что он доступен для Mac, Linux и Windows, он имеет такие функции, как обширный библиотечный контент, разводка печатных плат, размещение компонентов и т. д.

Осмонд ПХБ Это единственное программное обеспечение для проектирования EDA на основе MAC, которое поддерживает проектирование компоновки печатных плат и ввод схем. Кроме того, он может проектировать платы с количеством контактов до 700, имеет несколько слоев платы и неограниченные размеры платы.

Фритцинг; Это идеальный инструмент проектирования печатных плат для нескольких образовательных ресурсов, поскольку он поддерживает простые схемы с программным обеспечением для переноса проектов на печатные платы, паяные платы или макетные платы без пайки.

KiCad KiCad — популярная программа проектирования с открытым исходным кодом, которая связана с FreeCAD для физического проектирования, поддерживает GitHub для контроля версий и интегрируется с моделированием схем (Ngspice). Несмотря на несколько старомодную структуру библиотеки, он обладает мощным набором функций и возможностей для экспертов и новичков.

Легко применимый редактор графических макетов (EAGLE); Это программа проектирования EDA, предлагающая разработчикам обширный библиотечный контент, разводку печатных плат, размещение компонентов и т. д. Кроме того, она может сохранять файлы сверления Sieb &Myer и Excellon, а также файлы макетов PostScript и Gerber.

Заключение

Подводя итог, мы, возможно, изложили некоторые правила проектирования печатных плат и предоставили список программных инструментов. Тем не менее, мы могли бы упустить из виду некоторые проблемы дизайна. Поэтому, если вам нужна помощь, свяжитесь с нами сегодня, и мы свяжем вас с инженером-экспертом из нашей команды для помощи.