- Проектирование печатной платы
- Этапы проектирования
- Последовательность процессов проектирования печатной платы
- Принципиальная электрическая схема
- Работы по проектированию трассировки (разводки) печатных плат (в том числе и многослойных)
- Начало трассировки печатной платы
- Трассировка «простой» печатной платы
- Правила трассировки для современных печатных плат
- Импеданс и топология
- Трассировка проводников на печатной плате
- Разработка конструкторской документации на печатную плату
- Анатомия проектирования печатной платы
- Лучшие программы для проектирования печатных плат в 2022 году
- EasyEDA: Лучшее программное обеспечение для проектирования печатных плат 2022 года
- Системное видение
- Upverter-PCB: лучшее программное обеспечение для проектирования печатных плат 2022 года
- Autodesk 123D — Circuits.io
- Инструменты проектирования электронных схем: Fritzing
- Everycircuit: лучшее программное обеспечение для проектирования печатных плат 2022
- Альтиум Дизайнер 19
- Upverter
- CircuitMaker
- LibrePCB
- DesignSpark
- EAGLE
- DipTrace
- Как выбрать лучшее программное обеспечение для проектирования печатных плат 2020?
- Лучшее бесплатное программное обеспечение для проектирования печатных плат 2020
- Завершив анализ, проверьте ниже 10 лучших и наиболее часто используемых программ EDA:
- Другие инструменты
- Что нужно учесть при разработке ПП?
- Разводка печатных плат для высокоскоростного интерфейса
- Давайте узнаем, как это сделать
- Что такое разводка печатных плат для высокоскоростного дизайна?
- Рекомендации по разводке высокоскоростных печатных плат
- Минимальное использование переходных отверстий
- Выравнивание длины
- Короткая длина трассы
- Расстояние между трассами
- Советы по разводке высокоскоростной печатной платы
- Правила и проблемы разводки печатной платы для высокоскоростных схем
- Настройка длины трассы
- Импеданс
- Форма дорожки
- Согласование
- Заземление
- Расположение компонентов
- Размещение полигонов земли на слоях, близких к сигнальным слоям
- Перекрестные помехи
- Обычные ошибки на уровне платы
Проектирование печатной платы
Что стоит за понятием «дизайн печатной платы“?
Некоторые ошибочно полагают, что дизайн печатной платы сводится к трассировке (топологии рисунка проводника).
Но так ли это на самом деле?
Конечно, нет!
Не менее важным элементом проектирования является разработка конструкторской документации (ДКД.
РКД представляет собой совокупность конструкторских усилий, направленных на реализацию:
- сборочные чертежи печатной платы
- подробные чертежи печатных плат
- чертежи компоновки печатной платы
- характеристики
- списки элементов
- файлы подготовки дизайна
- выбор файлов для автоматических установщиков компонентов
- 3D модели печатных плат
- иные документы, необходимые для изготовления печатных плат в производстве
Этапы проектирования
Процесс проектирования печатной платы логически разделен на этапы.
с обязательной проверкой результатов по окончании каждого этапа.
и с предоставлением промежуточных результатов клиенту.
Список этапов проектирования печатной платы:
1. Получить от клиента полную информацию по механике, отверстиям и надписям, комплектующим.
2. Ввод механического чертежа, проверка заказчиком, исправления.
3. Описание компонентов (подготовка библиотеки).
4. Загрузите и проверьте список цепей.
5. Размещение компонентов, проверка заказчиком, корректировки.
6. Описание проекта, настройка правил мониторинга.
7. Проверьте местоположение, список сетей и правила (свойства сети).
8. Разветвление (подготовка к макету).
9. Раздача дифференциальных пар, часов, быстрых шин, управляющих сигналов, проверка клиентом.
10. Разводка остальных схем и схемы питания.
11. Проверка трассы, корректировка по требованию клиента.
12. Заполнение пустых мест (баланс меди).
13. Выравнивание надписей слоя шелкографии и монтажного рисунка.
14. Панели для группового монтажа.
15. Заполните текстовый блок на чертеже.
16. Успешное завершение проекта, подписание Актов сдачи-приемки.
Последовательность процессов проектирования печатной платы
В первую очередь проектирование печатной платы начинается с разработки технического задания.
Минимальная необходимая спецификация — это принципиальная схема. Компоненты должны быть перечислены на схеме. Компоненты могут быть представлены в отдельных документах, называемых списками элементов. В этом случае наличие названий компонентов на схеме не обязательно.
В идеале хорошее техническое задание на разработку проекта печатной платы, помимо вышеперечисленных документов, уже содержит:
- перечень работ, которые необходимо провести;
- список файлов и документов, которые должны быть получены в результате проектирования;
- требования к конструкции печатной платы;
- эскиз печатной платы;
- документация по конкретным нестандартным компонентам;
- другие пожелания клиента, которые, по его мнению, следует применить в проекте;
Хорошо выполненный проект печатной платы начинается с хорошо проработанной спецификации.
Следующим шагом в процессе проектирования печатной платы является работа с принципиальной схемой.
Принципиальная электрическая схема
Схема, полученная от заказчика (изображение/фото/файл САПР), передается в систему САПР сквозным способом.
С этого момента инженер-конструктор принимает активное участие в разработке проекта печатной платы. Начинается проработка вопросов проектирования и компоновки (получение топологии проводящего рисунка).
Результатом работы в редакторе схем является сгенерированный список соединений. Информация о связях между компонентами компоновки платы экспортируется в редактор плат. Этот редактор используется для разработки топологии печатной платы.
Работы по проектированию трассировки (разводки) печатных плат (в том числе и многослойных)
Обычно он включает следующие шаги:
- импорт списка соединений;
- выполнение контура печатной платы по чертежу (эскизу) заказчика; подгонка под существующую коробку или произвольный контур (если нет особых требований к разводке печатной платы);
- элементный дизайн;
- трассировка соединения печатной платы;
- при необходимости коррекция топологии токопроводящего рисунка печатной платы;
- при необходимости коррекция контура печатной платы по результатам работы;
- контрольная проверка конструкции печатной платы на наличие ошибок и соответствие стандартам изготовления;
- 3D моделирование;
Более подробно процесс разработки проекта печатной платы описан в статье «Проектирование самодельного радиоприемника”
Следующим трудоемким, ответственным и потому не менее важным этапом проектирования печатной платы является разработка конструкторской документации.
Начало трассировки печатной платы
Печатные платы содержат медь, которая соединяет компоненты на внутреннем или внешнем слоях, эта медь образует проводники. Можно ли назвать устройство «простым», зависит от нескольких факторов, которые определяют подходящую конфигурацию топологии для использования в вашем проекте. Некоторые из требований к проектированию топологии, которые можно найти как в высокоскоростных, так и в низкоскоростных стандартах передачи данных, включают следующие положения:
- Токонесущая способность проводников для щитов большой мощности может потребовать использования больших проводников или даже многоугольников.
- Ширина проводников на плате должна обеспечивать технологичность и положительно влиять на перекрестные помехи (т.е их отсутствие).
- Цепи с регулируемым сопротивлением должны быть выполнены с проводниками определенной ширины, которую необходимо определить по результатам анализа стопки печатных плат.
- Должна быть определена конфигурация топологии, которая будет определять, как будет происходить соединение нескольких компонентов одной цепи.
- Суммарные потери в цепи, определяющие ее максимально допустимую длину.
- Смещение допускается на параллельных шинах данных и дифференциальных парах. Протоколы, требующие синхронизации источника (SPI или I2C) и параллельные шины данных, имеют самые высокие характеристики смещения.
Ваша задача как проектировщика — найти баланс всех этих параметров и определить, какие из пунктов списка выше являются наиболее важными для разных схем. Например, для высокоскоростных плат, содержащих дифференциальные пары, важен контроль импеданса, а мощные платы постоянного тока должны иметь широкие дорожки, для которых контроль импеданса не нужен.
Давайте сначала рассмотрим некоторые требования к разводке для более простых плат, а затем перейдем к более сложным конструкциям.
Трассировка «простой» печатной платы
Если ваша конструкция не является высокоскоростной, не должна быть достаточно плотной, чтобы создавать проблемы с перекрестными помехами, и ваши дорожки не должны пропускать большие токи, вы можете выбрать ширину дорожки, которая соответствует контактам и контактам на ваших компонентах y можно использовать дорожки шириной от 5 до 15 мил, поскольку они достаточно малы, чтобы напрямую подключаться к контактным площадкам большинства компонентов. Ниже приведен базовый пример операционного усилителя с выводами, расположенными между низкоскоростной ИС и некоторыми резисторами и конденсаторами.
Простая конструкция, подобная этой, не создает проблем с импедансом, конфигурациями топологии или необходимостью коммутации больших токов. Однако очень немногие современные схемы настолько просты, что не требуют определенного уровня проектирования топологии или определения правил маршрутизации.
Правила трассировки для современных печатных плат
Современные платы, даже те, которые используют только простой микроконтроллер и маломощные каскады, требуют определенного уровня проектирования топологии и правил маршрутизации для обеспечения целостности сигнала. Разработчики должны определить требования к геометрии проводника для своих межсоединений, чтобы обеспечить надежность и целостность сигнала.
- Определить текущие требования к водителям; Топология силовых цепей на печатной плате может пропускать большой ток.
- Если ток будет очень низким (менее 1 А), определите, требуется ли контроль импеданса, взглянув на характеристики компонентов или стандарт связи.
- Рассчитайте ширину проводника, необходимую для достижения целевого импеданса, если требуется контроль импеданса. Также рассчитайте необходимое расстояние между проводниками, если будут использоваться дифференциальные пары.
Если требуется управление импедансом, топология, скорее всего, будет реализована с использованием одинарных или дифференциальных линий. Обязательно ознакомьтесь со своим стандартом связи на предмет требований к топологии, которые будут включать такие вещи, как бюджет потерь при отслеживании (определяет общую длину цепи), требования к импедансу и допустимое смещение на дифференциальных парах или параллельной шине.
После того как вы определили требования к маршрутизации на своей плате, вы можете установить правила проектирования для конкретных сетей в вашем проекте. Это включает в себя установку минимальной или максимальной ширины обводки в правилах макета. Ваши инструменты маршрутизации будут использовать эти данные для установки ширины кабеля во время маршрутизации.
Импеданс и топология
Когда разводка печатной платы требует контроля импеданса, его необходимо определить одним из нескольких методов. Существуют формулы, которые можно использовать для определения импеданса в вашей конструкции, или вы можете использовать более специализированные приложения для расчета импеданса вашей конструкции. Величина импеданса одиночных и дифференциальных линий определяет геометрию проводника, при которой будут выполняться требования.
Самый быстрый способ определить импеданс — использовать программное обеспечение для проектирования печатных плат со встроенным калькулятором импеданса. Не все приложения для проектирования печатных плат содержат такие утилиты, а те, которые предоставляют результаты, имеют разный уровень точности. Лучшие приложения для компоновки печатных плат будут иметь анализатор электромагнитного поля, который автоматически рассчитывает требуемую геометрию трассы. Этот инструмент берет информацию о диэлектрической проницаемости и шероховатости меди на вашей печатной плате и использует ее для расчета ширины проводника и расстояния между проводниками дифференциальных пар, необходимых для достижения целевого импеданса.
Layer Stack Manager в Altium Designer содержит калькулятор электромагнитного поля Simberian, который обеспечивает высокоточные расчеты импеданса на нужной частоте.
Топология определяет, как проводники размещаются между входами и выходами компонентов и как они отделены друг от друга для соединения нескольких компонентов. Например, отслеживание DDR использует сквозную топологию, в которой одна шина разветвляется для подключения нескольких компонентов устройства. В другом примере SPI использует аналогичную топологию шины данных, но с выводами, размещенными в требуемых местах. Другие устройства могут использовать топологию «точка-точка» для доступа к нескольким компонентам, что наиболее распространено, когда в проекте требуется, чтобы компонент взаимодействовал с несколькими нагрузками через один интерфейс ввода-вывода. Убедитесь, что вы понимаете конфигурацию топологии, требуемую вашим стандартом связи, и что
Трассировка проводников на печатной плате
Проводники на печатной плате прокладываются простым наведением и нажатием на точки на плате. Попутно медные проводники будут закрепляться в нужной точке, по которой пользователь кликает мышкой, окончательно формируя топологию в нужной точке. Используя инструменты трассировки в приложении редактора печатных плат, вы можете автоматически поворачивать трассы при трассировке (обычно на 45°), а также размещать переходные отверстия для соединения трасс между компонентами печатной платы.
Прежде чем приступить к трассировке, найдите время, чтобы разработать стратегию для различных сетей, чтобы избежать чрезмерного использования переходных отверстий или добавления дополнительных слоев для завершения дизайна вашей платы. Стратегия разводки печатных плат будет зависеть от вашего макета; если на топологии печатной платы пересекается слишком много сетей, вам будет сложнее прокладывать дорожки без использования дополнительных переходных отверстий. Иногда вам нужно будет начать с самых простых схем, так как они помогут вам определить, какие схемы потребуют больше всего времени и усилий для достижения оптимальной компоновки печатной платы.
Некоторые варианты разводки могут быть очень сложными, например, выход из BGA. Этот проводник проходит через два пути и заканчивается в поверхностном слое.
Следует помнить о некоторых важных правилах разводки платы:
- Постарайтесь сохранить схему управления импедансом для определенного интерфейса или протокола связи на том же уровне печатной платы.
- Минимизируйте количество путей в высокоскоростном протоколе и высокочастотных цепях.
- Будьте осторожны, чтобы не пересекать промежутки в полигонах и следуйте текущему пути возврата на вашей печатной плате; лучший способ сделать это — использовать однородные полигоны и слои земли.
- Старайтесь, чтобы кабели были короткими и прямыми. Не делайте их длиннее, чем они должны быть
- Для разводки сильноточных цепей не бойтесь использовать многоугольники, чтобы сделать более широкие провода; многоугольники могут быть использованы для изготовления проводников любой формы
Целостность сигнала — это фактор, тесно связанный с конструкцией стека и компоновкой печатной платы. Расположение эталонных уровней мощности/земли по отношению к уровням сигнала и общей маршрутизации является важным фактором в определении целостности сигнала. Трассировка по нетронутым участкам земли — это один из способов гарантировать, что ваша конструкция поддерживает целостность сигнала и не восприимчива к электромагнитным помехам (перекрестным помехам, внешнему высокочастотному шуму, сетевому шуму и т д.). Это простое руководство и приведенные выше правила маршрутизации помогут вам предотвратить или смягчить проблемы с целостностью сигнала и сохранить работоспособность вашей платы.
Лучшие инструменты трассировки, которые могут помочь вам выполнить основные рекомендации по трассировке печатных плат, будут интерактивными. Другими словами, эти инструменты являются полуавтоматическими и позволяют вам определять пути для групп сигналов. Инструменты маршрутизации размещают кабели таким образом, чтобы они автоматически подчинялись вашим правилам проектирования. При этом типе трассировки правила проектирования для ваших сетей и сетевых групп автоматически проверяются при создании топологии печатной платы. Со многими бесплатными программами для проектирования с открытым исходным кодом вам придется делать все вручную, но передовое программное обеспечение для проектирования печатных плат, такое как Altium Designer, поможет вам оставаться продуктивным, работая над проектированием и компоновкой печатной платы.
Функции интерактивной трассировки Altium Designer обеспечивают интеллектуальную полуавтоматическую трассировку печатных плат в соответствии с вашими правилами проектирования и основными требованиями к трассировке.
Разводка печатных плат становится намного проще, если вы используете полный набор инструментов Altium Designer® для печатных плат. Правила проектирования, встроенные в Altium Designer, автоматически проверяют проект по мере размещения кабелей, позволяя выявлять и исправлять ошибки до того, как проектирование платы будет завершено. Каждый пользователь Altium Designer также имеет доступ к выделенному рабочему пространству на облачной платформе Altium 365™, где можно хранить проекты, данные о компонентах, данные о производстве и любую другую проектную документацию и делиться ею с коллегами.
Разработка конструкторской документации на печатную плату
Прежде всего, это выполнение детальных чертежей и сборка печатной платы, макетный чертеж.
Заключительный этап – разработка технического задания, важнейшего документа РКД.
Кроме того, по желанию заказчика и наличия технических возможностей, дополнительные чертежи и документы могут быть выполнены отдельно.
Анатомия проектирования печатной платы
Иногда сложно быстро сориентироваться и ответить на вопрос, какой список документов нужно подготовить для проекта. Для этого необходимо иметь некоторое представление о типах конструкторской документации. То есть нужно для себя понять, с чего начать и в каком направлении двигаться.
Рис. 1. Анатомия конструкции электронной печатной платы: от принципиальной схемы к конструкторской документации
Лучшие программы для проектирования печатных плат в 2022 году
EasyEDA: Лучшее программное обеспечение для проектирования печатных плат 2022 года
EasyEDA — это отличное бесплатное облачное программное обеспечение для проектирования печатных плат 2020 EDA, которое упрощает проектирование схем, моделирование SPICE и компоновку печатных плат.
В настоящее время в онлайн-базе данных готово и доступно более 70 000 схем, а также имеется более 15 000 библиотек Pspice.
Вы можете быстро рисовать диаграммы, используя библиотеки, доступные в браузере.
Разработанные работы могут быть частными, публичными или даже открытыми для всех пользователей.
Схемы и библиотеки можно импортировать из популярных программ, таких как Altium, Eagle, KiCad, в LTspice.
Файлы можно экспортировать в различные форматы, включая JSO. Также предлагаются дополнительные недорогие услуги по изготовлению печатных плат.
Поскольку приложение можно открыть в облаке, оно обеспечивает пользователям удобство мобильности и портативности.
Поскольку это онлайн-инструмент, он совместим с широким спектром систем.
Системное видение
Systemvision — Systemvision — это бесплатный инструмент, разработанный Mentor Graphics для моделирования электронных схем.
В дополнение к облачной поддержке, обеспечивающей превосходную совместимость с большинством систем, инструмент предлагает расширенные возможности моделирования на основе моделей VHDL-AMS. Помимо использования полного набора доступных компонентов, вы можете использовать этот язык для разработки новых компонентов в соответствии с вашими потребностями.
Кроме того, у него есть очень интересная возможность, когда речь идет об оценке поведения новых компонентов, поскольку с помощью данных, доступных в техпаспорте, можно с большой точностью моделировать их поведение.
Представьте, например, сравнение поведения потребления или даже частотной характеристики операционного усилителя.
В дополнение к традиционному моделированию аналоговых цепей он позволяет моделировать электромеханические элементы, позволяя моделировать параметры напряжения и усталости.
Программное обеспечение для сборки печатных плат
Upverter-PCB: лучшее программное обеспечение для проектирования печатных плат 2022 года
Upverter — еще одно отличное онлайн-программное обеспечение для проектирования печатных плат 2020 года для разработки электронного дизайна.
У него очень хорошая среда разработки и очень интересная кривая обучения, с упором на руководство по началу работы, в котором демонстрируются некоторые функции.
Инструмент позволяет спроектировать схему с использованием обширной библиотеки компонентов, с отличием услуги «консьерж», где при отсутствии необходимого для проекта компонента вы указываете свою потребность с данными о компоненте, производителе и технической лист, и когда тот же компонент становится доступным.
Как только компонент будет «готов», вы получите уведомление об обновлении системы, и, если компонент обновлен, вы также получите уведомление.
После схемы можно спроектировать печатную плату.
В бесплатной версии он позволяет пользователю иметь 2 частных проекта, контроль версий репозитория и запросить 5 консьержей, а также экспортировать CAM общедоступных проектов.
Кроме того, есть планы оплаты с большим количеством функций (с будущей симуляцией). Он также имеет широкий спектр общих конструкций.
Autodesk 123D — Circuits.io
Autodesk 123D — Circuits.io — это лучшее онлайн-программное обеспечение для проектирования печатных плат 2020 года, которое наверняка понравится многим новичкам, энтузиастам и производителям благодаря его интерфейсу и функциям.
Платформа бесплатна и поддерживается Autodesk.
Это позволяет «размещать» компоненты на виртуальной плате при сборке схемы, затем подключать провода и моделировать.
Он имеет интеграцию с миром Arduino, что позволяет вам тестировать код без необходимости владеть платой или даже компонентами, что отлично подходит для тех, кто только начинает, или даже для тех, кто хочет избежать дополнительных затрат.
Есть своего рода туториал по использованию доступных ресурсов и даже мини-курс по электричеству. Отличный инструмент для любителей Arduino.
Инструменты проектирования электронных схем: Fritzing
Fritzing — лучшее программное обеспечение для проектирования печатных плат 2020 года, очень популярное среди производителей благодаря простоте рисования электронных схем с помощью традиционной схемы или даже имитации сборки на макетной плате. Вы также можете создать печатную плату, используя схему.
Электронная схема
Everycircuit: лучшее программное обеспечение для проектирования печатных плат 2022
EveryCircuit — Симулятор онлайн (а также оффлайн на смартфон) очень интересный и интерактивный.
В каком-то смысле его можно считать кроссплатформенным, так как его можно использовать в облаке через браузер (только Chrome), а также на Android и iOS.
Один момент, который делает его очень интересным при изучении, и почему бы не сказать об этом как об инструменте в электронных дисциплинах, заключается в том, что он графически представляет (эти маленькие зеленые точки на кабелях) идеальное течение тока, что облегчает понимание этого абстрактного концепция.
Апплет Circuit Simulator — очень интересный онлайн-симулятор специй, который обсуждался ранее в этой статье.
Очень интересным моментом этого симулятора является то, что поскольку он работает в большинстве браузеров, он становится кроссплатформенным и хорошо работает даже в браузере Android-устройства.
Альтиум Дизайнер 19
Altium Designer 18 вывел процесс проектирования печатных плат на новый уровень благодаря современному графическому пользовательскому интерфейсу, функциям работы с несколькими платами и переработанной спецификации на основе 64-битной архитектуры. Altium Designer 19 предлагает новые мощные технологии проектирования, которые упрощают процесс создания даже самых сложных проектов и обеспечивают беспрецедентную унификацию процессов проектирования, проектирования и постпроектирования.
Altium Designer 19 гораздо более совершенен, чем другие программы для проектирования печатных плат. Вот некоторые из его наиболее полезных функций:
- Он предлагает широкий спектр инструментов управления данными и информационных ресурсов, помогая преодолеть разрыв между проектированием и производством.
- Это позволяет активно управлять созданием и проверкой всех производственных данных, экономя время и сводя к минимуму дорогостоящие ошибки проектирования.
- Вы можете создать спецификацию в Altium Designer из схемы, печатной платы или из активной спецификации — инструмента, используемого для непосредственной работы с компонентами проекта, включая облачное подключение к поставщикам компонентов. Это позволит вам в режиме реального времени собирать данные и информацию об используемых вами деталях, например о стоимости и доступности.
- Он имеет богатую библиотеку с различными примерами шаблонов микросхем, а также множеством предложений от производителей, что позволяет легко находить микросхемы, которые вы используете на своей печатной плате, и легко добавлять их в свой дизайн.
- Возможности печати в Altium Designer фантастические и непревзойденные. Сочетание автоматической и ручной маршрутизации — отличная функция, которую можно добавить в программное обеспечение.
- Он также подходит как для начинающих, так и для продвинутых пользователей.
- У него есть портативная версия, которую вы можете носить с собой на USB-накопителе и использовать в любом другом месте, где вы не установили все программное обеспечение.
Altium Designer 19 — это комплексная система проектирования программного обеспечения САПР, которая предоставляет вам ресурсы, необходимые для решения самых сложных задач проектирования.
Upverter
Тип: Интернет с неограниченным функционалом
Операционные системы: Windows, Mac, Linux
Разработчик: Альтиум
Скачать программу для проектирования печатных плат Upverter можно на сайте разработчика.
Upverter — это онлайн-инструмент от Altium, мирового лидера в области профессиональных решений для автоматизированного проектирования и проектирования печатных плат. Он был создан с простой целью — позволить пользователям разрабатывать электронные устройства в любое время и в любом месте и делиться ими с единомышленниками.
Upverter прост в использовании и сочетает в себе обычный схематический дизайн, дизайн печатной платы и функции 3D-визуализации с добавлением простой совместной работы в облаке. Он имеет хорошо поддерживаемую библиотеку компонентов, а также позволяет пользователям легко добавлять свои собственные компоненты.
Upverter фокусируется на использовании в образовательных целях с хорошей основой информативного обучения и вспомогательных ресурсов. Популярные функции включают базу данных дизайна сообщества с тысячами настраиваемых конструкций оборудования, а также активный онлайн-форум пользователей.
CircuitMaker
CircuitMaker — это мощный инструмент, управляемый сообществом, с мощными функциями и поддержкой (Источник: CircuitMaker)
Тип: Offline с неограниченным функционалом (платная версия Pro находится в стадии бета-тестирования)
Операционная система: Windows
Разработчик: Альтиум
Программу проектирования печатных плат CircuitMaker можно загрузить с веб-сайта разработчика.
CircuitMaker — еще одно бесплатное предложение от Altium, которое находится между онлайн-версией Upverter и их профессиональными инструментами.
В дополнение к обычным функциям проектирования и компоновки CircuitMaker предлагает несколько функций, которые обычно можно найти только в профессиональных инструментах: встроенная 3D-визуализация, проверка правил проектирования и обширная библиотека компонентов.
CircuitMaker постоянно получает хорошие и положительные отзывы и продолжает развиваться и совершенствоваться. Он имеет мощный форум сообщества и профессионально подготовленные учебные материалы. Новый продукт CircuitMaker Pro в настоящее время находится на стадии бета-тестирования и, как ожидается, будет существовать вместе с бесплатной версией. Пока неясно, будет ли предоставляться какой-либо дополнительный функционал.
LibrePCB
LibrePCB — это то, как может выглядеть EDA будущего с открытым исходным кодом (Источник: LibrePCB)
Тип: оффлайн с неограниченным функционалом
Операционные системы: Windows, Mac, Linux
Разработчик: LibrePCB
Скачать программу для проектирования печатных плат LibrePCB можно на сайте разработчика.
LibrePCB — один из самых известных бесплатных пакетов для проектирования печатных плат нового поколения. Программа оказалась простой в использовании благодаря простому и интуитивно понятному интерфейсу. Хотя в настоящее время в нем отсутствуют такие функции, как просмотр 3D. По сути, это мощная поддержка современных библиотек компонентов, которую оценят те, кто работает в передовых областях электроники.
Учебный материал ограничен, но это компенсируется простотой использования. Небольшой, но активный форум может помочь с функциональными вопросами. Для тех, кто хочет приблизиться к развитию функционала программы, существуют интернет-чаты (IRC) и Telegram.
DesignSpark
DesignSpark — популярное полупрофессиональное приложение с богатым функционалом (Источник: Proto-Electronics)
Тип: Offline с неограниченным функционалом (с опциональной версией Pro)
Операционная система: Windows
Разработчик: RS Компоненты
Вы можете загрузить программное обеспечение DesignSpark для компоновки печатных плат с веб-сайта разработчика.
DesignSpark от известного поставщика RS Components является частью интегрированного набора инструментов для проектирования оборудования и электроники. Он разработан на основе профессионального инструмента Easy-PC от NumberOne Software и предназначен для начинающих и студентов.
Бесплатное программное обеспечение полнофункционально для неограниченного проектирования схем и компоновки печатных плат, с хорошими библиотеками и инструментами для определения пользовательских компонентов. Однако в нем отсутствует моделирование схем и 3D-визуализация. Подключение к собственной библиотеке деталей RS и изготовление печатных плат не является обязательным. Существует также версия Pro для поддержки больших и сложных проектов, но если вас не интересуют «слепые и скрытые переходные отверстия» или «иерархический схематический дизайн», бесплатный инструмент должен быть более чем достаточным.
Учебные материалы профессионально подготовлены. Некоторые отметили, что софт требует достаточно мощного ПК. Сообщество пользователей Интернета обладает знаниями и опытом.
EAGLE
EAGLE имеет хорошую функциональность, но требует подписки на Fusion 360 (Источник: Autodesk)
Тип: автономный режим с ограниченными функциями (требуется подписка на Fusion 360)
Операционные системы: Windows, Mac, Linux
Разработчик: Автодеск
Скачать программу для проектирования печатных плат EAGLE можно на сайте разработчика.
Первоначально разработанный CadSoft, EAGLE (Easy Graphical Layout Editor) когда-то был одним из бесплатных инструментов проектирования печатных плат для любителей. С приобретением Autodesk бесплатное использование теперь доступно только любителям и студентам с Fusion 360 для личного использования.
EAGLE известен простотой использования и хорошей функциональностью. В дополнение к обычным функциям схемы и компоновки он имеет возможности автоматической трассировки и просмотра в 3D. Пробная версия ограничивает дизайн двумя листами схем, двумя слоями знаков и максимальной площадью платы 80 квадратных метров см (12,4 квадратных дюймов), что достаточно для большинства простых проектов.
В Интернете доступно множество руководств и вспомогательных материалов, в том числе множество реальных примеров от таких компаний, как Sparkfun. Форумы и группы поддержки доступны и активны.
DipTrace
Мощный и простой в использовании, DipTrace предлагает бесплатное, хотя и ограниченное, использование в образовательных целях (Источник: Википедия)
Тип: Автономный режим с ограниченными возможностями (для образовательных целей)
Операционные системы: Windows, Mac, Linux
Разработчик: Новарм
Программу компоновки печатных плат DipTrace можно загрузить с веб-сайта разработчика.
DipTrace — это программное обеспечение для проектирования печатных плат и схем от специализированного поставщика Novarm, ориентированное на простоту использования без ущерба для функциональности. Регулярные лицензионные сборы сведены к минимуму для некоммерческих и личных приложений; студенты могут бесплатно использовать «облегченную» версию пакета с ограничением дизайна в 500 контактов и двумя слоями платы.
Пакет поддерживается очень активным сообществом пользователей, хорошими обучающими материалами и даже активным каналом на YouTube.
Как выбрать лучшее программное обеспечение для проектирования печатных плат 2020?
Выяснить, какое программное обеспечение для проектирования печатных плат является лучшим в 2020 году для создания дизайна печатных плат или программное обеспечение EDA (электронная автоматизация проектирования), не такая уж простая задача.
Есть функции и характеристики, которые могут сделать это программное обеспечение, которое предпочитают многие, не лучшим образом подходящим для нужд этого проекта.
В общем, у нас есть две основные ссылки, чтобы сделать вывод. Одним из них является то, что наши клиенты говорят нам о программном обеспечении, которое они используют.
Некоторые настолько привыкли пользоваться своей «любимой» программой, что видят в ней большие преимущества и начинают давать почти фанатичные отзывы в ее пользу.
Другая ссылка основана на цифрах. Одним из наиболее важных данных для определения того, какое программное обеспечение EDA является лучшим и наиболее часто используемым, является частота, с которой мы получаем проекты от каждого из них.
Как производители печатных плат, мы получаем десятки проектов каждый день, и это позволяет нам проводить такой анализ.
И, если они наиболее часто используются, по крайней мере, мы можем сказать, что они имеют отличное соотношение цены и качества.
В дополнение к программному обеспечению, представленному в этом рейтинге, есть несколько других версий и наименований, которые были заменены на протяжении многих лет в связи с приобретением компаний и продуктов, в первую очередь Altium.
Поэтому такие названия, как Protel, Tango, P-cad, Autotrax и другие, которые уже были в числе самых популярных, в этом списке не появятся.
Конструкция печатной платы
Лучшее бесплатное программное обеспечение для проектирования печатных плат 2020
На рынке также есть несколько бесплатных и хорошо зарекомендовавших себя вариантов программного обеспечения.
На самом деле, некоторые из них бесплатны, поскольку являются маркетинговыми инструментами для приближения пользователей к PCI, которые предоставляются производителями печатных плат или электронных компонентов, обычно в Северной Америке.
В результате эти компании уже добавляют пользователей в свою воронку продаж.
Хотя эта практика не так распространена во многих странах, ничто не мешает вам использовать это программное обеспечение, поскольку покупка лицензии не всегда доступна для всех пользователей.
Тем не менее, всегда важно проверять ограничения этого лучшего программного обеспечения для проектирования печатных плат 2020 года, потому что очень часто можно получить проекты в программном обеспечении, бесплатная версия которого не создает файлы Gerber, Dxf, Excellon, Sieb Mayer и т д., необходимые для производства досок, а это значит, что во многих случаях всю работу по созданию дизайна можно выполнить только купив лицензионную (платную) версию.
Завершив анализ, проверьте ниже 10 лучших и наиболее часто используемых программ EDA:
- 10-е место DesignSparkPCB
- 9. EasyEDA
- 8.Экспресспечатная плата
- 7-й Фрицинг
- 5 без печатных плат
- шестой перерыв
- 4 Кикад
- 3 Программное обеспечение Орел
- второе программное обеспечение Proteus
- Первое программное обеспечение Altium
Если программного обеспечения, которое вы регулярно используете, нет в этом списке, не беспокойтесь.
Технические различия между ними уменьшаются с каждой новой версией, и какую бы программу вы ни использовали правильно, вы всегда сможете получить отличные результаты при изготовлении своей печатной платы.
Напишите здесь, какое программное обеспечение для проектирования вы используете, и каковы его плюсы и минусы, потому что в следующих постах мы поговорим о деталях некоторых из этих программ EDA!
Другие инструменты
SmartDraw — инструмент для создания графиков и диаграмм, разработанный компанией SmartDraw LLC, которая разрабатывает высококачественные инструменты САПР. Его бесплатная версия предназначена для использования инструмента при продвижении платной версии.
ДНИ — Вход в музей программного обеспечения мадам Тюссо для рисования схем, в том числе блок-схем, а также электронных схем (цифровая логика, КМОП-схемы, аналоговые схемы).
Наиболее распространенные и традиционные компоненты доступны в электронной схеме, однако это указано для более простых схем или даже для тех, кто только начинает свой путь в мире электроники. Он распространяется под лицензией GPL с версиями, доступными для Windows, Mac OS X и Linux.
А в случае сомнений обращайтесь к команде PCBMay! Мы готовы помочь вам с вашими вопросами и предоставить вам всю конкретную информацию для каждого случая.
Что нужно учесть при разработке ПП?
Самое главное, что необходимо решить на этапе подготовки к созданию платы, это выбор типа схемы. Все просто: нужно соответствовать требованиям, в зависимости от оборудования, на котором будет использоваться ПО и решаемых задач.
Если цели и задачи определены, если понятно, как будет работать устройство на базе будущей печатной платы, то можно приступать к его проектированию. И тут встает не менее важная задача – выбор материалов и комплектующих для будущей платы. Для этого следует руководствоваться следующими моментами:
- Доступность — определяет, насколько быстро будет изготовлена печатная плата
- Цикл производства компонента: стоит учитывать риск снятия выбранного компонента с производства
- Использование оптимальных фильтров по компонентам
- Выберите правильный пакет; в противном случае у вас могут возникнуть проблемы с пайкой правильного компонента
И прежде чем приступить к проектированию печатной платы в одной из выбранных компьютерных программ, лучше начертить плату на бумаге. А лучше подробнее описать работу каждого блока отдельно, на отдельных листах.
Когда подготовительный этап сборки ПО завершён, можно всё передавать в продакшн.
Разводка печатных плат для высокоскоростного интерфейса
Точно так же интегральная схема (ИС) затмила транзистор после его изобретения, и с тех пор мы мало что узнали о последнем. Также печатные платы в этом отношении ничем не отличаются. Практически все современные устройства питаются от высокоскоростных печатных плат.
Компоновка печатной платы, разработанная для устройств с низкой скоростью передачи данных, означает, что они передают более низкую частоту импульсов, более низкую тактовую частоту и более высокий уровень шума. Эти аспекты не нуждались в таких вещах, как контроль импеданса или целостность питания, но поверьте мне, современные устройства, подключенные к высокоскоростным интерфейсам, сильно отличаются.
Давайте узнаем, как это сделать
Что такое разводка печатных плат для высокоскоростного дизайна?
Высокоскоростная конструкция печатной платы применяется к устройствам, работающим на высоких частотах, поскольку для этого потребуются высокоскоростные интерфейсы. Однако термин «высокая скорость» может ошибочно относиться к тактовой частоте в этом контексте, что неверно. Буквально, дизайн высокоскоростной печатной платы вращается вокруг предельной скорости.
Так как же отличить высокоскоростную разводку печатной платы от низкоскоростной? Обратите внимание на любую из этих особенностей:
- Наличие высокоскоростных интерфейсов, включая HDMI, Ethernet, Thunderbolt, USB, SATA или любой другой высокоскоростной интерфейс передачи данных.
- Каждая схема состоит из других интегральных схем, соединенных между собой через высокоскоростные интерфейсы, такие как LVDS, DSI, DR3 и т д
- На пути время распространения сигнала не падает ниже 1/3 времени нарастания сигнала.
- Частота цифрового сигнала не менее 50 МГц.
- Физический размер печатной платы невелик, и найти отдельные компоненты сложно.
Рекомендации по разводке высокоскоростных печатных плат
Как мы уже упоминали, проектирование печатной платы для передачи данных с высокой скоростью представляет собой довольно сложную задачу, особенно если учесть, насколько тщательно должны быть размещены дорожки. Есть несколько рекомендаций, которые вы должны использовать, чтобы получить правильную компоновку для любой конструкции высокоскоростной печатной платы. Этот:
Минимальное использование переходных отверстий
Да, они полезны, но неправильная разводка приведет к отражению и затуханию сигнала. Вот почему у вас должно быть не более двух (2) путей на межсоединение.
Выравнивание длины
Два конца дифференциальной пары должны иметь одинаковую длину. Это гарантирует, что приемник может адекватно сгладить синфазный шум. Также убедитесь, что несбалансированные сигналы маршрутизируются параллельно в случае нескольких сигналов, чтобы сигналы могли достигать места назначения одновременно.
Короткая длина трассы
Чтобы уменьшить затухание, используйте как можно более короткие дорожки. Затухание происходит, когда сигналы теряют энергию в результате диэлектрического поглощения.
Расстояние между трассами
Чтобы свести к минимуму перекрестные помехи, расстояние между дорожками должно быть как минимум в пять раз больше ширины дорожки (5W).
Советы по разводке высокоскоростной печатной платы
Лучший способ научиться проектировать высокоскоростные печатные платы — это не просто практиковаться, а продолжать делать это до тех пор, пока вы не приобретете опыт. Опыт, в свою очередь, позволяет правильно и без ошибок выполнить весь процесс проектирования.
Читайте также: Освещение кухни: светодиодные светильники для интерьера
Если вы не тратили много времени на разводку высокоскоростных печатных плат, возможно, вы не сможете сделать это так быстро и эффективно, как это сделал бы специалист. Тем не менее, есть несколько советов, которые вы можете использовать в своих интересах и проектировать высокоскоростные высококачественные печатные платы.
Этими советами пользуются и профессионалы, чтобы облегчить себе работу. Проверьте их ниже:
Первое правило заключается в том, что длина дорожек должна примерно совпадать с одинаковой длиной для высокоскоростного проектирования. С современным программным обеспечением САПР у вас есть возможность контролировать общую длину гусениц.
Поскольку время распространения сигнала различается между слоями, общая длина трасс и участки трасс в каждом слое должны быть согласованы. Это необходимо только тогда, когда дорожки высокоскоростного интерфейса работают на нескольких уровнях.
Для большей точности настройки контролируйте длину секций с помощью удобной электронной таблицы Excel или Google. Этот ручной подход позволяет вам добавлять длины дорожек через слои, что обеспечивает большую точность.
Импеданс — еще один важный аспект проектирования высокоскоростных печатных плат. Поскольку вы не хотите возиться с одним значением импеданса, убедитесь, что производитель вашей печатной платы четко указывает таблицу данных и параметры трассировки. Если вы не можете связаться с производителем, вы должны хотя бы уметь читать спецификации и руководства по проектированию оборудования.
Даже имея техпаспорт, вы должны понимать, что реальный импеданс может немного отличаться от того, что вы рассчитали. Однако характеристики материалов компонентов варьируются от производителя к производителю.
При разработке правил компоновки для панели мониторинга необходимо выбрать идеального производителя компонентов и убедиться, что все детали соответствуют макету. Некоторые вещи вы можете спросить у производителя напрямую, например, какие у вас есть варианты размещения желаемого количества слоев, а также длину дорожек и расстояние между ними. Эта информация аналогична получению точных униполярных и дифференциальных импедансов, которые вам нужны.
Для некоторых производимых плат могут потребоваться специальные дорожки, требующие определенного сопротивления.
Наконец, даже если это приведет к увеличению стоимости изготовления печатной платы, вам все равно следует поручить производителю выполнить процедуру проверки импеданса. Это один из самых простых способов улучшить качество сигнала с самого начала проектирования вашей высокоскоростной печатной платы.
Правила и проблемы разводки печатной платы для высокоскоростных схем
Чтобы спроектировать и развести высокоскоростную печатную плату, необходимо соблюдать определенные правила проектирования для достижения оптимальной производительности. Теперь мы рассмотрим эти тенденции и проблемы.
Настройка длины трассы
Высокоскоростные интерфейсы часто требуют регулировки длины трассы для синхронизации сигналов перед их передачей по линиям данных; в противном случае плата не будет работать на полной частоте или, что еще хуже, вообще не сможет работать.
Как правило, чем выше частота интерфейса, тем выше требования к согласованию длины. Следовательно, вы должны настроить длину трассы для всех параллельных интерфейсов. При настройке длины трассы убедитесь, что вы получаете правильную длину для данного набора сигналов.
Импеданс
При разводке высокоскоростной печатной платы обратите особое внимание на несимметричное и дифференциальное сопротивления (Zo и Zdiff соответственно). Другие распространенные типы импеданса включают нечетный режим, общий режим и четный режим.
Использование неправильного импеданса приведет к тому, что сигнал будет отражаться внутри дорожки. Фактически это снижает рабочую частоту, создает нежелательные электромагнитные помехи и приводит к потере качества сигнала. Чтобы всего этого избежать, используйте правильный импеданс.
Форма дорожки
Хотя стандартные требования к форме дорожек должны быть круглыми, с ровными углами и без резких изгибов. Обычно это занимает много времени, но вам следует избегать поворотов на 90 градусов. Однако у вас есть возможность сделать дорожки под углом 45 градусов.
Более острый угол приведет к отражениям и изменениям импеданса, а также к увеличению длины развязки в дифференциальных парах.
Согласование
Терминация — это размещение резистора между выводами дифференциальной пары в конце линии, как можно ближе к приемнику. Прерывание помогает устранить отражения сигнала, тем самым улучшая качество передачи данных.
Следует отметить, что номинал резистора должен быть равен или немного превышать разность в случае дифференциальных пар, выход из строя которых вызовет перегрузку, ухудшающую качество сигнала.
Вы также должны внимательно изучить таблицы данных и руководства по проектированию оборудования, поскольку они могут сказать вам, есть ли согласующий резистор внутри вашей ИС. Включение внешнего резистора в таких случаях может вызвать перегрузку.
Заземление
Прокладка высокоскоростного интерфейса в один слой — это то, о чем вы действительно не мечтаете. Вам понадобятся переходные отверстия, чтобы иметь возможность перемещать штрих через другие слои.
При работе с разными слоями размещайте заземляющие проводники как можно ближе к слоям. Это обеспечивает равномерные потенциалы плоскости GND рядом с сигнальными путями. Таким образом, вы можете поддерживать один и тот же уровень GND на протяжении всей трассы.
Расположение компонентов
Длина дорожек обычно не очень велика. Вы должны помнить об этом, когда начинаете прокладывать кабели между компонентами, соединенными через высокоскоростные интерфейсы, чтобы было достаточно места для регулировки длины.
Высокоскоростные интерфейсы также не следует размещать вблизи края печатной платы, так как это повлияет на качество сигнала.
Размещение полигонов земли на слоях, близких к сигнальным слоям
Эмпирическое правило заключается в том, что все дорожки высокоскоростного интерфейса должны проходить через сплошную плоскость GND.
Поэтому, чтобы избежать дополнительных электромагнитных помех, задержек сигнала, интерференции, ухудшения целостности и ухудшения качества сигнала, никогда не запускайте трассировку через разветвители и не разбивайте полигоны.
Любые следы, пересекающие разделенный многоугольник, должны быть скорректированы путем размещения керамических развязывающих конденсаторов в месте расположения разделенного многоугольника, чтобы свести к минимуму ухудшение сигнала.
Перекрестные помехи
Для любых двух соседних дорожек сигнал, передаваемый по одной дорожке, вызывает нежелательные эффекты на другой — явление, известное как перекрестные помехи. Поскольку количество перекрестных помех зависит от длины переходных отверстий, параллельных друг другу, вы должны убедиться, что расстояние между парами не менее чем в пять раз превышает ширину переходного отверстия. Такое же расстояние должно быть обеспечено между дифференциальной парой и любой другой трассой по всей длине первой.
Обычные ошибки на уровне платы
Как правило, на многослойных платах сплошная земля и силовые плоскости максимизируют целостность сигнала.
Первым делом необходимо выбрать точки заземления на шасси и на всех печатных платах. Некоторые неопытные разработчики считают землю неким волшебным местом, где исчезают все помехи и нивелируются все просчеты. Иногда сначала выбирают точку заземления, но не предусматривают отдельных путей для обратных токов в эту точку от разных типов цепей. Рисунок 2 иллюстрирует эту ошибку.
Рис. 2. Ошибки, приводящие к шумному полу
Начнем с отмеченной звездочкой точки заземления на источнике питания +5 В. Шум, генерируемый цифровой схемой, попадет как на источник питания 5 В, так и на землю. Понятно, что аналоговая схема требует «чистого» напряжения +3,3В, но нам было лень прокладывать отдельные дорожки заземления и +5В к точкам, обозначенным звездочками на блоке питания. Линейный регулятор LDO нужен для создания чистых 3.3В, по крайней мере нам так кажется. В реальности напряжение на выходе линейного стабилизатора всегда будет ровно на 3,3 В выше опорного напряжения или потенциала земли. Таким образом, если регулятор LDO выполняет свою работу, а потенциал земли прыгает вверх и вниз, как мигающая красная стрелка индикатора, то выходное напряжение равно +3. 3V начнет меняться с потенциалом земли и теперь зададимся вопросом Сколько времени займет поиск причин неисправности модуля, не позволяющего раздельно подключать цифровые и аналоговые цепи к питанию? Наилучший способ подключения аналоговой схемы показан на рисунке 3.
Рис. 3. Надлежащее заземление и питание. Предполагается, что в точках соединения заземление
и чистая еда
Утверждение, что в точках, отмеченных на рисунке 3 звездочками, земля и питание чистые, означает, что в этих точках они однородны, дифференциального шума между землей и питанием нет. В идеале выходной импеданс источника питания должен быть близок к нулю, либо на выходе должны быть развязывающие конденсаторы с низким ESR в интересующем диапазоне частот. Отдельные проводники, соединяющие различные цепи с землей и точками питания, также имеют собственное сопротивление и индуктивность. Мы полагаемся на это сопротивление и индуктивность, чтобы изолировать шумные цепи от чистых цепей. Последовательно соединенные сопротивление и индуктивность, а также развязывающие конденсаторы на выходах блоков схемы образуют ФНЧ
Рис. 4. Конденсатор с присущим ему паразитом
мои компоненты
Развязка непростая, потому что конденсаторы имеют паразитную индуктивность. На практике конденсатор описывается как последовательная цепь RCL (рис. 4). Емкость преобладает на низких частотах, но выше частоты последовательного резонанса (Self-Resonance Frequency (SRF)), которая показана для различных номиналов конденсаторов на графиках (рис. 5), есть область, где конденсатор индуктивный. Таким образом, конденсатор полезен только для развязки в частотном диапазоне вблизи или ниже его SRF, т е там, где его импеданс невелик.
Рис. 5. Шесть конденсаторов разного номинала и своей резонансной частоты
На рис. 5 приведены типовые АЧХ конденсаторов различных номиналов 1. На рисунке хорошо видны собственные резонансные частоты (падения на графиках). Спецификации также показывают, что на низких частотах конденсаторы с более высокими значениями емкости (имеющие более низкий импеданс) обеспечивают лучшую развязку, чем конденсаторы меньшего размера. Для построения частотных характеристик конденсаторов можно использовать бесплатные программы SPICE 2…4.