 |
|
|
|
ARTYKUŁY Elektronika „Złote zasady” projektowania płytek drukowanych nigdy się nie zmienią |
|
Pomimo rosnącego stopnia integracji układów scalonych, dostępności specjalistycznych SoC (System-on-a-Chip) przeznaczonych do różnych zastosowań i ogromnej oferty gotowych do użycia już po wyjęciu z pudełka, dobrze wyposażonych płytek ewaluacyjnych, nadal w wielu wypadkach wymagają one indywidualnego zaprojektowanie płytki drukowanej. Nawet dla rozwiązań jednostkowych odgrywa ona ważną rolę, ponieważ jest platformą spajającą oraz mocującą komponenty, a jednocześnie elementem najłatwiej poddającym się modyfikacjom. Poniżej znajdziecie tzw. „złote zasady” projektowania płytek drukowanych.
Mimo upływu czasu – płytki zostały wprowadzone do sprzedaży 25 lat temu – zasady te nie uległy zmianie. Można je stosować do każdego projektu i są użyteczne zarówno dla zaznajomionych z technologią inżynierów – konstruktorów i projektantów, jak i początkujących.
Rozpoczynając projekt nie można zapomnieć o poniższych zasadach. Nie są one podane w kolejności chronologicznej lub według hierarchii ważności, ale zastosowane wspólnie mogą pomóc w osiągnięciu zauważalnej poprawy parametrów każdego urządzenia elektronicznego.
Konstruktor lub projektant płytki drukowanej powinien wybierać system, który najlepiej pasuje do jak największej liczby używanych komponentów, jak to możliwe. Dzięki możliwościom współczesnych programów używanie różnych gridów może wydawać się nieskomplikowane, jednak długofalowe myślenie o projekcie może ustrzec przed problemami z ułożeniem komponentów, zachowaniem odstępów pomiędzy nimi i umożliwić optymalne wykorzystanie przestrzeni na płytce. Wiele podzespołów jest oferowanych w obudowach o różnej wielkości, więc konstruktor może wybrać je zgodnie z preferencjami.
Ważnym kształtem podczas wypełniania obszarów miedzią na płytce drukowanej jest wielokąt. Płytka, na której jest używane wiele gridów, może powodować deformacje kształtów wielokątów, co powoduje nierównomierne wypełnienie obszarów – nieużywanie standaryzowanego może powodować więcej problemów, niż to warte.
Niby jest to oczywiste, ale o tej zasadzie należy pamiętać na każdym etapie projektowania płytki nawet, jeśli oznacza to prowadzenie ścieżek pod elementami w celu optymalizowania ich długości. Tej zasady należy przestrzegać przede wszystkim w obwodach analogowych i szybkich cyfrowych, bo w nich impedancja i efekt pasożytniczy połączeń mają szczególny wpływ na ograniczenie niezawodności systemu.
Używanie funkcji pokrywania miedzią połączeń zasilania jest dostępne i łatwe w większości programów do projektowania płytek drukowanych. Jej użycie powoduje zwiększenie przekroju połączeń zasilających i rzeczywiście pomaga upewnić się, że zasilanie jest dostarczane sprawnie, przy zachowaniu minimalnej impedancji i niewielkiego spadku napięcia oraz że ścieżka powrotu jest poprawna. Jeśli to możliwe, należy prowadzić wiele linii zasilających na tym samym obszarze płytki. Warto pamiętać, że jeśli powierzchnia masy zajmuje duży obszar na pojedynczej warstwie, to może ona mieć pozytywny wpływ na pracę obwodu poprzez zmniejszenie przesłuchów pomiędzy ścieżkami biegnącymi na warstwach przyległych poniżej i powyżej.
Dla przykładu, należy umieszczać komponenty dyskretne współpracujące ze wzmacniaczem operacyjnym tak blisko niego, aby kondensatory bocznikujące i rezystory dosłownie przylegały do obudowy układu wzmacniacza. Pomaga to w zachowaniu „Zasady 2” oraz umożliwia łatwe testowanie obwodu i lokalizowanie usterek.
Producenci płytek używają pewnej standardowej wielkości laminatu potocznie nazywanej formatką i dlatego przy produkcji pojedynczej płytki nierzadko umieszcza się ją na kilkakrotnie większej powierzchni, która jest marnowana. Projektant powinien dostosować wielkość płytki do wielkości formatki pasującej do wyposażenia używanego przez producenta lub powielić ją tyle razy na pojedynczej formatce, aby jak najlepiej wykorzystać dostępną powierzchnię. Obniży to koszt prototypu i produkcji. Oczywiście, trzeba rozpocząć od zaprojektowania pojedynczej płytki. Następnie należy skontaktować się z wybranym producentem, aby otrzymać od niego wymiary dostępnych formatek. Po skontrolowaniu reguł projektowania, skopiować i jak najlepiej rozmieścić zaprojektowaną płytkę w ramach wybranej formatki.
Konstruktor urządzenia może zastosować komponenty dyskretne, które w pewnym zakresie wartości pracują tak samo i nie wpływają na funkcjonowanie obwodu. Dotyczy to zwłaszcza niektórych zastosowań elementów biernych, takich jak rezystory, kondensatory, dławiki itp. Używanie komponentów o wartościach z typoszeregu, jednakowych w obrębie płytki, upraszcza wykaz elementów i powoduje, że zmontowana płytka prawdopodobnie będzie tańsza. Ułatwia również decyzje zakupowe, także w dalszej perspektywie, zwłaszcza, jeśli w kolejnych urządzeniach będą wykorzystywane te same preferowane komponenty.
Wykonanie przez program funkcji DRC nie zajmuje dużo czasu, a jej częste uruchamianie może zaoszczędzić wiele godzin pracy nad bardziej złożonymi projektami i jest bardzo dobrym nawykiem. Każda decyzja podejmowana odnośnie projektu płytki jest istotna, a funkcja DRC upewnia projektanta, że zmiany zostały wykonane zgodnie z regułami obowiązującymi dla danego projektu.
Nadruk informacyjny może być używany do prezentowania użytecznych informacji dla montażysty, serwisanta, inżyniera testującego lub nawet instalatora czy operatora urządzenia. Oczywiste wydaje się umieszczanie na warstwie nadruku komunikatów lub opisu funkcji czy punktów testowych, jednak równie ważne jest odpowiednie oznaczenie wszędzie tam, gdzie to możliwe poprawnej orientacji komponentów i złącz. Nawet jeśli numer komponentu zaczyna się lub kończy pod jego obudową, to jest użyteczny. Używanie pełnych opisów na obu widocznych warstwach płytki może zmniejszyć nakład pracy i usprawnić produkcję.
Kondensatory filtrujące zasilanie nie są rozwiązaniem opcjonalnym. Nie wolno podejmować prób „optymalizowania” projektu przez unikanie stosowania kondensatorów filtrujących, odprzęgających linie zasilające, ufając granicznym parametrom komponentów podanym w kartach katalogowych. Kondensatory są niedrogie, wytrzymałe i łatwe w użyciu, więc warto poświęcić nieco czasu włączając je we wszystkich możliwych miejscach z jednoczesnym zachowaniem „Zasady 6”, która mówi o używaniu zakresu wartości standardowych.
Większość programów do projektowania płytek umożliwia łatwe wygenerowanie plików dla producenta w formacie Gerber. Nie trzeba do tego szczególnych umiejętności. Dlatego warto na koniec projektu utworzyć pliki produkcyjne w formacie Gerber i zweryfikować je przed wysłaniem do producenta. Większość fabryk zrobi to za projektanta bezpośrednio po odebraniu zbiorów, ale i tak warto zrobić to samodzielnie. Pliki można przejrzeć np. za pomocą jednej z wielu darmowych przeglądarek zbiorów w formacie Gerber dostępnych w Internecie. Należy przy tym sprawdzić czy otrzymany rezultat jest zgodny z oczekiwaniami, co może ustrzec przed nieporozumieniami i umożliwi zauważenie błędu przed jego nieumyślnym utrwaleniem na zawsze we włóknie szklanym, żywicy i miedzi.
Przy projektowaniu płytek drukowanych warto zachować powyższe "złote zasady". Ich przestrzeganie w czasie pracy nad projektem jest kluczowe, ponieważ w rezultacie będzie można uzyskać większą niezawodność i wydajność każdego obwodu zmontowanego z jej użyciem. Z drugiej strony, każdy początkujący projektant, który je opanuje i przyswoi skróci czas nauki i podniesie poziom zaufania do projektowanych przez siebie płytek.
Edwin Robledo jest Dyrektorem Technicznym w firmie CadSoft w USA. Pracuje w firmie od 20 lat. Jorge Garcia jest członkiem Zespołu Wsparcia Technicznego w firmie CadSoft.
| REKLAMA |
|
|
| REKLAMA |
|
|
