В этой статье мы представляем некоторые из золотых правил проектирования печатных плат, которые в значительной степени остаются неизменными с тех пор, как 25 лет назад впервые появилось коммерческое проектирование печатных плат. Эти правила, как правило, применимы к любому проекту печатной платы и послужат полезным руководством как для студентов-электротехников, так и для более опытных разработчиков.
Ниже приведены десять полезных элементов, которые разработчики электроники должны учитывать или применять при проектировании печатных плат для коммерческого производства с использованием программного обеспечения для проектирования. Они не расположены в хронологическом порядке и не имеют определенного уровня важности, но вместе они существенно влияют на любой проект.
Правило 1: Используйте правильную сетку. Найдите сетку, расстояние между элементами которой соответствует количеству используемых компонентов, и максимально используйте доступное пространство. Хотя идея использования нескольких сеток может показаться привлекательной, немного дополнительного обдумывания на ранней стадии проектирования может предотвратить проблемы, связанные с пространством, и позволит вам максимально использовать потенциал платы. Воспользуйтесь тем фактом, что многие устройства доступны в различных размерах. Кроме того, поскольку форма многоугольника важна при нанесении меди на плату, а платы с несколькими сетками часто демонстрируют несоответствия в заполнении многоугольника, использование более чем одной сетки может усложнить задачу.
Правило 2: Дорожки должны быть как можно короче и прямее. Звучит просто и очевидно, но помните об этом правиле всегда, даже если это означает, что вам придется изменить компоновку части платы для оптимизации длины дорожек. Это особенно важно для высокоскоростных аналоговых и цифровых схем, где импеданс и паразитные эффекты могут ограничивать производительность системы.
Правило 3: По возможности используйте заземляющую плоскость для управления распределением линий и заземления. Заполнение заземляющей плоскости — быстрый и простой вариант в большинстве программ для проектирования печатных плат. Это обеспечивает достаточное количество меди для общих соединений и действительно помогает гарантировать максимально эффективный поток питания с минимальным сопротивлением или падением напряжения, а также адекватные заземляющие выводы. По возможности прокладывайте несколько силовых линий в одной и той же области платы, и помните, что если заземляющая плоскость проложена по очень большому участку слоя, это может положительно повлиять на обратную связь между линиями, проложенными выше или на соседних слоях.
Правило 4: При необходимости группируйте связанные компоненты и контрольные точки вместе. Например, разместите дискретные компоненты, необходимые для операционного усилителя, близко к устройству, так чтобы конденсаторы и шунтирующие резисторы находились рядом с ним. Это помогает с требуемой длиной дорожек согласно Правилу 2 и упрощает тестирование и поиск неисправностей.
Правило 5: Создавайте панели вашей печатной платы, многократно копируя её на плату большего размера. Использование размера, наиболее подходящего для оборудования, используемого выбранным вами производителем, позволит снизить затраты на прототипирование и производство. Начните с компоновки платы в виде панели. Свяжитесь с производителем, чтобы узнать его предпочтительные размеры панелей. Затем, после того как вы скорректируете правила проектирования, постарайтесь многократно повторить свой дизайн на панели нужного размера.
Правило 6: Объедините значения компонентов. Как разработчик, вы, вероятно, выбрали несколько дискретных компонентов с различными значениями, которые функционируют одинаково. Объединение этих компонентов в стандартный диапазон значений упрощает спецификацию материалов и, вероятно, будет более экономичным. Кроме того, принятие решений о долгосрочном складском запасе упрощается, если у вас есть несколько плат, основанных на предпочтительных значениях компонентов.
Правило 7: Как можно чаще проверяйте правила компоновки. Функция DRC в программном обеспечении для проектирования печатных плат, предназначенная для этой цели, быстрая и простая, а частая проверка правил может сэкономить вам часы работы над гораздо более сложными проектами. Это отличная привычка. Каждое решение по компоновке платы важно, и постоянная проверка правил компоновки гарантирует, что вы всегда будете помнить о самых важных факторах.
Правило 8: Используйте шелкографию с умом. Шелкография может использоваться для передачи полезной информации разработчику печатной платы, инженерам по техническому обслуживанию или тестированию, и даже человеку, устанавливающему или эксплуатирующему устройство. Четкие обозначения функций и контрольных точек очевидны, но при этом следует по возможности учитывать ориентацию компонентов и разъемов. Аннотации используются, даже если после сборки они иногда оказываются закрытыми компонентами. Использование шелкографии с обеих сторон платы может уменьшить необходимость доработок и упростить производство.
Правило 9: Использование развязывающих конденсаторов не является необязательным. Не пытайтесь оптимизировать свою схему, избегая развязки линий и полагаясь на абсолютные пределы, указанные в технических характеристиках компонентов. Конденсаторы недороги и долговечны. По возможности уделите время их установке и помните о правиле 6 об использовании диапазона стандартных значений, чтобы избежать проблем с запасами.
Правило 10: Сгенерируйте собственные данные для производства печатных плат и проверьте их перед отправкой плат в производство. Большинство производителей плат делают это непосредственно из загруженного файла, но если вы сначала загрузите свои файлы Gerber и проверите их с помощью бесплатного инструмента, чтобы убедиться, что они соответствуют вашим ожиданиям, вы сможете избежать недоразумений. Вы даже можете обнаружить ошибки непреднамеренно до того, как они будут окончательно нанесены на стекловолокно, смолу и медь.
Поскольку схемы становятся все более открытыми для обмена информацией, а все больше проектных групп полагаются на типовые проекты, мы считаем крайне важным продолжать соблюдать эти правила при проектировании печатных плат (PCB). Твердое понимание основ позволяет разработчикам сохранять гибкость, необходимую для повышения ценности своей продукции и получения максимальной отдачи от каждой разработанной ими платы. Наконец, любой, кто только начинает заниматься проектированием печатных плат, будет учиться гораздо быстрее и обретет большую уверенность, если будет постоянно помнить об этих основных правилах.
Эдвин Робледо (@CadSoftTech) — генеральный директор CadSoft USA, работает в компании уже 20 лет. Хорхе Гарсия — сотрудник службы технической поддержки.
Автор:
Эдвин Робледо и Хорхе Гарсия из CadSoft
