Как шаг за шагом разработать разводку печатной платы?

Проектирование печатной платы является важнейшим этапом в создании электронных систем, поскольку оно предполагает создание чертежа для физической реализации схемы. Интегрируя различные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы и интегральные схемы на одной плате, печатные платы представляют собой компактное, эффективное и надежное решение для электронных систем. Процесс проектирования печатной платы включает в себя несколько основных этапов, в том числе создание схемы, выбор компонентов, проектирование печатной платы и тщательную прокладку маршрута, обеспечивая оптимальный поток сигналов, минимальные помехи и эффективное распределение питания.

Давайте рассмотрим проект линейного источника питания, который принимает на вход напряжение 220 В и частоту 50 Гц и обеспечивает на выходе постоянное напряжение 12 В. Хотя существует множество видов Программное обеспечение для проектирования печатных плат В этой статье мы используем FS Технология EasyEDA в качестве примера для проектирования наших продуктов. Для начала откройте новый проект, перейдя по пути FILE > NEW PROJECT > "LINEAR_POWER_SUPPLY", и перед Вами откроется чистая страница для начала процесса проектирования.

Шаг 1: Выбор компонентов

Функция печатной платы заключается в обслуживании и поддержке электронных компонентов, надежно удерживая их на месте и обеспечивая их функционирование в соответствии с назначением. Поэтому, прежде чем приступать к формальной разводке, необходимо тщательно продумать выбор компонентов. Этот шаг играет решающую роль в обеспечении общей функциональности, производительности и технологичности схемы. Вот несколько ключевых моментов, на которых следует сосредоточиться на этом этапе:

Функциональные возможности: Приоритетным является выбор компонентов, которые отвечают требуемой функциональности схемы. Проверьте их технические характеристики, включая номинальное напряжение, возможности по обработке тока и частотные характеристики, чтобы убедиться, что они соответствуют предполагаемой работе схемы.
Площадь и упаковка: Убедитесь, что размеры и упаковка компонентов совместимы с размерами Вашей печатной платы. Убедитесь, что они вписываются в доступное пространство платы и соответствуют правилам проектирования, указанным Вашим производителем PCBA.
Доступность и стоимость: Отдавайте предпочтение легкодоступным на рынке компонентам, чтобы избежать возможных задержек в производстве. Учитывайте стоимость компонентов, чтобы уложиться в бюджетные ограничения и при этом сохранить желаемый уровень качества.

Разместите все компоненты, которые требуются для блока питания. Для этого нам необходимо:

Две клеммные колодки, одна из которых предназначена для входа, а другая - для выхода.
Трансформатор, мостовой выпрямитель
Конденсатор емкостью 10Uf для сглаживания пульсирующего постоянного тока
Светодиод в качестве индикатора
Линейный регулятор напряжения
7812, чтобы получить напряжение 12 В постоянного тока.

Щелкните на библиотеке в левой средней части экрана. В окне появится вкладка. Вы можете написать название компонента на вкладке и выбрать наиболее подходящий для Вас.

Затем разместите все необходимые компоненты по одному на листе схемы, убедившись, что для каждого выбранного компонента в библиотеке имеется соответствующая опорная поверхность. Если опорная поверхность компонента недоступна, Вам может потребоваться создать ее, ориентируясь на размеры, указанные в техническом описании компонента.

Аккуратно расположите компоненты на листе схемы, соблюдая аккуратность и организованность соединений. Убедитесь, что соединения между компонентами точно представлены на принципиальной схеме.

После того, как все компоненты размещены и соединения выполнены, Вы можете перейти к следующему шагу проектирования печатной платы.

Шаг 2: Разработка схемы

После размещения всех компонентов на листе схемы, следующим шагом будет их соединение с помощью проводов. Для этого откройте инструмент "Проводка" в программе. Щелкните на символе провода и начните соединять все компоненты соответствующими проводами.

После подключения всех компонентов схема будет выглядеть следующим образом.

Для заземления цепи перейдите в общую библиотеку и возьмите символ GND для размещения заземления. Соедините все символы заземления проводом.

Полная схема цепи показана ниже. Нажмите ctrl+s, чтобы сохранить все изменения перед переходом к следующему шагу.

Шаг 3: Разметка печатной платы

После того, как разработка схемы завершена, следующим шагом будет ее преобразование в макет печатной платы. Для этого щелкните на символе PCB, расположенном в верхней части панели инструментов программы.

Или Вы можете щелкнуть на design>create a new PCB, затем перейти на следующую вкладку.

После щелчка на символе печатной платы в программе откроются две новые вкладки печатной платы. Эти вкладки представляют собой настройки по умолчанию для макета печатной платы. На данном этапе Вы можете либо продолжить работу с настройками по умолчанию, нажав "Применить", либо у Вас есть возможность изменить настройки в соответствии с Вашими специфическими требованиями.

Настройка параметров позволяет Вам определить такие параметры, как размер платы, укладка слоев, ширина и расстояние между трассировками, стили и другие правила проектирования.

Чтобы приступить к разводке печатной платы, начните с размещения компонентов на плате. Организуйте компоненты логическим образом, учитывая прохождение сигналов и минимизируя длину трасс. Для этого Вы можете использовать перетаскивание для размещения компонентов, а затем закрепить их на плате.

Шаг 4: Маршрутизация

По умолчанию мы выбираем двухслойную печатную плату, поэтому начните с нижнего слоя, щелкнув в правом верхнем углу синим цветом.

Начните прокладку соединений между компонентами. Для этого необходимо нарисовать трассы, чтобы установить электрические соединения.

Делайте трассы как можно короче, чтобы уменьшить помехи и шум сигнала. Используйте соответствующую ширину трасс для различных токов, чтобы избежать перегрева.

Вы также можете использовать онлайн-калькулятор для измерения ширины трассы.

Укажите им толщину печатной платы и предполагаемый ток, который Вы хотите пропустить через цепь, и они определят толщину трассы. Обычно для сигнальной трассы мы используем трассу толщиной 1 мм, а для силового тока мы увеличиваем ширину трассы в зависимости от величины тока.

Соедините компоненты проводом, а затем выберите нижнюю поверхность печатной платы.

Когда провода для прокладки будут покрыты с нижнего слоя, переместитесь к верхнему слою с красным цветом, соедините с ним компоненты и завершите прокладку.

По завершении прокладки толщина силового провода увеличивается с помощью приведенной выше ссылки, в которой мы рассчитываем ширину дорожки.

Для этого щелкните на проводе, ширину которого мы хотим увеличить. С правой стороны появится таблица. Здесь мы видим, что ширина блока изменяется от 0,254 мм до требуемой ширины, в нашем случае, допустим, мы увеличиваем ее до 1,5 мм.

Шаг 5: Плоскости заземления и питания

Добавьте плоскость заземления и плоскости питания, если это применимо. Эти плоскости способствуют лучшему заземлению и распределению мощности, снижают уровень шума и обеспечивают стабильность.

Подключите заземляющие контакты компонентов к плоскости заземления и сделайте то же самое для силовых соединений.

В нашем проекте мы заземляем нижний слой печатной платы. Для этого щелкните на области меди.

И соедините с ним все GND. Этим мы соединяем нижний слой с землей, так что целостность нашего сигнала увеличится.

Выберите GND в качестве сети и затем нажмите OK. После этого появится линия с курсором мыши. Выделите все края платы, которые имеют фиолетовый цвет линии, и нажмите Esc с клавиатуры. Таким образом, мы заземлили нижний слой платы.

Шаг 6: Верификация конструкции

Проведите тщательную проверку дизайна разводки печатной платы, чтобы убедиться, что все соединения выполнены правильно и в соответствии с Вашей схемой. Выполните повторную проверку правил проектирования (DRC), чтобы выявить все оставшиеся ошибки. Для проверки ошибок DRC щелкните на проекте, а затем щелкните на CHECK DRC.

В левой боковой таблице Вы можете найти ошибку правила DRC, если таковая существует. В нашем случае ошибка DRC равна нулю. Если она существует, то мы должны устранить ее, прежде чем двигаться дальше.

Шаг 7: Экспорт Gerber-файлов

После того, как дизайн и разметка Вашей печатной платы завершены, создайте файлы Gerber. Эти файлы являются отраслевым стандартом для производства печатных плат. Уточните у Вашего производителя PCBA его особые требования относительно Файлы Gerber. Чтобы сгенерировать файл Gerber, щелкните на fabrication>PCB Fabrication File (Gerber).

После щелчка он попросит Вас еще раз проверить ошибку DRC. Щелкните YES и проверьте DRC.

А затем сгенерируйте файл Gerber. Ваш файл загрузится автоматически в формате zip.

Шаг 8: Изготовление печатной платы

Отправьте Ваши Gerber-файлы выбранному Вами производителю PCBA. Выберите соответствующие спецификации, такие как материал, толщина и вес меди. Вы можете заказать печатную плату у их Технология FS и добавьте файл Gerber или любого другого производителя, который Вы хотите.Изготовление печатных плат будет следующим.

Шаг 9: Сборка печатной платы

Если Ваша конструкция включает компоненты поверхностного монтажа (SMD-компоненты), Вам необходимо учесть Процесс сборки печатной платы. Сборка печатной платы - это производственный процесс пайки электронных компонентов на печатную плату для создания полностью функциональной электронной схемы. Процесс сборки может осуществляться различными методами, но наиболее распространенным для SMD-компонентов является пайка оплавлением.

Шаг 10: -Тестирование

Как только Вы получите изготовленный PCBA, проведите тщательное функциональное тестирование, чтобы убедиться, что все работает так, как задумано.

Помните, что проектирование печатных плат - это навык, который совершенствуется с практикой. Будьте терпеливы и не стесняйтесь обращаться за советом к опытным разработчикам или к Интернет-ресурсам по мере обучения.

Хорошо спроектированная печатная плата не только повышает эффективность работы схемы, но и снижает уровень электромагнитных помех, обеспечивает целостность сигнала и облегчает дальнейшее обслуживание и модернизацию. Поэтому любой инженер-электронщик должен владеть этими принципами и методами проектирования. По мере того, как технологии продолжают развиваться, развивается и дизайн печатных плат, открывая перед нами новые возможности для создания более сложных и эффективных электронных систем.
Выбор надежного и компетентного FS поможет Вам добиться высокого качества печатных плат!