Печатные платы (PCB) уже много лет являются неотъемлемой частью электроники. С годами электронные устройства становятся все меньше и сложнее, как и печатные платы, необходимые для эффективного соединения компонентов. Поскольку робототехнику и электронику начинают изучать еще в начальной школе, искусство компоновки печатных плат становится все более значимым. Ниже рассмотрены 11 распространенных мифов о компоновке печатных плат.
Как только разработка электрической схемы завершена — работа закончена
Ничего подобного. Компоновка печатной платы из электрической схемы выглядит как простой двухэтапный процесс: разместите необходимые компоненты и подключите провода / дорожки к соответствующей точке на компонентах. Однако при переходе от схемы к готовой конструкции печатной платы, подходящей для прототипа или производства, необходимо учитывать множество факторов. Некоторые из них включают в себя физические конструктивные ограничения (размер и расположение деталей, ориентация деталей на противоположной стороне печатной платы), электрическое взаимодействие между сигналами различных значений, рассеяние тепла и искажение сигнала из-за длины провода / дорожки. Все это и многое другое все еще требует инженерного подхода для создания рабочего прототипа.
Макет печатной платы для прототипирования и производства аналогичны
В зависимости от цели вашего проекта, вы можете сделать совершенно разные варианты компоновки используемых компонентов. Для прототипа или проверки концепции, вы можете выбрать детали с монтажными отверстиями (промежуточные элементы которые позволят максимально быстро и просто собрать работающий прототип) для максимально возможного их количества. Они относительно недорогие и их легко припаять к вашей печатной плате.
Тем не менее, в производственном проекте вы хотите избежать использования деталей с монтажными отверстиями в пользу деталей для поверхностного монтажа. Промежуточные элементы дорого собирать, они объемны и могут значительно увеличить производственные затраты из-за увеличения размера платы, количества слоев, задержек с наличием компонентов и так далее. Кроме того, сокращение количества уникальных деталей в спецификации материалов — это еще один способ минимизировать себестоимость продукции.
Компоненты могут быть размещены практически в любом месте на печатной плате
Планирование компоновки вашей печатной платы в терминах модулей, аналогично вашей схеме, является гораздо более эффективным способом компоновки вашего дизайна. Компоненты, расположенные близко друг к другу на схеме, также должны находиться в непосредственной близости на макете. Большинству разработчиков нравится думать о дизайне с точки зрения модулей. Одной из распространенных ошибок в компоновке является игнорирование физической высоты компонента и его расположения относительно корпуса или соседних плат.
Распределение мощности не является критически важным элементом компоновки
Подача питания имеет решающее значение в производительности любой электрической цепи. Некоторые детали требуют гораздо большей мощности, а иногда и наличие источника бесперебойного питания, чем другие. Это должно быть учтено на ранних стадиях проектирования, иначе производительность пострадает.
Подавать питание на все различные компоненты на печатной плате можно несколькими способами. Но, независимо от метода, его необходимо спланировать так, чтобы подавать «правильный ток» на каждый компонент без создания дополнительного падения напряжения из-за лишних последовательно включенных с источником питания компонентов, создания более длинных дорожек или «подавления тока» с помощью размеров дорожек или исчезновения напряжения питания из-за плохого контакта токоведущих элементов (места контактов с плохо расположенными сквозными переходами, ограничивающая ток).
Стандартные настройки DRC применимы для всех конструкций
Наилучшая стратегия получения печатной платы, когда вы хотите и как хотите, с затратами, которые может позволить себе ваш проект, — это знать вашего производителя печатных плат и адаптировать настройки «в инструменте проектирования» для проверки правил разработки (DRC), когда это возможно. Работа с надежным производственным партнером (максимально используя его сильные стороны) максимизирует вероятность успеха проектирования печатных плат. То, что вы можете создать ее макет виртуально в специализированном программном обеспечении вовсе не означает, что каждый производитель печатных плат может создать ее реальный, физический, а не виртуальный, образец.
Другим инструментом, который экономит время и ненужные затраты для проекта, является анализ конструкции для производства (DFM) вашего готового проекта производителем до его изготовления. Если ваш производитель печатных плат вносит предложения по улучшению, возможно, стоит потратить немного усилий, чтобы изменить дизайн для обеспечения более надежного и экономичного продукта. Возможно, вы даже захотите остановить текущий производственный цикл и переделать дизайн, прежде чем продолжить. Хотя это звучит больно, но отзыв с рынка готовой продукции, выходящих из строя из-за производственных дефектов, вызванных недостатками конструкции, еще хуже.
Любой компонент, имеющийся в библиотеке, готов для размещения на макете
Не все компоненты библиотеки являются одинаковыми. Расхождения часто существуют между компонентами и техническими данными. Иногда это зависит от размера, назначения контактов или даже ориентации. На этапе макета все может выглядеть хорошо, но когда физическая часть не умещается в занимаемой площади, могут возникнуть задержки, связанные с изменениями размещения, а иногда и полной заменой компонентов. Потратьте дополнительное время, чтобы убедиться, что деталь соответствует спецификации. Помните, что для уничтожения проекта или существенного изменения его сроков выхода на рынок требуется всего один плохой компонент.
Группировка похожих компонентов в дизайне — хорошее использование пространства
Может показаться, что группирование похожих частей печатной платы в общую область является наилучшим использованием пространства, но, как мы уже обсуждали выше, эти части должны располагаться в относительной близости на схеме, ограничивая расстояние, на которое сигнал должен «путешествовать» и устранение ненужных «маршрутов» на печатной плате. Это особенно актуально для микроконтроллеров и их заглушек.
Минимизация длины дорожек от контроллера до заглушки устраняет шум от источника питания, создавая лучший результат. Иногда по схеме все разделительные конденсаторы группируются на одной стороне, вдали от выводов компонентов, которые они обслуживают. Вам нужно будет выполнить эту связь и разместить эти части логически, чтобы обеспечить правильную работу схемы.
Автоматическая маршрутизация макета печатной платы после размещения компонентов экономит время и деньги
В то время, как цель автоматического маршрутизатора заключается в том, чтобы максимально эффективно разместить электронные компоненты, выполнение алгоритма все же не на 100% надежно. Часто результаты полностью автоматической маршрутизации печатной платы могут соединить все необходимые точки, но это может привести к плохой конструкции с точки зрения электрики и технологичности. Проложите маршрут питания / земли, проложите любые критические сети; затем, если нужно, запустите авто-роутер. После завершения автогенерации вернитесь назад и посмотрите, сможете ли вы отредактировать плохо проложенные дорожки?
Все дорожки имеют одинаковую ширину
Дорожки печатной платы иногда имеют требования к сопротивлению, которые будут определять их ширину. Убедитесь, что эти требования учтены при их маршрутизации. Кроме того, текущая нагрузка на сеть должна учитываться перед разведением печатной платы. Дорожки с большой токовой нагрузкой должны иметь достаточно большой размер, чтобы выдерживать рабочий ток без перегрева. Для удобства можно использовать калькулятора ширины трассировки, которые сейчас есть в онлайн доступе и ими можно воспользоваться бесплатно.
Я провел все испытания печатной платы в среде разработке, а значит все выполнено отлично
Даже самые мощные инструменты анализа конструкции имеют ограничения по степени правил проектирования. Они просто не могут заменить хорошие инженерные практики. Примером являются пути возврата на землю. DRC может проверить, что они существуют, но не обязательно сможет определить размер, длину пути и геометрию трассы, чтобы высчитать наиболее оптимальный результат с точки зрения электротехники.
Теперь, когда разработка завершена, осталось только экспортировать файл из САПР и заказать печатную плату
К сожалению, в процессе экспортирования большинства инструментов есть подводные камни, которые могут привести к тому, что производитель печатных плат увидит один прототип, а вы увидите другой в инструменте проектирования (САПР или CAD). Проверьте выходные файлы перед отправкой их для изготовления.
По мере того, как возрастает потребность инженеров, изобретателей и любителей в создании печатных плат для своих проектов, растет и потребность в передаче знаний по компоновке печатных плат. Осознание мифов о компоновке и соответствующей их корректировке может уменьшить время выхода продукции на рынок и стоимость проекта, просто сократив объемы проектирования и дополнительно устраняя неисправности и инженерные оценки, которые были проделаны за долго до вас.
Небольшое видео об изготовлении печатных плат
