Projektowanie PCB i oprogramowanie CAD: Poznaj zasady rządzące Twoimi projektami

Co jakiś czas fraza "rządy prawa" staje się częścią rozmów na temat sposobu rządzenia krajami. Sięgając aż do 13. wieku i Wielkiej Karty Swobód, "rządy prawa" mówią o rozwoju pokojowych i sprawiedliwych społeczeństw oraz potrzebie podstawowych praw człowieka. Osoby żyjące pod "rządami prawa" cieszą się

• Równością wobec prawa
• Przejrzystością prawa
• Niezależnym sądownictwem oraz
• Dostępem do środków prawnych.

Bez zasad rządzenia, bylibyśmy świadkami braku spójności prowadzącej do chaosu. To samo dotyczy projektowania PCB. Bez solidnej podstawy zasad elektrycznych i projektowych, szał cyfrowych i analogowych sygnałów działających na różnych częstotliwościach stałby się hałasem. Świat pełen hałaśliwych obwodów wydawałby się mniej przyjemny, gdy inteligentne zmywarki w 9 na 10 domów emitowałyby sygnały wykrywane przez satelity szpiegowskie.

Kiedy używamy oprogramowania CAD do projektowania PCB, zasady elektryczne rządzą procesem układania płyty. Na przykład, po umieszczeniu komponentów, będziesz musiał poprowadzić ścieżki zasilania, masy i sygnału tak, aby ścieżki odpowiadały schematowi i aby zapewnić, że projekt przestrzega zasad integralności sygnału, RF i EMC.

Jest elektryczność w powietrzu

Chociaż istnieją pewne zasady, które są oczywiste wszędzie, mogą one nie być w pełni stosowane do projektowania PCB, gdy stoisz przy komputerze. Do powszechnych zasad elektrycznych dla PCB należą:

• Odległość
• Krótkie obwody
• Nieprzewodząca sieć
• Niepodłączony pin
• Niezanurzony poligon

Odległość: Bez odpowiedniej odległości między ścieżkami PCB może dojść do przebicia. Odległość definiuje minimalną dozwoloną przestrzeń między dowolnymi dwoma obiektami na warstwie miedzianej. W Stanach Zjednoczonych standard UL 60950-1 określa minimalną dozwoloną odległość PCB dla sprzętu informatycznego zasilanego z baterii i z sieci AC. Tabele w dokumentacji standardu określają odległości odległości dla ścieżek w zależności od napięcia roboczego, stopnia zanieczyszczenia, grupy materiałowej PCB oraz powłoki.

Krótkie Zwarcia: Zwiększenie gęstości komponentów na płytce PCB tworzy środowisko dla powstania zwarcia. Często, projekty starają się przeciwdziałać problemom z gęstością poprzez użycie mniejszych padów komponentów. Jednakże, wąska odległość między mniejszymi padami może pozwolić na powstanie mostków lutowniczych. Użycie mniejszych padów prowadzi również do problemów z trasowaniem ścieżek, które z kolei zatłaczają połączenia i wpływają na jakość złącz lutowniczych. Każdy z tych warunków może stworzyć środowisko dla powstania zwarcia.

Istnieje wiele praw ważnych dla przepływu napięcia i prądu.

Nieprzetrasowane Sieci: Po stworzeniu obrysu płytki, proces projektowania PCB przechodzi do umieszczania części i konfiguracji footprintów dla projektowanych urządzeń. Piny każdej umieszczonej części muszą być połączone, zanim będziemy mogli nazwać projekt zakończonym. Nasze narzędzia do projektowania PCB reprezentują każde połączenie między częściami za pomocą przewodu.

Sieć obejmuje cały ciąg punktów, lądowania komponentów i przelotki od pierwszego punktu źródłowego do ostatniego punktu źródłowego. Różne sieci mają różne szerokości ze względu na potrzebę przenoszenia różnych ilości prądu.

Sieć służy jako przewodnik projektowy, który informuje nas, że dwa piny muszą być połączone. Po ustanowieniu sieci, następnym etapem projektowania płytki jest trasowanie połączeń sieciowych między częściami. Proces trasowania przekształca połączenia sieciowe w ścieżki miedziane, które fizycznie łączą części w prototypie PCB.

Zatrasowana sieć ma wszystkie pady komponentów połączone przez ścieżki, łuki, pady, przelotki i poligony. Niezatrasowana sieć reprezentuje złe połączenia, słabe połączenia lub niekompletne połączenia w sieci. Ścieżka, która tylko lekko dotyka przelotki, spowoduje błąd niezatrasowanej sieci.

Niepodłączony Pin: Reguła niepodłączonego pinu dodaje redundancję do ogólnego sprawdzania złych lub niekompletnych połączeń. Niepodłączony pin nie ma przypisanej sieci ani żadnych połączonych ścieżek. Projektując PCB, sprawdź niepodłączone piny na poziomie schematu. Jeśli projekt celowo pozostawia pin niepodłączony, oznacz pin jako „No ERC”.

Niewlane Poligony: Wlanie poligonów symetrycznie równoważy rozkład miedzi na wielowarstwowych PCB. W rezultacie, płyta staje się mniej podatna na wyginanie, wybrzuszanie i skręcanie podczas procesu produkcyjnego. Dobry balans miedzi ma równomiernie rozłożone ścieżki w każdej warstwie na całej PCB. Wypełnianie otwartych obszarów miedzią równoważy miedź w przeciwległej warstwie i zapewnia symetrię.

Gdy rozkład miedzi staje się asymetryczny, obciążenia termiczne spowodowane przez poziomowanie gorącym powietrzem, lutowanie falowe lub rozwój ciepła w procesie przepływowym mogą powodować wykrzywianie PCB. Wygięta płyta deformuje się sferycznie, z czterema rogami płyty w jednej płaszczyźnie. Skręcone płyty deformują się po przekątnej i powodują, że jeden z rogów PCB leży poza płaszczyzną trzech pozostałych rogów.

Upewnij się, że masz odpowiednią i niezbędną symetrię, aby spełnić wymagania projektowe

Kontrole Reguł Elektrycznych Łączą Wszystko

Oprogramowanie CAD do PCB używa Kontroli Reguł Elektrycznych (ERC), aby zweryfikować dokładność schematu i zapewnić, że twój projekt spełnia wszelkie ustalone ograniczenia. Wykrycie naruszenia reguły na schemacie pozwala na skorygowanie błędu przed przeniesieniem procesu ze schematu na układ płytki. Na przykład, Kontrola Reguł Elektrycznych dla zwarcia testuje na obecność zwarcia między obiektami znajdującymi się na warstwach sygnałowych i płaszczyznowych.

Z mocnym oprogramowaniem CAD do PCB możesz mieć elastyczność, aby kojarzyć poziom raportowania ERC z magistralami, symbolami kodowymi, komponentami, wiązkami, sieciami i parametrami. Dzięki tej elastyczności możesz sprawdzać szerokości szczelin, szerokości ścieżek i trasowanie każdego sygnału. Aby skorzystać z tych możliwości oprogramowania, zobacz Altium Designer.

Jeśli chcesz porozmawiać z kimś więcej na temat zasad projektowania i najlepszych praktyk, skontaktuj się z ekspertem w Altium już dziś.