Дизайн печатных плат (ПП) - это процесс создания физической компоновки электронной схемы на печатной плате. ПП - это тонкие платы из стекловолокна, меди и других материалов, которые могут содержать и соединять различные электронные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы, транзисторы и интегральные микросхемы. ПП широко используются в различных областях, таких как компьютеры, смартфоны, медицинские устройства, автомобильные системы и космическое оборудование.

В этой статье мы представим основные шаги и инструменты для дизайна печатных плат, а также некоторые советы и лучшие практики, чтобы помочь вам начать. Мы также объясним разницу между ПП и ППИ, двумя терминами, которые часто путаются или используются взаимозаменяемо.

В чем разница между ПП и ППИ?

Прежде чем мы перейдем к шагам дизайна печатной платы, давайте проясним разницу между ПП и ППИ. Согласно EMSG Inc., основное различие между этими двумя терминами заключается в том, что **ПП относится к пустой плате с цепями**, в то время как **ППИ - это плата, которая содержит все необходимые электронные компоненты для работы платы**. ПП пока не функционирует, потому что в ней еще нет необходимых компонентов, в то время как ППИ - это полная и функциональная плата.

ПП и ППИ - это две разные части одного процесса - ППИ строится на основе существующей ПП. Процесс прикрепления компонентов к ПП называется сборкой ПП или ППИ. Поэтому "дизайн ПП" относится к процессу создания компоновки трасс и площадок на ПП, в то время как "сборка ПП" относится к процессу припаивания или установки компонентов на ПП.

Шаг 1: Захват схемы

Первый шаг дизайна печатной платы - создать схему вашей схемы. Схематическая диаграмма - это графическое представление компонентов и соединений в вашей схеме с использованием стандартизированных символов и обозначений. Схематическая диаграмма помогает вам визуализировать функциональность и логику вашей схемы, а также выявить любые ошибки или несоответствия, прежде чем перейти к следующему шагу.

Существует множество программных инструментов для захвата схемы, таких как EasyEDA, Flux, Altium Designer и KiCad. Эти инструменты позволяют вам перетаскивать компоненты из библиотек, рисовать провода и шины, добавлять метки и аннотации и экспортировать схему как изображение или файловый формат, который можно импортировать другими инструментами.

Шаг 2: Создание пустой компоновки ПП

Следующим шагом дизайна печатной платы является создание пустой компоновки ПП на основе вашей схематической диаграммы. Компоновка ПП - это двумерное представление физических размеров и форм вашей ПП и ее компонентов. Компоновка ПП также показывает слои медных трасс, переходы, площадки, отверстия и другие элементы, которые будут вытравливаться или сверлиться на вашей ПП.

Для создания пустой компоновки ПП вам нужно выбрать размер и форму вашей платы, количество и толщину слоев, тип и цвет маски для припоя и трафарета, а также другие параметры. Вы можете использовать те же программные инструменты, что и на шаге 1, или использовать специализированные инструменты для компоновки ПП, такие как Eagle, OrCAD или PADS. Эти инструменты позволяют импортировать ваш файл схемы, определить контур и слои вашей платы, установить правила проектирования и ограничения и создать список связей, связывающих ваши компоненты с соответствующими площадками и трассами.

Шаг 3: Размещение компонентов и трассировка трасс

Третьим шагом дизайна печатной платы является размещение ваших компонентов на компоновке ПП и трассировка трасс между ними. Это самый сложный и затратный по времени этап процесса, поскольку он требует тщательного планирования и оптимизации для достижения наилучшей производительности, надежности и производимости вашей ПП.

Размещение компонентов включает в себя решение, где разместить каждый компонент на вашей плате, учитывая такие факторы, как электрический шум, отвод тепла, целостность сигнала, механическая стабильность, доступность и эстетика. Вы можете использовать программные инструменты для перетаскивания и установки компонентов с вашего списка связей на вашу плату, вращать и переворачивать их по мере необходимости, выравнивать их по сетке или направляющим и распределять их в группы или кластеры.

Трассировка трасс включает в себя подключение каждого компонента к соответствующим площадкам и трассам на вашей плате, следуя списку связей, созданному из вашей схематической диаграммы. Вы можете использовать программные инструменты для ручной или автоматической трассировки трасс. Вы также можете использовать различные режимы трассировки (например, одиночная или дифференциальная), ширины (например, узкая или широкая), стили (например, прямая или изогнутая), углы (например, 45° или 90°), слои (например, верхний или нижний) и переходы (например, сквозные или слепые), чтобы оптимизировать вашу трассировку.

Шаг 4: Проверка и экспорт вашего дизайна

Последним шагом дизайна печатной платы является проверка вашего дизайна на наличие ошибок или проблем, которые могут повлиять на его функциональность или производственную пригодность. Вы можете использовать программные инструменты для выполнения различных проверок и симуляций на вашем дизайне, таких как проверка электрических правил (ERC), проверка правил проектирования (DRC), анализ целостности сигнала (SIA), тепловой анализ (TA), анализ электромагнитной совместимости (EMC) и т. д. Эти проверки и симуляции помогут вам выявить и устранить любые проблемы с вашим дизайном перед отправкой его на изготовление.

Когда вы удовлетворены своим дизайном, вы можете экспортировать его в файловый формат, который может быть прочитан вашим производителем ПП. Самый распространенный формат файла для этой цели - Gerber, который содержит всю информацию о слоях вашей платы, ее элементах, размерах, цветах и т. д. Вы также можете экспортировать другие файлы, которые могут потребоваться вашему производителю или сборщику, такие как файлы сверловки (для отверстий), файлы выбора и размещения (для размещения компонентов), файлы счета материалов (BOM) (для списка компонентов) и т. д.

Заключение

Дизайн печатных плат - это сложный и увлекательный процесс, включающий много шагов и инструментов. Следуя основным шагам и советам, изложенным в этой статье, вы можете создать свой собственный дизайн печатной платы для вашего проекта. Однако это всего лишь введение в тему, и есть еще много аспектов и деталей, которые вы можете изучить и исследовать. Мы надеемся, что эта статья вызвала ваш интерес и любопытство к дизайну печатных плат, и мы призываем вас продолжать изучать и практиковать этот навык.