Como conceber passo a passo o esquema da placa de circuitos?

A conceção de uma placa de circuitos é um passo crucial na personalização de sistemas electrónicos, uma vez que envolve a criação de um plano para a realização física do circuito. Ao integrar vários componentes como resistências, condensadores e circuitos integrados numa única placa, as PCB oferecem uma solução compacta, eficiente e fiável para sistemas electrónicos. O processo de conceção de PCB engloba várias etapas essenciais, incluindo a criação de esquemas, a seleção de componentes, a conceção de áreas de implantação e o encaminhamento meticuloso, garantindo um fluxo de sinal ótimo, o mínimo de interferências e uma distribuição de energia eficiente.

Vamos considerar um projeto para uma fonte de alimentação linear que recebe 220V e 50Hz de frequência como entrada e fornece uma saída de 12V DC. Embora existam muitos tipos de Software de conceção de PCB para que possa escolher, este artigo utiliza a tecnologia FS EasyEDA como exemplo para conceber os nossos produtos. Para começar, abra um novo projeto navegando para ARQUIVO > NOVO PROJECTO > "LINEAR_POWER_SUPPLY", e ser-lhe-á apresentada uma página em branco para iniciar o processo de design.

Etapa 1: Seleção de componentes

A função de uma placa de circuitos é servir e suportar os componentes electrónicos, mantendo-os firmemente no lugar e garantindo que funcionam como pretendido. Por conseguinte, antes de proceder à disposição formal, é essencial considerar cuidadosamente a seleção dos componentes. Este passo desempenha um papel crucial para garantir o funcionamento geral, o desempenho e a capacidade de fabrico do circuito. Seguem-se alguns pontos-chave a ter em conta durante esta fase:

  • Funcionalidade: Dê prioridade à seleção de componentes que satisfaçam a funcionalidade necessária para o circuito. Verifique as suas especificações, incluindo as classificações de tensão, capacidades de manuseamento de corrente e resposta de frequência, para garantir que se alinham com o funcionamento pretendido do circuito.
  • Pegada e embalagem: Confirmar que as pegadas e os pacotes dos componentes são compatíveis com a disposição da sua placa de circuito impresso. Certifique-se de que cabem no espaço disponível na placa e cumprem as regras de conceção especificadas pelo fabricante do PCBA.
  • Disponibilidade e custo: Optar por componentes prontamente disponíveis no mercado para evitar potenciais atrasos na produção. Ter em conta o custo dos componentes para respeitar as restrições orçamentais, mantendo o nível de qualidade pretendido.
 

Colocar todos os componentes necessários para a fonte de alimentação. Para isso, precisamos de:

  • Dois blocos de terminais, um para entrada e outro para saída.
  • Transformador, ponte rectificadora
  • O condensador de 10Uf para suavizar a corrente contínua pulsante
  • LED como indicador
  • Regulador de tensão linear 
  • 7812 para obter a tensão a 12V DC.
 
Clique na biblioteca no centro esquerdo do ecrã. Aparecerá um separador na janela. Pode escrever o nome do componente do separador e escolher o que mais lhe convém.
Separador EASYEDA
alterar o nome do projeto

Em seguida, coloque todos os componentes necessários, um a um, na folha esquemática, certificando-se de que cada componente selecionado tem uma área de feixe correspondente disponível na biblioteca. Se a área de feixe de um componente não estiver disponível, pode ser necessário criar uma, consultando as dimensões fornecidas na folha de dados do componente.

Dispor cuidadosamente os componentes na folha esquemática, mantendo as ligações limpas e organizadas. Assegure-se de que as ligações entre os componentes estão corretamente representadas no diagrama esquemático.

Depois de todos os componentes estarem colocados e as ligações feitas, pode avançar para o passo seguinte do desenho da placa de circuito impresso.

Etapa 2: Desenho esquemático

Depois de colocar todos os componentes na folha esquemática, o passo seguinte é ligá-los com fios. Para o fazer, aceda à ferramenta de ligação no software. Clique no símbolo do fio e comece a ligar todos os componentes com os fios adequados.

ligar componentes electrónicos

Depois de ligar todos os componentes, o circuito apresenta-se assim.

Diagrama esquemático após a ligação dos componentes

Para ligar o circuito à terra, vá à biblioteca comum e obtenha o símbolo GND para colocar a ligação à terra. Ligue todos os símbolos de ligação à terra com o fio.

acesso à biblioteca pública

O esquema completo do circuito é apresentado de seguida. Prima ctrl+s para guardar todas as alterações antes de passar ao passo seguinte.

ctrl+s guardar todas as alterações

Etapa 3: Disposição da placa de circuito impresso

Quando o desenho esquemático estiver concluído, o próximo passo é convertê-lo no layout da PCB. Para o fazer, clique no símbolo PCB localizado na parte superior da barra de ferramentas do software.

Iniciar o esquema da placa de circuito impresso

Ou pode clicar no desenho>criar uma nova placa de circuito impresso e, em seguida, passar para o separador seguinte.

Depois de clicar no símbolo PCB, serão abertos dois novos separadores PCB no software. Estes separadores representam as configurações padrão para o layout da PCB. Nesta altura, pode prosseguir com as predefinições clicando em "Aplicar" ou tem a opção de personalizar as definições de acordo com os seus requisitos específicos.

A personalização das definições permite-lhe definir parâmetros como o tamanho da placa, o empilhamento de camadas, a largura e o espaçamento dos traços, os estilos de via e outras regras de design.

Abrir dois novos separadores PCB
configuração padrão

Para iniciar o layout do circuito PCB, comece por colocar os componentes na placa. Organize os componentes de uma forma lógica, tendo em conta o fluxo de sinal e minimizando o comprimento dos traços. Pode fazê-lo utilizando o método de arrastar e largar para posicionar os componentes e depois fixá-los no lugar na placa.

colocar o componente no esquema

Etapa 4: Encaminhamento

Por predefinição, escolhemos o PCB de duas camadas, por isso, comece com a camada inferior clicando no canto superior direito a azul.

PCB de duas camadas

Comece a efetuar as ligações entre os componentes. Isto implica desenhar traços para estabelecer ligações eléctricas.

Manter os traços tão curtos quanto possível para reduzir a interferência do sinal e o ruído. Utilize larguras de traço adequadas para diferentes correntes para evitar o sobreaquecimento.

Também pode utilizar a calculadora online para medir a largura do traço.

Dê-lhes a espessura da placa de circuito impresso e a corrente estimada que pretende que passe do circuito, e ele dar-lhe-á a espessura do traço. Normalmente, para o traço de sinal, utilizamos um traço de 1 mm e, para a corrente de potência, aumentamos a largura do traço de acordo com o valor da corrente.

Ligue os componentes com o fio e, em seguida, seleccione a face inferior da placa de circuito impresso. 

Ligações eléctricas entre componentes

Quando os fios de encaminhamento estiverem cobertos a partir da camada inferior, avance para a camada superior com vermelho e ligue os componentes com ela, completando o encaminhamento.

Passar para a camada superior vermelha

Quando o traçado estiver concluído, a espessura do cabo de alimentação é aumentada com a ajuda da ligação acima, na qual calculamos a largura da via. 

Calcular a largura da via

Para isso, clicamos no fio cuja largura queremos aumentar. É apresentada uma tabela no lado direito. Aqui vemos o bloco de largura mudar de 0,254 mm para a largura pretendida, no nosso caso, digamos que a aumentamos para 1,5 mm.

fios de maior largura

Passo 5: Planos de terra e de potência

Adicione um plano de terra e planos de potência, se aplicável. Estes planos ajudam a melhorar a ligação à terra e a distribuição de energia, reduzindo o ruído e proporcionando estabilidade.

Ligue os pinos de terra dos componentes à placa de terra e faça o mesmo para as ligações de alimentação.

No nosso projeto, aterramos a camada inferior da placa de circuito impresso. Para isso, clique na área de cobre.

E ligamos todos os GND a este. Ao fazê-lo, ligamos a camada inferior à terra, de modo a aumentar a integridade do sinal.

Seleccione GND como rede e, em seguida, clique em OK. Depois disso, aparecerá uma linha com o cursor do rato. Seleccione todas as extremidades da placa que estão em linha roxa e prima Esc no teclado. Assim, aterramos a camada inferior da placa.

Etapa 6: Verificação do projeto

Efectue uma revisão minuciosa do desenho da disposição da placa de circuito impresso para garantir que todas as ligações estão correctas e de acordo com o esquema. Execute novamente o Design Rule Check (DRC) para detetar quaisquer erros remanescentes. Para verificar os erros de DRC, clique no desenho e, em seguida, clique em CHECK DRC.

Controlo da RDC

Na tabela do lado esquerdo, pode encontrar o erro da regra DRC, caso exista. No nosso caso, o erro de DRC é zero. Se existir, devemos resolvê-lo antes de avançar.

Lista de erros da regra DRC

Passo 7: Exportar ficheiros Gerber

Quando o design e a disposição da placa de circuito impresso estiverem concluídos, gere ficheiros Gerber. Estes ficheiros são o padrão da indústria para o fabrico de PCB. Verifique com o seu fabricante de PCBA os seus requisitos específicos relativamente aos ficheiros Gerber. Para gerar o ficheiro Gerber, clique em fabrication>PCB Fabrication File (Gerber)

Gerar ficheiros Gerber

Depois de clicar, ser-lhe-á pedido que verifique novamente o erro DRC. Clique em SIM e verifique o DRC. 

E depois gerar um ficheiro Gerber. O seu ficheiro é descarregado automaticamente em formato zip. 

Descarregamento automático em formato zip

Etapa 8: Fabrico de placas de circuito impresso

Envie os seus ficheiros Gerber a um fabricante de PCBA da sua escolha. Escolha as especificações adequadas, tais como o material, a espessura e o peso do cobre. Pode encomendar a PCB a partir do Tecnologia FS e adicionar um ficheiro Gerber ou qualquer outro fabricante que pretenda.

Etapa 9: Montagem da placa de circuito impresso

Se o seu projeto incluir componentes de montagem em superfície (Componentes SMD), terá de considerar o Processo de montagem de PCB. A montagem de PCB é o processo de fabrico que consiste em soldar componentes electrónicos na PCB para criar um circuito eletrónico totalmente funcional. O processo de montagem pode ser efectuado através de diferentes métodos, mas o mais comum para os componentes SMD é a soldadura por refluxo.

Passo 10: -Testes

Assim que receber o PCBA fabricado, efectue um teste funcional completo para garantir que tudo está a funcionar como previsto.

Lembre-se que a conceção de PCB é uma competência que melhora com a prática. Seja paciente e não hesite em procurar orientação de designers experientes ou de recursos online à medida que vai aprendendo.

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