Что такое САПР?
Когда дело доходит до рисование печатных плат, нужно упомянуть программу САПР и дизайн, который представляет собой процесс рисования, проектирования и разработки продукта или концепции с использованием компьютерного программного обеспечения. Программы САПР позволяют нам визуализировать концепции дизайна, что очень полезно не только для рисунок печатной платы, но и для многих других отраслей.
Когда дело доходит до рисование печатных плат, существует множество различных типов программного обеспечения САПР, включая AD, PADS и т. д. Хотя в основном они делают одно и то же, каждая программа САПР работает немного по-разному, поэтому дизайнеры выбирают ту, которая подходит их лучше всего.
Схематический дизайн Процесс проектирования
печатной платы начинается с того, что технический специалист рисует расположение компонентов и электрические соединения на плате, также известный как схематический дизайн. Схема. Он определяет компоненты на печатной плате и способ их соединения, и дизайнеры могут использовать существующие схемы или создавать свои собственные. Разработчики будут запускать симуляции, чтобы проверить, насколько хорошо схема ведет себя как реальная схема.
Это одно из основных преимуществ проектирования САПР: при ручном проектировании печатной платы могут возникнуть некоторые проблемы, которые не замечаются до тех пор, пока схема не будет фактически изготовлена.
Преобразование схемы в компоновку
схемы После того, как схема была протестирована и утверждена, проект должен быть преобразован в фактический чертеж платы в САПР. Отражают размер печатной платы, размещение компонентов и подключение электрической сети.
Обычно в программе САПР есть команда «Переключиться на компоновку» (или аналогичная), после чего дизайнер может размещать компоненты и маркировать их именами и значениями.
Сетки не важны при разработке схемы, но становятся критически важными при редактировании фактической платы. Выберите инструмент перемещения, чтобы переместить детали (операция называется по-разному в разных программах САПР), вращая их, чтобы они подошли к вашей плате. Разработчики избегают переполнения компонентов или пересечения дорожек, так как это может привести к короткому замыканию.
Рисунок печатной платы становится более сложным, когда вы добавляете несколько слоев платы. Дизайнеры обычно размещают один слой по горизонтали, а следующий слой по вертикали, принимая во внимание физические характеристики компонентов, более высокие должны быть размещены в определенных местах, в зависимости от конечного использования платы.
Компоненты должны иметь полную информацию, необходимую для того, чтобы быть частью платы, включая информацию о сверлении, размеры контактных площадок и т. д.
Маршрутизация
На этом этапе дизайнер маршрутизирует соединения между компонентами. Программное обеспечение САПР проложит соединения на основе информации, зафиксированной схемой.
Часто в программном обеспечении САПР есть инструмент «Маршрут», помогающий выполнять трассировку вручную. Однако есть также некоторые программы, которые имеют функцию автоматической маршрутизации. Как упоминалось ранее, при маршрутизации следует избегать пересечения трасс. Если требуются пересекающиеся дорожки, дизайнер сделает их пересекающимися на противоположных сторонах платы.
Переходные отверстия можно использовать для переноса дорожек с одной стороны платы на другую, это просверленные отверстия, в которых медь заливается по фактической схеме. После того, как вся разводка выполнена, программы САПР обычно предоставляют возможность проверить наличие ошибок в рисунок печатной платы, и после исправления всех ошибок проектирование печатной платы завершено, а затем печатной Gerber для производство печатных плат.
4 золотых правила рисунок печатной платы
1. Определите правила проектирования печатных плат перед ее компоновкой
Приступая к разработке новой печатной платы, иногда легко забыть о важных правилах проектирования, которыми руководствуется ваш проект. Есть несколько простых зазоров, которые, если они будут определены на ранней стадии проектирования, позволят избежать необходимости значительного перемещения компонентов и повторной проводки в дальнейшем.
Чтобы проверить свою конструкцию, обратитесь к производителю печатной платы. Хороший производитель обычно публикует свои возможности процесса в Интернете, или вы можете просто отправить им электронное письмо и спросить об их процессе.
Лучше всего убедиться в этом до того, как вы начнете раскладывать компоненты. Как только возможности производителя определены, вы должны выбрать более консервативные схемы проектирования, необходимые для обеспечения технологичности и надежности, и вы можете закодировать их в правилах проектирования вашей платы.
В процессе компоновки эффективные правила рисунок печатной платы помогут вам устранить большинство ошибок проектирования, которые вызывают проблемы при производстве и сборке. После того, как вы установили правила проектирования, вы можете приступить к компоновке компонентов.
Этап размещения компонентов в процессе проектирования топологии печатной платы — это и искусство, и наука. Цель размещения компонентов состоит в том, чтобы создать простую в трассировке плату, в идеале с минимальным переходом между слоями.
Кроме того, дизайн должен соответствовать правилам проектирования и соответствовать требуемой компоновке компонентов. Эти точки может быть трудно сбалансировать, но простой процесс может помочь разработчикам платы разместить компоненты, отвечающие следующим требованиям:
сначала размещайте обязательные компоненты.
Иногда компоненты должны быть размещены в определенных местах из-за механических ограничений корпуса или из-за их размера. Лучше всего разместить эти компоненты и зафиксировать их положение, прежде чем делать остальную часть макета.
Разместите большие процессоры и микросхемы.
Такие компоненты, как микросхемы с большим количеством выводов или процессоры, часто должны быть подключены к нескольким компонентам в проекте. Центральное расположение этих компонентов упрощает разводку на печатной плате.
Старайтесь избегать кроссоверов.
Неразведенные цепи обычно видны, когда компоненты размещены на топологии печатной платы. Лучше всего свести к минимуму количество пересечений. Каждое пересечение требует перехода слоя через переходные отверстия, и реализовать оптимальную трассировку для вашей печатной платы намного проще, если вы можете исключить пересечения трассировки за счет творческого размещения компонентов.
Правила Рисунок Печатной Платы SMD.
Рекомендуется размещать все компоненты устройств поверхностного монтажа (SMD) на одной стороне платы. Основная причина этого заключается в том, что во время сборки каждая сторона платы должна самостоятельно прокладывать припой SMT, поэтому наличие всех SMD на одной стороне поможет вам избежать дополнительных затрат на сборку.
Настройка ориентации компонента.
Компоненты можно поворачивать, чтобы попытаться устранить пересечения и последующие электромагнитные помехи. Попробуйте сориентировать подключенные контактные площадки так, чтобы они были обращены друг к другу, поскольку это помогает упростить разводку.
2. Размещение силовых, заземляющих и сигнальных проводов
Когда компоненты установлены, пришло время проложить силовые, заземляющие и сигнальные провода, чтобы убедиться, что пути сигналов чистые и безошибочные. На этом этапе процесса компоновки помните о следующих рекомендациях:
Размещать питания и заземления как правило
Питание и земля размещаются на двух внутренних слоях. С двойной платой это может быть не так просто, поэтому вы можете поместить большую заземляющую пластину на один слой, а трассировку сигналов и питания — на другой слой.
Для 4-слойных плат и выше следует использовать плоскость заземления, а не пытаться прокладывать дорожки заземления.
Для компонентов, которые должны подключаться непосредственно к источнику питания, рекомендуется использовать общую шину для каждого источника питания, если вы не используете шину питания; убедитесь, что у вас достаточно широкие дорожки (100 миль подходит для 5–10 А) и не запускайте линии электропередач из одной части в другую часть.
В некоторых рекомендациях указано, что размещение слоев должно быть симметричным, но это не является строгим требованием для изготовления. В больших платах это может быть необходимо, чтобы уменьшить вероятность коробления, но в меньших платах это не проблема.
Сосредоточьтесь на доступе к питанию и земле и сначала убедитесь, что все дорожки имеют сильную обратную связь с ближайшей плоскостью заземления, прежде чем беспокоиться о симметрии в стеке печатной платы.
Рекомендации по компоновке
Затем соедините сигнальные линии так, чтобы они соответствовали цепям на схеме. Лучшие практики компоновки печатной платы рекомендуют по возможности размещать короткие прямые дорожки между компонентами, хотя это не всегда возможно на больших платах.
Если размещение компонентов требует горизонтальной разводки дорожек на одной стороне платы, всегда прокладывайте их вертикально на другой стороне. Это одно из многих важных правил проектирования двухслойных печатных плат.
По мере увеличения количества сложенных слоев правила рисование и компоновки печатной платы усложняются. Ваша стратегия маршрутизации потребует чередования горизонтальных и вертикальных трасс в чередующихся слоях, если только вы не отделите каждый сигнальный слой от опорной плоскости.
В очень сложных платах, предназначенных для профессиональных приложений, многие из обычно рекламируемых рекомендаций по компоновке больше не применяются, и вам необходимо следовать рекомендациям по проектированию печатных плат, характерным для вашего приложения.
Определение ширины дорожки
Какой ширины должна быть дорожка на печатной плате? Требуемая ширина трассы для различных сетей зависит от трех возможных факторов:
DFM Технологичность.
Следы не могут быть настолько тонкими, чтобы их нельзя было надежно изготовить. В большинстве случаев вы будете использовать ширину трассы, превышающую минимальный технологический минимум производителя.
Текущий.
Ток, протекающий по дорожке, определяет минимальную ширину, необходимую для предотвращения перегрева дорожки. Когда ток выше, след должен быть шире.
Импеданс.
Высокоскоростные цифровые или радиочастотные сигналы требуют определенной ширины трассы для достижения желаемого значения импеданса. Это не работает для всех сигналов или цепей, поэтому вам не нужно применять контроль импеданса для каждой цепи в правилах проектирования вашей платы.
Для дорожек, не требующих определенного импеданса или сильного тока, ширина дорожки 10 мил подходит для большинства слаботочных аналоговых и цифровых сигналов. Следы на печатной плате, несущие более 0,3 А, возможно, должны быть шире.
Плоскость теплового заземления между компонентом и плоскостью со сквозным отверстием
может действовать как большой радиатор, который затем равномерно распределяет тепло по всей плате. Следовательно, если определенное сквозное отверстие подключено к заземляющей пластине, отсутствие термопрокладки на этом переходном отверстии позволит отводить тепло к заземляющей пластине. Это предпочтительнее, чем удерживать тепло близко к поверхности.
Однако это может быть проблематично, если для сборки сквозных компонентов на плате используется пайка волной припоя, поскольку вам необходимо удерживать тепло близко к поверхности.
При проектировании нарисовать печатную плату разработчику может потребоваться убедиться, что плата может быть изготовлена методом пайки волной припоя или, другими словами, с компонентами со сквозными отверстиями, которые соединяются непосредственно с плоскостью. Поскольку поддержание температуры процесса может быть затруднено, когда переходные отверстия представляют собой паяные соединения, непосредственно соединенные с плоскостью, рекомендуется использовать радиатор для обеспечения поддержания температуры пайки.
Идея отвода тепла проста: он замедляет скорость, с которой тепло отводится к плоскости во время пайки, что помогает предотвратить холодные паяные соединения.
3. Практика компоновки группировки компонентов
Существуют рекомендации по трассировке, как группировать и разделять компоненты и дорожки, чтобы обеспечить простоту трассировки и предотвратить электрические помехи. Эти рекомендации по группировке также помогают в управлении температурным режимом, поскольку вам может потребоваться разделить компоненты высокой мощности.
Объединение компонентов
В рисование печатных плат некоторые компоненты лучше всего размещать вместе в одной области. Причина в том, что они могут быть частью схемы и могут быть соединены только друг с другом, поэтому нет необходимости размещать компоненты на разных сторонах или участках платы.
Во многих макетах есть некоторые аналоговые компоненты и некоторые цифровые компоненты, и вы должны предотвратить взаимодействие цифровых компонентов с аналоговыми компонентами. Десятилетняя практика разделения земли и силовых плоскостей на отдельные области не является допустимым выбором дизайна в современных конструкциях плат.
К сожалению, это все еще проявляется во многих вариантах компоновки платы и вызывает множество проблем с электромагнитными помехами.
Вместо этого используйте полную заземляющую пластину под компонентом и не разделяйте ее физически на несколько секций. Аналоговые компоненты должны работать на той же частоте, что и другие аналоговые компоненты.
Кроме того, размещайте цифровые компоненты рядом с другими цифровыми компонентами. Вы можете думать об этом как о том, что каждый тип компонента занимает различную область над плоскостью заземления в проекте рисование печатных плат, но плоскость заземления должна оставаться неизменной в большинстве конструкций плат.
Разделяющие мощные компоненты
Также подходятИдея разделения этих высокомощных компонентов состоит в том, чтобы сбалансировать температуру печатной платы, а не создавать большие горячие точки в компоновках, которые группируют высокотемпературные компоненты вместе.
Повышение температуры можно рассчитать, сначала обратившись к тепловому рейтингу в техническом описании вашего компонента и на основе расчетного рассеивания тепла. Радиаторы и охлаждающие вентиляторы могут быть добавлены для снижения температуры компонентов, и вам, возможно, придется тщательно сбалансировать размещение и соединения этих компонентов при разработке стратегии разводки, что может быть непросто.
4. Идеальный дизайн и компоновка печатной платы
В конце дизайнерского проекта легко растеряться, когда вы изо всех сил пытаетесь собрать остальные части вместе и сложить их вместе. На этом этапе безопаснее сделать несколько проверок вашей работы.
Всегда рекомендуется использовать проверки электрических правил (ERC) и правил проектирования (DRC), чтобы убедиться, что вы соблюдаете все установленные ограничения. Используя обе системы, вы можете легко определить ширину зазоров, ширину дорожек, общие производственные требования, требования к высокоскоростным электрическим цепям и другие физические требования для вашего конкретного приложения, что автоматизирует проверку топологии печатной платы для ее проверки.
Приведенный выше список предложений, хотя и краткий и довольно простой, должен помочь вам быстро разработать функциональную, технологичную печатную плату.
Если вы хотите разработать более сложный печатных плат, но не хотите тратить слишком много времени, вы можете связаться с ПС Электроникс, чтобы реализовать для вас набор эффективных и технологичных печатных плат.