Come progettare il layout del circuito stampato passo dopo passo?
La progettazione di un circuito stampato è una fase cruciale della personalizzazione dei sistemi elettronici, in quanto comporta la creazione di un progetto per la realizzazione fisica del circuito. Integrando vari componenti, come resistenze, condensatori e circuiti integrati su un'unica scheda, i PCB offrono una soluzione compatta, efficiente e affidabile per i sistemi elettronici. Il processo di progettazione dei circuiti stampati comprende diverse fasi essenziali, tra cui la creazione di schemi, la selezione dei componenti, la progettazione degli ingombri e l'instradamento meticoloso, per garantire un flusso di segnali ottimale, interferenze minime e una distribuzione efficiente dell'alimentazione.
Consideriamo un progetto per un alimentatore lineare che prende in ingresso 220 V e 50 Hz di frequenza e fornisce un'uscita a 12 V CC. Sebbene esistano molti tipi di Software di progettazione di PCB per voi da scegliere, questo articolo utilizza FS Tecnologia EasyEDA come esempio per la progettazione dei nostri prodotti. Per iniziare, aprite un nuovo progetto navigando su FILE > NUOVO PROGETTO > "LINEAR_POWER_SUPPLY" e vi verrà presentata una pagina vuota per iniziare il processo di progettazione.
Fase 1: selezione dei componenti
La funzione di un circuito stampato è quella di servire e supportare i componenti elettronici, tenendoli saldamente in posizione e garantendo che funzionino come previsto. Pertanto, prima di procedere con il layout formale, è essenziale considerare attentamente la selezione dei componenti. Questa fase svolge un ruolo cruciale nel garantire il funzionamento complessivo, le prestazioni e la producibilità del circuito. Ecco alcuni punti chiave su cui concentrarsi in questa fase:
- Funzionalità: Selezionare prioritariamente i componenti che soddisfano le funzionalità richieste per il circuito. Verificate le loro specifiche, compresi i valori di tensione, le capacità di gestione della corrente e la risposta in frequenza, per assicurarvi che siano in linea con il funzionamento previsto del circuito.
- Ingombro e confezione: Verificare che i footprint e i package dei componenti siano compatibili con il layout della scheda. Assicuratevi che rientrino nello spazio disponibile sulla scheda e che siano conformi alle regole di progettazione specificate dal produttore della PCBA.
- Disponibilità e costi: Scegliere componenti facilmente reperibili sul mercato per evitare potenziali ritardi di produzione. Tenere conto del costo dei componenti per rispettare i vincoli di budget mantenendo il livello di qualità desiderato.
Posizionare tutti i componenti necessari per l'alimentazione. A tal fine, sono necessari
- Due morsettiere, una per l'ingresso e l'altra per l'uscita.
- Trasformatore, raddrizzatore a ponte
- Il condensatore da 10Uf per attenuare le pulsazioni in CC
- LED come indicatore
- Regolatore di tensione lineare
- 7812 per ottenere la tensione a 12 V CC.
Quindi, posizionare tutti i componenti richiesti uno per uno sul foglio schematico, assicurandosi che ogni componente selezionato abbia un ingombro corrispondente disponibile nella libreria. Se l'ingombro di un componente non è disponibile, potrebbe essere necessario crearne uno facendo riferimento alle dimensioni fornite nella scheda tecnica del componente.
Disporre con cura i componenti sul foglio schematico, mantenendo i collegamenti ordinati e organizzati. Assicurarsi che i collegamenti tra i componenti siano rappresentati accuratamente nello schema.
Una volta posizionati tutti i componenti ed effettuate le connessioni, si può procedere alla fase successiva della progettazione del PCB.
Fase 2: progettazione schematica
Dopo aver posizionato tutti i componenti sul foglio schematico, il passo successivo è quello di collegarli con i fili. A tale scopo, accedere allo strumento di cablaggio del software. Fare clic sul simbolo del filo e iniziare a collegare tutti i componenti con i fili appropriati.
Dopo aver collegato tutti i componenti, il circuito si presenterà in questo modo.
Per la messa a terra del circuito, andare nella libreria comune e prendere il simbolo GND per posizionare la messa a terra. Collegare tutti i simboli di terra con il filo.
Di seguito è riportato lo schema completo del circuito. Premere ctrl+s per salvare tutte le modifiche prima di passare alla fase successiva.
Fase 3: Layout del PCB
Una volta completata la progettazione schematica, il passo successivo è quello di convertirla nel layout del PCB. A tale scopo, fare clic sul simbolo PCB situato nella parte superiore della barra degli strumenti del software.
Oppure si può fare clic su progetto>crea un nuovo PCB, quindi si può passare alla scheda successiva.
Dopo aver fatto clic sul simbolo PCB, nel software si apriranno due nuove schede PCB. Queste schede rappresentano le impostazioni predefinite per il layout del PCB. A questo punto, è possibile procedere con le impostazioni predefinite facendo clic su "Applica", oppure personalizzare le impostazioni in base alle proprie esigenze specifiche.
La personalizzazione delle impostazioni consente di definire parametri quali le dimensioni della scheda, l'impilamento dei livelli, la larghezza e la spaziatura delle tracce, gli stili di passaggio e altre regole di progettazione.
Per iniziare il layout del circuito PCB, è necessario posizionare i componenti sulla scheda. Organizzate i componenti in modo logico, tenendo conto del flusso del segnale e riducendo al minimo la lunghezza delle tracce. A tale scopo, è possibile utilizzare il drag and drop per posizionare i componenti e poi fissarli sulla scheda.
Passo 4: Instradamento
Per impostazione predefinita, abbiamo scelto il PCB a due strati, quindi iniziamo con lo strato inferiore facendo clic in alto a destra con il colore blu.
Iniziare a tracciare i collegamenti tra i componenti. Questo comporta il disegno di tracce per stabilire le connessioni elettriche.
Mantenere le tracce il più corte possibile per ridurre le interferenze e i disturbi del segnale. Utilizzare tracce di larghezza adeguata per le diverse correnti per evitare il surriscaldamento.
Per misurare la larghezza della traccia si può anche utilizzare la calcolatrice online.
Fornendo lo spessore del PCB e la corrente stimata che si vuole far passare dal circuito, si otterrà lo spessore della traccia. Normalmente per le tracce di segnale si usa una traccia di 1 mm e per la corrente di potenza si aumenta la larghezza della traccia in base al valore della corrente.
Collegare i componenti con il filo e selezionare la faccia inferiore del PCB.
Quando i fili di instradamento sono coperti dallo strato inferiore, spostarsi verso lo strato superiore con il colore rosso per collegare i componenti e completare l'instradamento.
Una volta completato il tracciato, lo spessore del filo di alimentazione viene aumentato con l'aiuto del link precedente, in cui si calcola la larghezza del binario.
A tale scopo, fare clic sul filo di cui si desidera aumentare la larghezza. Sul lato destro viene visualizzata una tabella. Qui vediamo che il blocco della larghezza passa da 0,254 mm alla larghezza desiderata, nel nostro caso diciamo che la aumentiamo a 1,5 mm.
Fase 5: Piani di terra e di alimentazione
Aggiungere un piano di massa e piani di alimentazione, se applicabile. Questi piani contribuiscono a migliorare la messa a terra e la distribuzione dell'alimentazione, riducendo il rumore e garantendo la stabilità.
Collegare i pin di terra dei componenti al piano di terra e fare lo stesso per i collegamenti di alimentazione.
Nel nostro progetto, abbiamo rettificato lo strato inferiore del PCB. A tale scopo, fare clic sull'area di rame.
E collegare tutti i GND con esso. In questo modo colleghiamo lo strato inferiore con la massa, aumentando così l'integrità del segnale.
Selezionare GND come rete e fare clic su OK. Successivamente, con il cursore del mouse apparirà una linea. Selezionare tutti i bordi della scheda che sono viola nella linea e premere Esc dalla tastiera. In questo modo abbiamo messo a terra lo strato inferiore della scheda.
Fase 6: Verifica del progetto
Eseguire una revisione completa del progetto del layout del PCB per verificare che tutte le connessioni siano corrette e conformi allo schema. Eseguire nuovamente il Design Rule Check (DRC) per individuare eventuali errori residui. Per il controllo degli errori DRC, fare clic sul progetto e poi su CHECK DRC.
Nella tabella a sinistra è possibile trovare l'eventuale errore della regola DRC. Nel nostro caso, l'errore DRC è zero. Se esiste, è necessario risolverlo prima di procedere.
Passo 7: Esportazione dei file Gerber
Una volta completati la progettazione e il layout del circuito stampato, è necessario generare i file Gerber. Questi file sono lo standard industriale per la produzione di PCB. Verificare con il produttore di PCBA i requisiti specifici per la produzione di file Gerber. File Gerber. Per generare il file Gerber, fare clic su fabbricazione>File di fabbricazionePCB (Gerber).
Dopo aver fatto clic, verrà richiesto di controllare nuovamente l'errore DRC. Fare clic su SÌ e controllare DRC.
E quindi generare un file Gerber. Il file viene scaricato automaticamente in formato zip.
Fase 8: Produzione di PCB
Inviate i file Gerber a un produttore di PCBA di vostra scelta. Scegliete le specifiche appropriate, come il materiale, lo spessore e il peso del rame. È possibile ordinare il PCB dal produttore Tecnologia FS e aggiungere un file Gerber o qualsiasi altro produttore desiderato.Fabbricazione di PCB verrà dopo.
Fase 9: Assemblaggio del PCB
Se il progetto include componenti a montaggio superficiale (Componenti SMD), è necessario considerare il Processo di assemblaggio dei PCB. L'assemblaggio di PCB è il processo di produzione che consiste nel saldare i componenti elettronici sul PCB per creare un circuito elettronico completamente funzionale. Il processo di assemblaggio può essere eseguito con diversi metodi, ma quello più comune per i componenti SMD è la saldatura a rifusione.
Passo 10: -Test
Una volta ricevuto il PCBA prodotto, eseguire un test funzionale completo per verificare che tutto funzioni come previsto.
Ricordate che la progettazione di PCB è un'abilità che migliora con la pratica. Siate pazienti e non esitate a chiedere consiglio a progettisti esperti o a risorse online mentre imparate.
Una scheda PCB ben progettata non solo migliora l'efficienza del circuito, ma riduce anche le interferenze elettromagnetiche, garantisce l'integrità del segnale e facilita la manutenzione e gli aggiornamenti futuri. Pertanto, qualsiasi ingegnere elettronico deve padroneggiare questi principi e queste tecniche di progettazione. Con il progredire della tecnologia, anche la progettazione di PCB si evolve, aprendo nuove possibilità di creare sistemi elettronici più complessi ed efficienti.
Scegliere un partner affidabile e competente FS può aiutarvi a ottenere una qualità di PCB di alta qualità!
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