Что такое проектирование печатных плат? Проектирование печатных плат относится к проектированию печатных плат.Проектирование печатных плат основано на схемах электрических цепей для реализации функциональности, требуемой разработчиком схем. Проектирование печатных плат представляет собой процесс создания физической структуры электронных продуктов, преобразующий абстрактные схемы электрических цепей в пригодные для производства физические макеты плат, которые напрямую влияют на производительность, стоимость и надежность устройств.
Проектирование печатных плат в первую очередь касается разработки макета, что требует учета внешних соединений, оптимизированного размещения внутренних электронных компонентов, эффективной прокладки металлических дорожек и переходных отверстий, электромагнитного экранирования, теплоотвода и различных других факторов.
Отличный макет позволяет снизить производственные затраты и одновременно добиться превосходной производительности схемы и теплоотвода. Простые макеты можно создавать вручную, а для сложных конструкций требуется программное обеспечение для автоматизированного проектирования (CAD).
Качество печатных плат напрямую определяет успех или неудачу электронного продукта, поэтому надлежащий процесс проектирования печатных плат имеет первостепенное значение. Многие инженеры ошибочно полагают, что проектирование печатных плат сводится к простому расположению компонентов и соединению их выводов. Это узкий взгляд на вещи; надежный процесс проектирования печатных плат начинается на этапе проектирования схемы и включает в себя такие решения, как выбор подходящих решений и подходящих электронных компонентов.
Процесс конкретно включает в себя: схематическое проектирование; экспорт и импорт схемных списков соединений; импорт механических чертежей; проектирование и редактирование слоев; предварительное моделирование целостности сигнала (SI)/целостности питания (PI); компоновкупечатных плат; импорт правил ограничений проектирования; трассировку печатных плат; постобработку моделирования целостности сигнала (SI)/целостности питания (PI)/электромагнитной совместимости (EMC)/теплового анализа; Проверки на технологичность (DFM). Создание производственных файлов (Gerber).
Эти задачи могут выполняться одним инженером или совместно несколькими инженерами. Естественно, процесс проектирования печатных плат не для всех продуктов одинаков; для конкретных продуктов этот рабочий процесс может быть усовершенствован, расширен или сокращен в зависимости от ситуации.
Распространенное программное обеспечение для проектирование печатных плат
К распространенному программному обеспечению для проектирование печатных плат относятся:
Altium Designer, предлагающий комплексные функции от проектирования схем до компоновки печатных плат, генерации пакетов и анализа целостности сигнала. Его визуальная среда и обширная библиотека инструментов способствуют эффективному проектированию;
Cadence Allegro, профессиональный инструмент, широко используемый в промышленности, поддерживает проектирование высокоскоростных цифровых сигналов и радиочастотных схем с надежными возможностями моделирования и совместной работы нескольких пользователей;
Mentor PADS подходит для небольших и средних проектов, охватывая весь рабочий процесс проектирования с помощью удобного интерфейса;
KiCad, решение с открытым исходным кодом, поддерживает несколько платформ с надежной функциональностью и активным сообществом, предлагающим бесплатную техническую поддержку;
Eagle отличается простотой использования и быстрым освоением, интуитивно понятным интерфейсом и большим сообществом пользователей, что позволяет обмениваться ресурсами для проектирования.
Необходимая документация для проектирование печатных плат
1.Схема цепи
Схема является основой проектирование печатных плат, в ней подробно описаны все электронные компоненты и их соединения. Проектировщики должны основывать компоновку и трассировку печатных плат на этой схеме.
2.Спецификация материалов (BOM)
В спецификации материалов перечислены все компоненты, которые будут установлены на печатных плат, включая номера деталей, технические характеристики, типы корпусов и количество. Это помогает проектировщикам выбирать подходящие корпуса компонентов и планировать компоновку.
3.Технические характеристики и требования к проектированию
Они включают размерыпечатных плат, количество слоев, материал, толщину, требования к электрическим характеристикам (например, контроль импеданса), специальные технологические требования (например, слепые/заглушенные переходные отверстия, HDI) и другие ограничения проектирования.
4.Справочные материалы по проектированию
При наличии аналогичных справочных материалов по проектированию, таких как файлы предыдущих проектов или справочные чертежи, их следует предоставить проектировщикам для консультации.
5.Чертежи механической конструкции
Включают контурные чертежи, расположение и размеры монтажных отверстий, расположение разъемов и другую информацию о механической конструкции, чтобы обеспечить соответствие конструкциипечатных плат общим механическим требованиям к продукту.
6.Требования к тестированию и отладке
Предоставьте конкретные требования к тестированию и отладке продукта, такие как расположение тестовых точек и тестовые интерфейсы, чтобы дизайнеры могли правильно расположить тестовые точки и интерфейсы в макетепечатных плат.
Этапы проектирования печатных плат
Стандартный рабочий процесс проектирования печатных плат включает в себя: предварительную подготовку → проектирование структурыпечатных плат → компоновкупечатных плат → трассировку → оптимизацию трассировки и шелкографию → проверку сети и DRC с проверкой структуры → изготовление платы.
(1) Проектирование схемы: Проектирование схемы в основном включает в себя составление схемных диаграмм с помощью редактора схем в программном обеспечении для проектирования печатных плат.
(2) Создание списка соединений: Список соединений — это отчет, отображающий связи между компонентами в схеме цепи. Он служит связующим звеном между схематическим проектированием и компоновкой печатных плат. Изучив список соединений схемы, можно быстро определить связи между компонентами, что облегчает последующее проектирование печатных плат.
(3) Проектированиепечатных плат: Проектированиепечатных плат реализует необходимую функциональность на основе схематической диаграммы. При проектировании макетапечатных плат необходимо учитывать множество факторов, включая механическую структуру, расположение внешних соединений, размещение компонентов, взаимосвязи, управление тепловым режимом и электромагнитную совместимость. Завершение этого этапа часто требует многократных итераций пересмотра схемы.
(4) Изготовление платы управления PCBA: после закупки компонентов и полученияпечатных плат на плату устанавливаются и паяются различные компоненты SMT, а также выполняются процессы вставки DIP, что завершает сборку платы управления.
Принципы размещения компонентов
Во-первых, разместите компоненты с требованиями к структурной интеграции, такие как розетки питания, индикаторы, переключатели, разъемы и интерфейсы. Во-вторых, разместите специализированные компоненты, такие как большие, тяжелые, тепловыделяющие компоненты и интегральные схемы (ИС). Наконец, разместите более мелкие компоненты. При размещении компонентов следует учитывать маршрутизацию, отдавая приоритет конструкциям, которые облегчают размещение трасс.
1.Кварцевые генераторы должны быть расположены рядом с ИС.
2.Развязывающие конденсаторы ИС должны быть размещены как можно ближе к выводам питания ИС, образуя как можно более короткую петлю между питанием и заземлением.
3.Тепловыделяющие компоненты, как правило, должны быть распределены равномерно, чтобы облегчить отвод тепла как отпечатных плат, так и от всего устройства. Компоненты, чувствительные к температуре, за исключением датчиков температуры, должны находиться вдали от компонентов, выделяющих много тепла.
Принципы прокладки трасс
1.Трассы высокоскоростных сигналов должны быть как можно короче, а длина критически важных сигнальных трасс должна быть минимальной.
2.Избегайте чрезмерного количества переходных отверстий на одной трассе; ограничьте их количество не более чем двумя.
3.Углы трассировки должны превышать 90 градусов, где это возможно; избегайте углов менее 90 градусов и минимизируйте использование углов 90 градусов;
4.На двухсторонних платах трассы на противоположных слоях должны быть проложены перпендикулярно, по диагонали или изогнуто друг относительно друга, избегая параллельной трассировки, чтобы уменьшить паразитное взаимодействие;
5.Линии аудиовхода должны быть одинаковой длины, размещены близко друг к другу, а аудиолиния должна быть окружена заземляющей плоскостью.
6.Никакие дорожки не должны проходить под микросхемой усилителя; несколько переходных отверстий должны быть размещены под микросхемой усилителя и подключены к GND.
7.Поскольку в двухсторонних плат нет заземляющего слоя, заземление конденсатора кварцевого генератора должно осуществляться с помощью максимально широкой короткой дорожки к выводу GND, ближайшему к кварцу на компоненте, с минимальным количеством переходных отверстий.
8.Линии питания и входы для зарядки USB должны иметь более толстые дорожки (≥1 мм). Обеспечьте двустороннее меднение над местами переходных отверстий, затем добавьте несколько переходных отверстий в области с медным покрытием.
Как правило, дорожки питания и заземления должны прокладываться в первую очередь, чтобы обеспечить электрические характеристикипечатных плат. По возможности следует расширить дорожки питания и заземления, в идеале — с шириной дорожек заземления, превышающей ширину дорожек питания. Приоритет дорожек: заземление > питание > сигнал. Ширина дорожек сигнала обычно составляет 0.2–0.3 мм, с минимальной шириной 0.05–0.07 мм. Ширина дорожек питания обычно составляет 1.2–2.5 мм.
На фоне ускоренной эволюции в направлении интеллектуальной и высокоинтегрированной электроники, проектирование печатных плат превратилось из отдельного технического процесса в ключевой узел, соединяющий инновации с массовым производством. Geopcb, с ее комплексной цепочкой услуг, охватывающей анализ требований, проектирования схем, компоновки и трассировки печатных плат, проверки моделирования, анализа технологичности DFM, производства прототипов и поддержки массового производства, Geopcb предоставляет индивидуальные решения для секторов бытовой электроники, автомобильной электроники, промышленного управления и 5G-связи.
