Site Loader

Содержание

Проектирование печатной платы устройства — Национальная сборная Worldskills Россия

В этом занятии давайте поговорим о системе проектирования печатных плат и рассмотрим этапы создания такого проекта

Глоссарий

Для успешного освоения материала рекомендуем вам изучить следующие понятия:

проведение рисунков дорожек между компонентами согласно соединениям схемы принципиальной электрической

Видеолекция

Конспект

Поговорим о системе проектирования печатных плат и рассмотрим этапы создания проекта необходимой платы

  1. Проектирование корпусирования
  2. Проектирование контуров печатных плат
  3. Настройка правил проектирования
  4. Создание контура печатных плат и технологических отверстий
  5. Расстановка компонентов
  6. Трассировка соединений
  7. Проверка
  8. Рефакторинг
  9. Создание корпусных элементов на основе печатных плат
  10. Создание документации для производства

Эскизное проектирование элементов

Часы будут выполнены в виде соединения плоскостей.

Верхняя плоскость — оргстекло, которое будет защищать элементы, далее — печатная плата, на которой они будут расположены. Ниже расположится поддон, защищающий эти элементы. Между платой и поддоном будет аккумулятор.

Крепеж осуществим в виде шпильки, которая стягивает всю конструкцию. Между плоскостями расположим вставки, которые будут регулировать расстояние и поддерживать конструктивную жесткость.

Эскиз чертежа контура печатных плат

1. Создаем контур, принимая во внимание размер энкодера и индикатора

2. Аналогично создаем корпус для поддона

3. Располагаем отверстия для необходимых креплений

4. Создаем контуры ушек для крепления ремешков

Электронная документация

1. Открываем схему устройства и переходим в проект печатной платы

2. Задаем необходимые параметры в разделе технологических правил, учитывая, что будем изготавливать платы фрезерным способом

3. Проконтролируем классы цепей и требования по каждому классу

4. Настраиваем отображение слоев

5. Настраиваем сетку для расположения компонентов и рисунков соединений

6. Создаем контур печатных плат согласно разработанным эскизам

7. Добавляем механические отверстия под стойки

8. Создаем контур для поддона

Важно

Изготовление печатной платы для компонентов и поддона будет производиться в одном цикле

9. Расставляем компоненты по контуру платы

10. Получаем расположение компонентов в нужном порядке

11. Так будет выглядеть плата после изготовления заводским способом

12.

Производим трассировку вручную

Важно

Если ручная трассировка не получится, необходимо передвинуть компоненты более оптимально или поменять соединения на схеме электрической принципиальной

13. После проверки создаем документацию для производства печатной платы

Особенности трассировки

1. Если необходимо передвижение дорожки на другую сторону, то создается переходное отверстие

2. Изготовление фрезерным способом не позволяет автоматически сделать металлизированные отверстия переходов, поэтому они будут изготовлены проволочным способом

3. Проволочный способ не позволяет проводить монтаж компонентов над отверстиями, поэтому все переходы между сторонами необходимо выполнить вне компонентов

4.
Если не получается провести дорожку, то нужно воспользоваться возможностью контроллера передвигать выводы

Итак, мы создали электронный проект для производства печатной платы и изучили особенности трассировки. Давайте перейдем к заданиям.

Интерактивное задание

Для закрепления полученных знаний пройдите тест

Стартуем!

Оргстекло, аккумулятор, печатная плата, поддон

Поддон, аккумулятор, печатная плата, оргстекло

Оргстекло, печатная плата, аккумулятор, поддон

Печатная плата, оргстекло, аккумулятор, поддон

Дальше

Проверить

Узнать результат

Передвинуть компоненты более оптимально или поменять соединения на схеме электрической принципиальной

Запустить автоматическую трассировку

Увеличить размер печатной платы

Уменьшить количество компонентов

Дальше

Проверить

Узнать результат

Чтобы не повредить компоненты при монтаже

Этот способ имеет больше возможностей при трассировке

Изготовление фрезерным способом не позволяет автоматически сделать металлизированные отверстия переходов

Этот способ надежнее при эксплуатации готового изделия

Дальше

Проверить

Узнать результат

Проволочный способ не позволяет проводить монтаж компонентов над отверстиями

Чтобы схема была читаемой при монтаже

Большинство компонент не позволяют делать переходы

Это удобно при ручной трассировке

Дальше

Проверить

Узнать результат

К сожалению, вы ответили неправильно

Прочитайте лекцию и посмотрите видео еще раз

Пройти еще раз

Неплохо!

Но можно лучше. Прочитайте лекцию и посмотрите видео еще раз

Пройти еще раз

Отлично!

Вы отлично справились. Теперь можете ознакомиться с другими компетенциями

Пройти еще раз

Что нужно знать для успешного проектирования печатных плат

В статье рассматриваются некоторые важные вопросы проектирования двухслойных печатных плат, и даются проверенные практикой рекомендации. Кроме того, обсуждаются особенности анализа схем с сосредоточенными и распределенными элементами.

Многие потребительские изделия, микроконтроллеры и IoT-приложения построены на двухслойных печатных платах. Возможности двухслойной печатной платы ограничены – как правило, на ней трудно осуществить разводку BGA-корпуса ПЛИС или выводов современного микроконтроллера. В этой статье мы обсудим правила проектирования для плат не самого высокого уровня.

На рисунке 1 в качестве примера двухслойной печатной платы показана Arduino Uno – платформа для разработки на базе микроконтроллера ATmega.

Рис. 1. Пример недорогой печатной платы Arduino Uno

Arduino Uno очень «живуча» – она всегда заработает, каким бы правилом проектирования вы ни воспользовались, что, к сожалению, расхолаживает разработчиков. Можно смело утверждать, что разработка на основе Arduino являет собой образец того, как не следует проектировать, чтобы затем не переделывать схему.

 

Две проблемы, которые необходимо избежать

Схема определяет лишь используемые в ней компоненты и способ их соединения, но не позволяет установить целостность сигнала или питания.

Межсоединения могут ухудшить рабочие характеристики изделия. К наиболее частым и сложным проблемам целостности сигналов и питания относятся перекрестные помехи, обусловленные взаимной индуктивностью между контурами сигнала и обратного тракта (помехи по земле) и коммутационный шум на шинах питания, вызванный в переходных процессах током большой амплитуды. На рисунке 2 показан результат измерения помехи по земле платы Arduino Uno при одновременном включении и выключении нескольких выходных каскадов цифровых микросхем.

Рис. 2. Результаты измерения помехи по земле на плате Arduino Uno при замыкании и размыкании нескольких ключей

При физическом проектировании платы, включающем создание топологии, необходимо соблюдать основные правила проектирования, чтобы уменьшить влияние этих двух проблем. Без тщательного анализа, который должен выполнять каждый инженер, можно только следовать некоторым общим рекомендациям, позволяющим уменьшить риск появления указанных проблем. Мы рассмотрим несколько рекомендаций, которые не гарантируют полный успех, но позволяют снизить риски возникновения отказов.

Совет 1. Ширина сигнального проводника должна быть равной 6 мил, ширина питающих проводников – 20 мил, а диаметр отверстий – 13 мил.

Указанные размеры являются минимальными, и их может реализовать любой производитель при наименьшей цене. Выбор самых узких элементов обеспечивает самую высокую плотность трассировки. Проводник шириной 1 мил (0,025 мм) проводит постоянный ток величиной 1 А; при этом его температура заметно не повышается. Сопротивление такого проводника составляет 80 мОм/дюйм при толщине медного покрытия с удельной массой 1 унция/кв. фут. В большинстве приложений сопротивление проводника печатной платы является приемлемым, даже если его величина составляет 1 Ом. Поскольку длина рассматриваемого сигнального проводника составляет 12 дюймов, потери не играют существенной роли, пока ширина полосы пропускания не превысит 1 ГГц.

Характеристический импеданс проводника шириной 6 мил при использовании стандартной двухслойной платы толщиной 62 мил достигает 150 Ом. Если длительность фронта достаточно мала или длина межсоединений настолько велика, что требуется согласование нагрузки, ее так же легко реализовать для 150‑Ом проводников, как и в случае с 50‑Ом проводниками, если проводники не выходят за пределы платы. При этом рассеяние мощности меньше, чем в случае с 50‑Ом проводниками.

Попробуем установить, насколько большой ток может проходить по проводнику печатной платы, показанной на рисунке 3.

Рис. 3. Образец испытательной платы для определения максимального тока, который могут пропускать проводники разной толщины

По проводнику шириной 20 мил в медном покрытии с удельной массой 1 унция/кв. фут может проходить постоянный ток величиной 3 А, не вызывая заметного повышения температуры. Последовательное сопротивление такого проводника составляет около 25 мОм/дюйм. Сопротивление силового проводника длиной 4 дюйма равно 0,1 Ом, что, как правило, считается незначительной величиной. Если требуется, чтобы по проводникам протекал ток до 10 А, их ширину следует увеличить до 100 мил.

Совет 2. Располагайте компоненты, сигнальные и силовые тракты на слое 1, а обратный заземляющий тракт – на слое 2.

Длину проводника, под которым имеется обратный тракт, можно выбрать сколь угодно большой, не ухудшив рабочие характеристики. Главное – использовать непрерывный обратный тракт под сигнальной линией. Проще всего это сделать, задействовав сплошной заземляющий нижний слой платы.

Таким образом, верхний слой будет отведен под размещение всех компонентов, сигнального и силового трактов, что облегчит последующую отладку при проверке сигнальных проводников. Кроме того, появляется возможность отличить сигнальные проводники от проводников питания по ширине линий.

Совет 3. Размещайте компоненты и сигнальные проводники подальше друг от друга.

Старайтесь размещать сигнальные проводники как можно дальше друг от друга во избежание перекрестных помех. У этих проводников – достаточно большой характеристический импеданс. Поскольку они находятся далеко от слоя с обратным током, между ними возникают перекрестные помехи. Чем меньше расстояние между соседними сигналами, тем эти помехи больше: например, при минимальном интервале перекрестная помеха на ближнем конце достигает 25%.

Совет 4. Изоляционный промежуток для сигнальной линии на заземляющем слое должен быть узким. В противном случае в верхнем слое над зазором устанавливается перемычка.

При проектировании печатной платы следует стремиться к тому, чтобы импеданс обратного тракта каждой сигнальной линии был настолько мал, чтобы обеспечить низкую взаимную индуктивность между соседними парами обратных трактов. При трассировке сигнальной линии по заземляющему слою приходится создавать вокруг нее изоляционный промежуток. Сигнальные проводники, проходящие над этим зазором в обратном тракте, генерируют перекрестные помехи, распространяющиеся на другие сигналы, которые пересекают зазор.

Чтобы минимизировать помехи, следует делать зазоры небольшими, сузив, таким образом, тракт обратного тока. Если же этот зазор велик, в верхний слой добавляется обратный тракт, проходящий над зазором. На рисунке 4 приводятся примеры расположения зазоров в местах их пересечения с проводниками; для обратного тока в верхнем слое установлены перемычки.

Рис. 4. При пересечениях зазоров и проводников используются перемычки для прохождения обратного тока над зазорами
Совет 5. Устанавливайте развязывающие конденсаторы как можно ближе к выводу питания ИС так, чтобы по возможности минимизировать индуктивный контур.

Рекомендуется использовать конденсатор в малом корпусе, выбрав максимальную емкость для этого типоразмера с номинальным напряжением, которое, по меньшей мере, в два раза больше предполагаемого напряжения шины питания. Как правило, в таких случаях применяется многослойный керамический конденсатор емкостью 22 мкФ. Величина его емкости зависит от тока, потребляемого развязываемыми компонентами. Согласно известному эмпирическому правилу, емкость 22 мкФ «справится» с током величиной 22 мА в переходном процесс при минимальном провале напряжения.

Величина емкости не так важна, как минимизация индуктивных контуров между выводами питания и земли ИС и развязывающими конденсаторами. Как правило, с этой целью конденсаторы, установленные как можно ближе к выводам микросхемы, используют короткие широкие проводники силового и заземляющего трактов. На рисунке 5 приведен пример корректного и некорректного использования нескольких конденсаторов в соответствии с этой рекомендацией.

Рис. 5. Пример:
а) корректного и
б) некорректного размещения развязывающих конденсаторов на печатной плате
Совет 6. На всех разъемах по возможности назначайте один обратный тракт каждому цифровому сигналу.

Помехи по земле или коммутационный шум создают несколько сигналов, которые совместно используют один вывод для обратного тока. У многих разъемов – только один или два таких вывода с множеством переключающихся сигналов, в результате чего возникают помехи по земле. Например, у одного заземляющего вывода разъема платы Arduino – 13 цифровых вводов/выводов, которые могут переключаться.

Совет 7. Не следуйте двум известным рекомендациям.

К первой из них относится запрет на использование конденсаторов с разными емкостями 10 мкФ, 1 мкФ и 0,1 мкФ на каждом выводе питания. Мало того, что такое ограничение ничего не дает – в некоторых случаях из-за него возникают дополнительные проблемы. Если на плате имеется место для трех конденсаторов, установите их так, чтобы минимизировать контур индуктивности.

Вторая рекомендация – никогда не использовать медную заливку. Такое ограничение тоже неэффективно и иногда создает ненужные проблемы. Вместо медной заливки используйте проводники для слоя питания. Таким образом можно отслеживать силовые тракты при проверке подключений и отладке. Требование к обеспечению минимального контура индуктивности относится ко всем соответствующим компонентам, начиная с ИС и заканчивая развязывающими конденсаторами. Например, для тока величиной 10 А достаточно, чтобы ширина проводника составляла всего 100 мил.

Что касается заливки для заземления, то для него рекомендуется использовать нижний слой платы с обратными трактами. В случае использования верхней медной заливки в качестве заземления может незаметно произойти разрыв импеданса в обратном тракте.

Не следует думать, что добавление медной заливки, подключенной к заземляющему слою, позволяет уменьшить перекрестные помехи – для их минимизации достаточно обеспечить непрерывные обратные тракты, не перекрывающие друг друга. Медная заливка большой площади между сигнальными проводниками часто становится причиной увеличения перекрестной помехи.

 

Выводы

Следование этим практическим рекомендациям не гарантирует успеха, но позволяет уменьшить риск возникновения отказа из-за перекрестной помехи или шума на шине питания.

Рис. 6. Двухслойная плата Arduino с микроконтроллером ATmega 32U4, реализованная в соответствии со всеми рекомендациями

В качестве примера следования этим советам на рисунке 6 представлена двухслойная плата Arduino с установленным микроконтроллером ATmega 32U4. Из этого рисунка видно, что в схеме реализованы все упомянутые рекомендации:

  1. Ширина сигнальных проводников равна 6 мил, проводников питания – 20 мил, а диаметр сигнальных переходных отверстий – 13 мил.
  2. На слое 1 (обозначен красным цветом) находятся компоненты, сигнальные и силовые проводники. На слое 2 (синим цветом) находится сплошной заземляющий слой.
  3. Расстояние между сигнальными проводниками достаточно велико.
  4. Ширина зазоров у сигнальных проводников в заземляющем слое минимальная. Если же она велика, используются перемычки для обратного тока.
  5. Развязывающие конденсаторы располагаются рядом с силовыми выводами, которые образуют малые контуры по питанию и заземлению.
  6. В стандартный разъем Arduino добавлен внешний ряд заземляющих выводов.
  7. Ни на одном слое нет медной заливки, и используется только одно значение развязывающего конденсатора.

 

Модели с сосредоточенными и распределенными параметрами

Для проектирования двухслойных плат достаточно использовать модели схем с сосредоточенными параметрами. Это простой и удобный способ анализа. К сожалению, он не всегда годится. Рассмотрим примеры использования моделей с сосредоточенными и распределенными параметрами.

Для упрощенного анализа электронных схем применяется модель с сосредоточенными параметрами. Эта методология предполагает, что параметры схемы, к которым относятся сопротивление, емкость и индуктивность, рассматриваются как идеализированные электрические компоненты, соединенные в цепь идеально проводящими проводами. При этом физическими размерами элементов можно пренебречь и независимой переменной является только время (протекающих в них процессов). Однако на практике это не всегда так.

По мере повышения частоты импульсов и уменьшения длительности их фронтов эти элементы равномерно распределяются по подложке вдоль всей длины проводника. Медный проводник и соседствующие с ним диэлектрические материалы становятся линией передачи. Под влиянием поверхностного эффекта ВЧ-ток начинает протекать преимущественно в поверхностном слое, а на качество сигнала влияют зависящие от частоты потери. Проводник печатной платы становится распределенной системой с паразитной индуктивностью и емкостью, которая характеризуется временем задержки и рассеянными отражениями. Описываемое поведение проводника происходит в частотной области.

В [1] показано, что импеданс определяется и во временной, и в частотной областях. Во временной области полное сопротивление резистора R определяется взаимосвязью между напряжением и током (законом Ома), а идеальный конденсатор С – взаимосвязью между запасенным зарядом и напряжением на пластинах. В свою очередь, поведение индуктивности L определяется тем, как быстро изменяется во временной области ток, протекающий через дроссель.

Три элемента R, L, C относятся к категории сосредоточенных компонентов схемы в том смысле, что их свойства можно локализовать в одной точке. Такой подход существенно отличается от свойств идеальной линии передачи, которая тоже состоит из этих трех элементов, но их параметры распределены равномерно по длине диэлектрического слоя. Модель с распределенными элементами применяется, если длина волны становится сопоставимой с физическими размерами схемы, что делает неприменимой модель с сосредоточенными параметрами.

Модель с распределенными элементами используется на высоких частотах, когда длина волны становится короткой. Однако она также применяется в случае очень длинных низкочастотных линий передачи, к которым, например, относятся высоковольтные сети электропитания. В этой модели тремя основными элементами являются распределенная емкость, индуктивность и проводимость (G).

Модель с сосредоточенными параметрами полностью перестает работать, если длина проводника становится больше четверти длины волны сигнала, распространяющегося по проводнику (что соответствует сдвигу фазы синусоидального сигнала на 90°). При этом не только значения, но и свойства компонентов становятся непредсказуемыми. В силу такой зависимости от длины волны модель с распределенными параметрами применяется, главным образом, на высоких частотах. Необходимо понимать, что термины «сосредоточенные» и «распределенные параметры» относятся к длине проводника относительно длины волны сигнала напряжения и токов, проходящих по проводнику.

Системы с сосредоточенными элементами описываются известными дифференциальными уравнениями, поскольку в силу малого размера этих систем (по сравнению с длиной волны) производными по координатам можно пренебречь и рассматривать только производные по времени. С другой стороны, в случае систем с распределенными параметрами требуется учитывать и производные по координатам, и производные по времени, т. е. решить частно-дифференциальные уравнения в частотной области.

Линию передачи можно представить в виде бесконечно большого числа сегментов, в состав которых входят последовательные резистивные и индуктивные, а также шунтирующие емкостные и проводящие элементы (см. рис. 7). Из-за ограниченной скорости распространения в среде сигналу «неизвестно», какая нагрузка находится в конце линии передачи – он «видит» только ее импеданс, который должен быть согласован с импедансом генератора сигналов.

Рис. 7. Линия передачи, состоящая из сегментов с последовательными элементами R-L-C-G

 

Как формируется электромагнитное поле в линии передачи?

Ответ на этот вопрос нельзя получить даже в Google. По идее, электрическое поле образуется, когда к выходному каскаду ИС прикладывается напряжение. При его изменении возникает всплеск тока, который порождает магнитное поле. Заключенная в сигнале электромагнитная энергия передается со скоростью около половины скорости света (из-за ограничения, обусловленного диэлектрической средой) по линии передачи вдоль проводника. Эта энергия проникает в диэлектрик и рядом расположенные элементы, создавая распределенную систему из паразитных элементов. Электромагнитные поля не ограничиваются многослойной подложкой – в отсутствие соответствующих мер по их нейтрализации излучение становится причиной помех.

Модель системы с распределенными параметрами обеспечивает более высокую точность, но сложнее модели с сосредоточенными параметрами. Выбор модели зависит от точности каждого конкретного приложения, поскольку отсутствует четкая граница по частоте, определяющая использование той или иной модели, хотя на практике такой демаркационной областью является диапазон 100–500 МГц. Одно известное эмпирическое правило гласит, что проводники, длина которых превышает 0,1 длины волны, следует рассматривать как систему с распределенными элементами. Эта область определяется примерно тем участком, где две кривые начинают заметно расходиться (см. рис. 8).

Рис. 8. Анализ сосредоточенных и распределенных элементов линии передачи

Модель с сосредоточенными элементами применяется на сравнительно более высоких частотах в тех случаях, если устройства имеют достаточно малые размеры и изготовлены с помощью соответствующих технологий. Размеры печатных плат со сквозными металлизированными отверстиями превышают размеры эквивалентных плат, собранных с использованием технологии поверхностного монтажа. Размеры гибридных ИС, в которых пассивные элементы выполнены в виде пленок на диэлектрической подложке и используются дискретные полупроводниковые электронные приборы, меньше, чем у аналогичного решения, собранного целиком из дискретных компонентов на печатной плате. Размеры монолитных ИС еще меньше. На достаточно высоких частотах микросхемы, в отличие от печатных плат, можно анализировать в виде модели с сосредоточенными параметрами. То же относится к некоторым радиочастотным устройствам.

Выбор модели анализа особенно важен в случае мобильных устройств, поскольку размеры схем с сосредоточенными элементами, как правило, становятся все меньше. Для иллюстрации разницы между сосредоточенной и распределенной моделями для линии передачи мы сравниваем их на рисунке 8, где показана зависимость напряжения нагрузки от длины линии передачи без потерь.

В зависимости от длительности фронта сигналов модель линии передачи с распределенными элементами начинает отклоняться от упрощенной модели сосредоточенных элементов в диапазоне 0,01–0,1 длины волны сигнала. В рассматриваемой симуляции импеданс нагрузки согласован с импедансом линии передачи, и потому отражениями можно пренебречь.

Хотя модель с распределенными параметрами дает хорошее представление о характеристиках типовой НЧ линии передачи, на высоких частотах необходимо также учитывать потери в проводниках и диэлектриках.


На заметку

В модели с сосредоточенными элементами параметры схемы определяются идеализированными электрическими компонентами, соединенными в цепь идеально проводящими проводами. Считается, что размеры сосредоточенных элементов не влияют на происходящие в них физические процессы.

По мере повышения частоты импульсов и уменьшения длительности их фронтов эти элементы равномерно распределяются по подложке вдоль всей длины проводника.

Электромагнитная энергия проникает в диэлектрик и рядом расположенные элементы, создавая распределенную систему из паразитных элементов.

На высоких частотах применяется модель с распределенными параметрами, когда длина волны становится сравнимой с физическими размерами схемы.

Модель с сосредоточенными элементами полностью прекращает работать, если длина проводника начинает превышать четверть длины волны (что соответствует сдвигу фазы синусоидального сигнала на 90°).

Модель системы с распределенными параметрами обеспечивает более высокую точность, но сложнее модели с сосредоточенными параметрами.

Проводники, длина которых превышает 0,1 длины волны, следует рассматривать как систему с распределенными элементами.

Модель с сосредоточенными элементами применяется для схем на сравнительно более высоких частотах в тех случаях, если устройства имеют достаточно малые размеры и изготовлены с помощью соответствующих технологий.

Размеры схем с сосредоточенными элементами, как правило, становятся меньше.

Модель линии передачи с распределенными элементами начинает отличаться от упрощенной модели сосредоточенных элементов при длине проводников в диапазоне 0,01–0,1 длины волны сигнала.

Литература

  1. Сергей Краснов. Преимущества анализа в частотной области. Электронные компоненты. № 12. 2019.

Проектирование печатных плат быстродействующих цифровых систем

Профессиональная компетенция, полученная слушателями при освоении настоящей программы, необходима для выполнения следующих видов профессиональной деятельности:

  • разработки цифровых устройств;
  • конструирование печатных плат и печатных узлов РЭА;
  • обеспечение заданных показателей целостности сигнала в печатных узлах;
  • обеспечения целостности питания в системе его распределения в печатных узлах;
  • обеспечения минимальной помехоэмиссии от печатных узлов и минимальной восприимчивости в целях выполнения требований ЭМС.

В результате освоения программы слушатель должен:

знать:

  • терминологию сферы внутрисистемной ЭМС;
  • методы снижения помехоэмиссии и повышения помехоустойчивости электронной аппаратуры;
  • основы теории обеспечения целостности сигнала в цифровых узлах на печатных платах;
  • основы теории обеспечения целостности питания цифровых узлов;
  • материалы и их свойства. применяемые при создании цифровых узлов;

уметь:

  • выбирать материалы при конструировании печатных плат и печатных узлов с необходимыми свойствами;
  • выполнять необходимые расчеты с целью обеспечения целостности сигнала;
  • выполнять необходимые расчеты с целью обеспечения целостности питания;
  • оценивать варианты технических решений при проектировании печатных плат;
  • осуществлять элементарные измерения качества сигнала.

Тематический план:

Тема 1. Введение в проблему внутрисистемной ЭМС и проектирования печатных плат

Рассматриваются основные понятия электромагнитной совместимости и целостности сигнала при проектировании печатных плат их значение как фактор конкурентоспособности продукции в современных рыночных отношениях и в условиях развития мировой торговли.

Для определения электромагнитной обстановки необходимы знания параметров источников помех искусственного и естественного происхождения, воздействующих на аппаратуру, механизмов их влияние на функционирование технических средств. Неидеальное поведение компонентов электронных схем, устанавливаемых на платах, определяет различие между идеальными моделями, определяющими работоспособность изделия и реальными характеристиками. Проектировщики плат должны прогнозировать поведение компонентов при рабочих частотах работы аппаратуры.

Особенности ЭМС цифровой быстродействующей аппаратуры и понятие целостности сигнала необходимо для прогнозирования функционирования конструкций цифровых узлов на платах на предельных показателях быстродействия.

Проектировщики плат должны иметь базовые сведения по вопросам технического регулирование, стандартизации и сертификации электронных средств в области ЭМС, а также понимать их место и роль в процедуре выхода продукции на рынок. Знакомство с системой стандартизации в области ЭМС и международными и национальными стандартами в области ЭМС.

В завершении темы дается обзор базовых методов и средства обеспечения ЭМС и ЦС на схемотехническом и конструкторском уровне, которые далее развиваются в отдельных темах.

По теме даются лекционные занятия.

Тема 2. Элементная база современной электронной аппаратуры и параметры цифрового сигнала

Рассматриваются микросхемы, параметры их корпусов, пассивные компоненты, которые устанавливаются на плату, их «паразитные» параметры, влияющие на ЦС при высоком быстродействии.

Дается описание цифрового сигнала, и приводятся оценки быстродействия. Указывается связь между параметрами сигнала и конструкцией платы.

По теме даются лекционные занятия.

Тема 3. Линии передачи в печатном монтаже и их параметры

Рассматриваются виды и конструкции монтажных соединений в конструкциях печатный плат. Приводятся конструкции печатных плат, в том числе многослойные.

Рассматриваются полосковые и микрополосковые линии передачи. Параметры линий: первичные — индуктивность, емкость, сопротивление, проводимость, и вторичные — волновое сопротивление, удельное время задержки распространения.

Рассматриваются многослойные платы и управление электрофизическими параметрами линиями передачи в них.

Для количественной оценки электрофизических параметров линий передачи в печатных платах рассматриваются соответствующие методы расчета.

По теме даются лекционные и расчетное занятие (расчет волнового сопротивления линий передачи в печатных платах).

Тема 4. Помехи в линиях передачи и их устранение

С целью прогнозирования уровня помех в печатном монтаже рассматриваются причины возникновения помех в нем: перекрестные и помехи отражения. Даются соотношения для определения уровня помех. Особое внимание уделяется возникновению помех в несогласованных линиях передачи и методам согласование линий передачи как средству устранения помех отражения.

По теме даются лекционные и расчетные занятия (расчет перекрестных помех и помех отражения).

Тема 5. Помехи в шинах питания и их устранения

Рассматривается механизм образования помех в шинах питания цифровых микросхем. С целью минимизации помех в шинах питания электронной аппаратуры даются соответствующие методы и средства, которые могут быть применены как для устройств, так и для узлов на печатных платах. К ним относятся конструкторские методы, приводящие к минимизации индуктивности шины питания, и схемотехнические, требующие установки развязывающих конденсаторов. Даются требования к конструкции шины питания в составе многослойных плат, отвечающих требованиям ЭМС и ЦС.

По теме даются лекционные и расчетные занятия (расчет емкости планарного конденсатора).

Тема 6. Особенности проектирования многослойных печатных плат

Рассматривается структурный метод проектирования многослойных печатных плат (МПП), отвечающих требованиям ЭМС и ЦС. Выделяются базовые структурные звенья, даются методы расчета параметров звеньев. Дается алгоритм синтеза МПП.

По теме даются лекционные занятия.

Тема 7. Дифференциальная передача сигнала и обеспечение ЭМС печатных плат

Рассматриваются элементы ЭМС применительно к печатным платам. Показывается связь конструкции платы и параметрами ЭМС — помехоэмиссией и восприимчивостью. Даются расчетные соотношения по количественной оценке параметров ЭМС. Приводятся рекомендации по проектированию плат, отвечающих требованиям ЭМС.

По теме даются лекционные занятия.

Тема 8. Итоговая аттестация (тестирование)

Курс читают: Леонид Николаевич Кечиев, Николай Васильевич Лемешко, Александр Михайлович Ивко, Михаил Сергеевич Грязнов

Основы проектирования СВЧ плат. – Altium Universe

Разработчики цифровых устройств, вероятно, знакомы с некоторыми ограничениями, свойственными СВЧ компонентам и особенностями трассировки печатных плат, но для успешного проектирования СВЧ-плат нужно знать и уметь гораздо больше. 

СВЧ устройство может содержать интегральные схемы, дискретные полупроводники и печатные элементы, которые работают вместе для обеспечения необходимой функциональности. Проектирование СВЧ устройств предусматривает объединение всех этих элементов для построения общей системы и создания компоновки печатной платы.

СВЧ устройства не так интуитивно понятны, как типовые устройства, и иногда может показаться, что они нарушают основные правила электрического проектирования. Однако из-за природы распространения электромагнитного поля — схемы, работающие на частотах СВЧ диапазона, действуют совсем иначе, чем типовые схемы, работающие на постоянном токе или в цифровых диапазонах. Независимо от того, разрабатываете вы систему для беспроводной связи или просто хотите спроектировать линию передачи с определенным импедансом, обратите внимание на основы микроволновой техники.

https://play.vidyard.com/c6v56EiRo6dsEYaiDEmUnj

Чаще всего всё, что связано с успешным проектированием СВЧ устройств на интегральных схемах и печатных платах — это то, что нужно знать для сдачи квалификационных экзаменов в университете. Однако многие из сегодняшних специализированных продуктов должны будут работать со смешанными сигналами, иметь блок беспроводной связи или обеспечивать работу высокочастотного устройства, например радара. Сегодня проектирование СВЧ устройств снова становится мейнстримом. Поэтому разработчики, которые не знакомы с этой темой, должны обязательно прочитать это руководство, чтобы усовершенствовать свои навыки.

СВЧ устройства состоят из стандартных элементов и некоторых простых интегральных микросхем, а так же в их конструкции иногда применяются элементы печатного монтажа на плате. СВЧ устройства могут показаться сложными, поскольку они не всегда используют стандартные методы проектирования. На СВЧ платах могут применяться структуры из печатных проводников и некоторые дополнительные компоненты для обеспечения функциональности устройства.

Печатные элементы СВЧ печатной платы выполняются с использованием медных проводников для реализации элементов схемы. Расположение проводников, конденсаторов или катушек индуктивности, а также полупроводников на СВЧ плате может показаться интуитивно непонятным, но они используют преимущества распространения в электромагнитном поле для получения желаемых электрических характеристик. Есть несколько важных концептуальных моментов, которые следует помнить при проектировании СВЧ устройств, а также об их электрических характеристиках на печатной плате:

  • Пассивность: все СВЧ печатные элементы пассивны, пока в конструкцию не добавлен стандартный активный компонент. Тем не менее, проводятся исследования активных СВЧ-компонентов, построенных полностью из печатных проводников.
  • Линейность: СВЧ-устройства, построенные из печатных проводников, всегда линейны, что означает, что напряжение и ток связаны линейной функцией (прямая линия на графике). Эти схемы становятся нелинейными только в том случае, если в схему добавляется нелинейный полупроводниковый компонент, например диод.
  • Распространение: все СВЧ-устройства базируются на природе распространения волн. Это означает, что необходимо рассчитывать входные импедансы при определении того, как согласовать импеданс внутри устройства и как создавать интерфейсы между различными частями СВЧ-устройства.
  • Целостность сигнала: целостность СВЧ сигнала зависит от электромагнитного экранирования и изоляции, поскольку СВЧ сигналы должны быть максимально помехоустойчивыми. Было разработано множество уникальных экранирующих конструкций и методов компоновки, чтобы обеспечить необходимое экранирование и изоляцию в СВЧ системах.

Активные СВЧ-устройства могут состоять из множества разных компонентов, от генератора до управляемых усилителей, АЦП и приемопередающих устройств. Эти компоненты могут использоваться в дополнение к печатным проводникам для обеспечения дополнительных функций. Многие радиолокационные модули, беспроводные системы, усилители и телекоммуникационные компоненты будут использовать активные компоненты наряду с пассивными печатными СВЧ-компонентами для обеспечения требуемых характеристик распространения сигнала. Выборка, управление и обработка сигналов выполняется с помощью активных компонентов, которые также могут обеспечивать обратную связь для цифровых систем.

Пример модуля радара с использованием AWR1243FBIGABLQ1 от Texas Instruments.

Подобно высокоскоростной цифровой печатной плате, успешное проектирование СВЧ-устройства зависит от построения стека печатной платы, который сможет обеспечить необходимые характеристики вашей СВЧ-схемы. Стек должен быть спроектирован таким образом, чтобы СВЧ-элементы имели желаемый характеристический импеданс, хотя импеданс вашей системы это результат гораздо более сложных манипуляций с помощью компоновки и трассировки вашей платы. Кроме того частота, на которой работает ваша плата, будет определять, каким должен быть стек, какой тип печатной платы должен быть применен и какие высокочастотные компоненты можно использовать. Конструкция СВЧ-ИС (СВЧ интегральные схемы) создается по тем же принципам, что и конструкция СВЧ печатной платы, и знание этих принципов поможет добиться успеха в любой области СВЧ-конструирования.

Материалы FR4 приемлемы для высокочастотных линий передач и межкомпонентных соединений, работающих на частотах WiFi (~6 ГГц). Выше этих частот, инженеры по СВЧ рекомендуют использовать альтернативные материалы для обеспечения распространения сигналов в конструкции СВЧ печатных плат. Стандартные ламинаты FR4 представляют собой структуру из наполненного смолой плетения стекловолокна. Однако эффект плетения волокон некоторых материалов может создавать проблемы с целостностью сигнала и питания, если процедуры изготовления платы не определены должным образом.

В качестве альтернативных материалов используются ламинаты на основе ПТФЭ и связующие материалы на его основе для соединения слоев в стеке печатной платы. Эти материалы имеют более низкое значение тангенса угла диэлектрических потерь, чем материалы FR4, поэтому сигналы могут распространяться дальше без ослабления и при этом оставаться в допустимых пределах. Эти ламинаты должны образовывать подложку, которая поддерживает линии передачи на очень высоких частотах, например радар 77 ГГц, или для очень длинных соединений на более низких частотах, таких как WiFi 6 ГГц. В таблице ниже приведены некоторые важные свойства материалов для распространенных материалов СВЧ печатных плат.

Некоторые характеристики материалов СВЧ-плат.

Выбрав ламинат и связующие материалы для применения в конструкции СВЧ устройства, необходимо сформировать стек. Весь стек многослойной печатной платы можно сформировать из СВЧ материалов, но обычно этого не требуется, так как это может быть слишком дорого. Одним из вариантов является создание гибридного стека, в котором СВЧ ламинат размещается на верхнем слое для поддержки высокочастотных линий передачи и элементов схемы, а внутренние слои используются для расположения полигонов заземления, трассировки цифровых сигналов и питания. Противоположный слой также может содержать цифровые компоненты, которые должны взаимодействовать с вашим входным высокочастотным интерфейсом, любыми АЦП для ввода СВЧ-сигналов.

Пример гибридного стека с ламинатом Rogers PTFE

Если цифровая часть не нужна вам в вашей СВЧ печатной плате, то можно выбрать двухслойную или трехслойную структуру с высокочастотными ламинатами стандартной или почти стандартной толщины. После определения толщины слоев печатной платы и материалов необходимо определить импеданс СВЧ проводников.

После определения стека необходимо рассчитать ширину проводников на печатной плате, чтобы получить желаемый импеданс для СВЧ проводников (обычно 50 Ом). Импеданс проводника и его размеры связаны некоторыми формулами, полученными с помощью метода, называемого конформным отображением. В настоящее время лучшим ресурсом для поиска формул для расчета импеданса проводника с комплексной диэлектрической постоянной является Руководство Брайана К. Уодделла по проектированию линии передачи. Однако эти формулы не могут быть использованы для конкретной ширины, поэтому для определения ширины нужно применить численный метод, чтобы линия передачи имела конкретный импеданс.

Для более сложных вариантов компоновки, таких как смещенные полосковые линии или волноводы, лучшим вариантом является использование инструмента для построения структуры слоев со встроенным анализатором полей. Эти утилиты могут учитывать шероховатость меди, изменение геометрии проводника во время изготовления, различные варианты трассировки и расположение проводников в структуре стека. Их также легко использовать в составе программного обеспечения для проектирования печатных плат.

Layer Stack Manager в Altium Designer имеет встроенный калькулятор импеданса, который учитывает шероховатость меди.

Как только вы узнаете значение импеданса для соединений, вам все равно нужно будет определить требования по согласованию импеданса, просмотрев результаты моделирования отражений или значения в даташитах. Для линий передачи, используемых в СВЧ печатных платах, входной импеданс различных участков линии передачи используется для определения согласования импеданса для данной схемы. Если соединяются линии передачи и СВЧ-компоненты, необходимо учесть входной импеданс при проектировании и согласовании импеданса цепи с СВЧ-компонентом.

Перед проектированием СВЧ устройств, особенно пассивных, важно правильно спроектировать стек печатной платы, так как для надлежащей работы схем требуется определенный импеданс. Кроме того, печатные СВЧ компоненты обеспечивают распространение электромагнитного поля в линии передачи, и поведение распространения будет зависеть от диэлектрических параметров материала платы. Как только стек будет проработан, можно приступить к проектированию схемы и выбирать дополнительные компоненты системы.

Печатные СВЧ компоненты проектируются путем расчета участков линий передачи для использования в определенных структурах на печатной плате. Линии передачи проектируются таким образом, что будут направлять распространяющиеся волны к компонентам, а также обеспечивать такое поведение, как затухание, усиление, фильтрация, резонанс и излучение (например, антенна). Преобразование импеданса на шлейфах, интерфейсах с компонентами и антеннами часто требуется для преодоления несоответствия импеданса, наблюдаемого при распространении радиочастотного сигнала. Различные печатные структуры, выполняющие эти функции, подробно описываются во многих учебниках.

Примеры структур и компонентов, используемых в СВЧ-схемах и печатных платах:

  • Пассивные и активные фильтры
  • Аттенюаторы
  • Циркуляторы
  • Усилители
  • Разветвитель, делитель и сумматор СВЧ мощности
  • Антенны
  • Резонаторы
  • Волноводные резонаторы

После того как вы добавите оставшиеся компоненты, нужно будет создать схемы контуров, прежде чем приступать к компоновке. Процесс размещения СВЧ цепей в схеме такой же, как и для простых цифровых схем. Моделирование цепей также важно при начальном радиочастотном проектировании, поскольку необходимо оценить электрические функциональные возможности системы, прежде чем создавать топологию печатной платы. Обычно это выполняется с использованием SPICE моделирования, печатные элементы на плате определяются в SPICE как объекты линий передачи. Лучшие схемные редакторы будут иметь возможность моделирования объектов линий передач, чтобы вы могли точно предсказывать электромагнитные свойства вашей будущей печатной платы.

После завершения проектирования СВЧ-схемы и ее обработки инструментами моделирования в требуемом диапазоне частот она будет готова для физической компоновки. Разработчикам радиочастотных печатных плат часто требуется применять ручной подход к тщательному проектированию СВЧ-соединений, при этом соблюдая стандартные правила проектирования высокочастотных компонентов, такие как минимизация переходных отверстий и длины проводников. Любая высокочастотная цепь, которая появится на печатной плате, должна быть спроектирована с учетом целевого импеданса и геометрических допусков. В связи с этим ваши инструменты САПР должны использовать правила электрического проектирования, чтобы обеспечить соответствие этим целевым значениям.

Если у вас также есть цифровые компоненты, которые должны взаимодействовать с СВЧ-устройствами, их необходимо разместить в компоновке печатной платы с помощью того же набора инструментов. Аккуратное размещение и надлежащая конструкция стека помогут предотвратить помехи, нарушающие работу СВЧ-устройства и способствующие перехвату сигналов. Здесь также могут быть полезны инструменты 3D-проектирования, поскольку некоторые СВЧ системы являются многоплатными, и перед подготовкой к производству необходимо проверить всю сборку.

Выполняйте компоновку ваших устройств с помощью лучших средств проектирования печатных плат

При необходимости создавать передовые СВЧ системы, которые также обеспечивают целостность сигнала, вам понадобится полный набор инструментов моделирования схем, инструменты для трассировки и компоновки печатных плат, а также инструмент для проектирования стека слоев, который поможет достичь нужных значений целевого импеданса. Независимо от того, нужно ли вам разработать усилитель низких частот для перехвата сигналов, радиочастотный усилитель для передачи сигналов или комплексное соединение с уникальной трассировкой и структурой переходов, лучшие инструменты для проектирования печатных плат помогут сохранить гибкость по мере создания топологии СВЧ печатной платы.

Вопросы проектирования печатных плат для устройств на базе ПЛИС

Разработка систем на базе ПЛИС не сводится только к проектированию непосредственно цифровой части в САПР ПЛИС. Важную роль играет и качество трассировки печатной платы, поскольку оно может существенно ухудшить характеристики проекта по сравнению с тем, что доступно ПЛИС. В данной статье изложены некоторые практические наблюдения и результаты сравнительных исследований различных подходов к совместной трассировке печатной платы и программируемых соединений внутри ПЛИС.

В качестве введения

Проектирование печатных плат для электронных устройств — достаточно обширная и сложная тема, где вряд ли можно дать сколько-нибудь исчерпывающие рекомендации. В течение последних лет существенные изменения произошли как в сфере персональных компьютеров, с помощью которых выполняется проектирование, так и в области электронных компонентов, чьи характеристики напрямую обусловливают требования к САПР печатных плат. Очевидно, что мощность современных компьютеров, используемых в качестве рабочих станций, многократно возросла по сравнению с платформами 5–10-летней давности. Однако и требования к печатным платам значительно изменились. Постоянно наблюдаются тенденции к установке компонентов поверхностного монтажа, корпусов типа BGA с большим количеством выводов (и вообще увеличение числа выводов компонентов), увеличению числа слоев печатной платы, уменьшению минимального размера печатных проводников и зазоров, а также диаметра отверстий. Электронные устройства становятся компактнее, повышается плотность монтажа компонентов, и печатные платы сами по себе становятся продуктом деятельности высококвалифицированных разработчиков. Вместе с тем потребность в самостоятельном проектировании печатных плат возникает и у специалистов смежных направлений, в том числе ориентирующихся на проектирование систем на базе ПЛИС.

Необходимость уделять внимание печатной плате при проектировании ПЛИС имеет достаточно серьезные основания. Устройства с фиксированной топологией кристалла (ASIC) обладают вполне определенной цоколевкой, и назначение их выводов строго определено. Можно ожидать взаимозаменяемости некоторых линий (например, портов ввода/вывода общего назначения в микроконтроллерах), но, как правило, соединение выводов микросхемы с другими компонентами печатной платы определяется схемой устройства, то есть строго фиксировано и принципиальным изменениям не подлежит. В этом случае разработчик печатной платы должен найти способ оптимального размещения компонентов и трассировки печатных проводников. Соответствующие цели ставятся и перед САПР печатных плат.

Разумеется, такие САПР должны выполнять трассировку быстро, качественно, а получаемый продукт должен быть удобен для монтажа, отладки, ремонта, сборки, быть эргономичным и соответствовать массе дополнительных требований, которые читатели, вероятнее всего, сформулируют самостоятельно. Можно лишь заметить, что вопросы размещения компонентов на печатной плате и последующего проведения проводников относятся к достаточно сложной области с точки зрения алгоритмики. В действительности подобные задачи в своей «чистой» формулировке нельзя решить даже с учетом возросшей производительности современных компьютеров, поскольку число вариантов размещений компонентов и путей проведения линий растет (в очень грубом приближении) пропорционально факториалу от числа компонентов. Неудивительно, что в подавляющем большинстве случаев результаты автоматического размещения компонентов выглядят неприемлемыми. Для трассировки же реализуются алгоритмы, использующие некоторые частные соображения или иным путем избегающие перебора чрезмерно большого числа вариантов. Обычно разработчик печатной платы может существенно улучшить качество трассировки, правильно размещая компоненты и/или вручную редактируя наиболее ответственные цепи. Соответственно, возрастает ценность как высококвалифицированных инженерных кадров, так и профессиональных программных инструментов, способных предоставить подробную информацию о текущем состоянии проекта и автоматизировать рутинные операции.

Проект на базе ПЛИС: что изменилось?

Отличается ли программируемая элементная база от других типов микросхем или же это отличие надуманно, и переход к новой версии САПР печатных плат автоматически изменит ситуацию к лучшему для всех типов изделий? Оптимизирует или ухудшит ситуацию использование ПЛИС? Постараемся рассмотреть особенности ПЛИС с точки зрения разработчика печатных плат. Прежде всего, сталкиваясь с ПЛИС впервые, разработчик будет поражен тем, что подавляющее большинство ее выводов взаимозаменяемо! После некоторых пробных проектов становится непонятно, является это достоинством или недостатком. С одной стороны, можно использовать возможности замены выводов, чтобы упростить топологию и избавиться от ряда переходных отверстий и перекрестных соединений. С другой — к огромному числу вариантов размещения компонентов и проведения линий добавилось и множество вариантов назначения выводов ПЛИС сигналам проекта! Разработчики печатных плат, ранее не имевшие опыта использования ПЛИС, крайне редко используют возможности замены выводов, ограничиваясь тем списком соединений, который передает им системный архитектор или проектировщик ПЛИС. Поэтому приходится сначала делать черновой вариант, проводить трассировку печатной платы, а затем окончательно создавать схему. При этом современные средства САПР должны обладать высокой степенью интеграции, чтобы данный процесс был автоматизирован (чего не наблюдается, например, у связки ISE+PCAD). Итогом подобной несогласованной работы может стать продукт, подобный показанному на рис. 1 (приведен фрагмент двухсторонней печатной платы, трассировка которой проведена в автоматическом режиме).

Рис. 1. Фрагмент двухсторонней печатной платы с применением автоматической трассировки

Хорошо видно, что на печатной плате имеется большое количество длинных линий и переходных отверстий, причем рабочая частота устройства оказалась существенно ниже, нежели позволяют примененные микросхемы.

На рис. 2 приведен фрагмент печатной платы аналогичной сложности, но при ее проектировании широко использовались возможности взаимозамены однотипных выводов и применялась ручная трассировка.

Рис. 2. Фрагмент двухсторонней печатной платы, разведенной вручную

Отметим, что у представленной на рис. 2 печатной платы более короткие проводники, чем у печатной платы на рис. 1, а также меньшее количество переходных отверстий. Следовательно, частота устойчивой работы второго устройства выше, нежели первого, но удовлетворительным результат можно считать только после того, как будет проверено соответствие топологии печатной платы внутренней архитектуре ПЛИС.

Структура логической ячейки ПЛИС выглядит следующим образом: входные сигналы поступают на логический генератор, далее при необходимости фиксируются триггером и через выходные мультиплексоры выводятся из ячейки. Соответственно, нормальным путем прохождения сигнала будет направление «слева направо», если смотреть относительно матрицы логических ячеек. Цепи ускоренного переноса, позволяющие эффективнее реализовать арифметические операции над многоразрядными аргументами, расположены вертикально и имеют вполне определенное направление распространения, поэтому старший бит рекомендуется располагать сверху (также относительно матрицы ячеек). Тогда сигналы, приходящие на блоки ввода/вывода ПЛИС, будут поданы в основную матрицу ячеек по кратчайшим трассировочным линиям и наиболее эффективно задействованы выделенные ресурсы ПЛИС. Шины управления естественно разместить вдоль верхней и нижней части выводов матрицы.

Для ПЛИС среднего и большого размера можно использовать группировку сигналов управления вблизи управляемых ими шин данных. Такое решение (с учетом большей площади кристалла) позволит уменьшить задержку распространения управляющих сигналов до места их действительного применения. Кроме того, программируемые выводы ПЛИС объединяются в банки (обычно их 8), причем у различных банков может быть разное напряжение питания. Поэтому может оказаться необходимым размещение и линий данных, и линий управления в пределах одного банка.

Нельзя утверждать, что приведенные сведения исключительно важны и полностью определяют характеристики проекта. В действительности ПЛИС имеют достаточное количество трассировочных ресурсов, облегчающих трассировку сигналов от блоков ввода/вывода до наиболее подходящего места в матрице логических ячеек. А потому «неудачное» размещение выводов вряд ли окажется фатальным (сигналы все же будут разведены), однако задержки распространения станут несколько больше.

Рис. 3. Рекомендуемое распределение выводов для FPGA небольшого объема

Исходя из изложенного, можно понять, что к САПР печатных плат, способным дать хороший результат при работе с ПЛИС, предъявляются крайне высокие требования. Такие САПР должны не только использовать возможности ПЛИС по переназначению выводов, но и выполнять подобное назначение с учетом внутренней архитектуры устройства (для чего требуется информация о типе сигналов). Задержки, вносимые ПЛИС, необходимо сопоставлять с задержками, вносимыми внешними проводниками. Из этого следует, почему профессиональные САПР печатных плат, выполняющие совместный анализ печатной платы и установленной на ней ПЛИС (например, САПР компании Mentor Graphics), имеют весьма высокую стоимость. Рассмотрим, однако, какие результаты можно получить, выполнив лишь базовые рекомендации и пользуясь простейшими инструментами трассировки. На рис. 4 представлена печатная плата устройства, в котором цифровая обработка производится на ПЛИС Spartan-IIE XC2S200E фирмы Xilinx. Для указанной печатной платы в целом соблюдены изложенные выше рекомендации.

Рис. 4. Печатная плата цифрового устройства на базе FPGA Spartan-IIE

Данный проект выбран по той причине, что синтетические тесты, призванные выявить разницу между автоматическим назначением выводов и их ручной расстановкой, не дали убедительного ответа. Проект, реализующий корреляционную обработку и фильтрацию и управляемый софт-процессором, занимает 96% ресурсов ПЛИС и функционирует на максимальной тактовой частоте 13 МГц. Соответственно, он значительно нагружает алгоритмы трассировки ПЛИС, и влияние внешних цепей становится существенным. Компоновка печатной платы выполнена с учетом удобства и наименьшей длины сигнальных проводников, а также рекомендации Xilinx—входы расположены слева по отношению к матрице логических ячеек, выходы находятся справа. Проект представляет собой реальный пример сложного устройства, на характеристики которого могла бы существенно повлиять автоматическая расстановка выводов. Однако в режиме автоматической расстановки выводов (номера выбирались САПР ISE, а не задавались пользовательским файлом ограничений) тактовая частота проекта снизилась до 12 МГц! Этот пример наиболее наглядно показывает, что в настоящий момент автоматическое назначение выводов ПЛИС штатными средствами САПР не получило удовлетворительного решения, и вмешательство разработчика, следующего определенным рекомендациям, вполне может улучшить характеристики проекта.

Некоторые сопутствующие вопросы

На печатной плате, показанной на рис. 4, можно выделить две части — аналоговую и цифровую. В левой, аналоговой части находятся операционные усилители, вторичные источники питания и АЦП. Правая часть цифровая. В центре расположена FPGA Spartan-IIE, в нижней части ПЗУ для хранения коэффициентов фильтров, реализованных в ПЛИС. Печатная плата двухсторонняя. Нижний слой (зеленый цвет) почти целиком отведен под общий проводник. Такое расположение позволяет снизить уровень шума за счет уменьшения сопротивления общего проводника и повышения эффективности фильтрации помехи по цепям питания благодаря максимально близкому размещению фильтрующих емкостей к выводам компонентов (рис. 5).

Рис. 5. Пример подключения фильтрующей емкости

На рис. 5 приведен фрагмент печатной платы, где изображен делитель напряжения на резисторах R6 и R7 с фильтрующей емкостью С59, расположенной в удобном месте по пути следования сигнала.

При построении устройств цифровой обработки сигналов всегда приходится решать вопрос с питанием аналоговой и цифровой части и с расположением общих проводников. На рис. 4 видно два полигона — левый с аналоговыми цепями, а правый с цифровыми. Оба полигона соединены перемычкой в верхней части. Такое расположение не позволяет протекать импульсным токам общего проводника цифровых цепей в аналоговых цепях. АЦП объединяет цифровую и аналоговую части, поэтому имеет два типа питания. На рис. 5 видны выводы 25 и 27 АЦП. Вывод 25 общий для аналоговой части, а 27— для цифровой. С целью уменьшения шумов каждый из них подключен к своему полигону.

На рис. 6 представлены два варианта аналоговой части одинаковых устройств. На рис. 6а видна неудачная трассировка цепи аналогового питания +5А (на рис. 4 на эту цепь указывает соответствующая стрелка). К нескольким микросхемам питание подводится последовательно, в результате уровень шумов по мере удаления от конденсатора С43 возрастал до 50 мВ. Замена последовательной разводки питающей цепи на параллельную позволила снизить уровень шума до 5 мВ.

Рис. 6. Варианты исполнения печатной платы аналоговой части устройства

Подводя итог, отметим, что при проектировании печатных плат необходимо соблюдать несколько основных правил:

  • по возможности избегать автоматического размещения компонентов и автотрассировки связей, а выполнять эти операции вручную;
  • широко использовать полигоны для общих выводов, при этом необходимо создавать отдельные полигоны для аналоговых и цифровых цепей, а также для цепей, питающих мощную нагрузку;
  • фильтрующие емкости располагать в непосредственной близости от входных цепей, для фильтрации которых они применяются;
  • при использовании ПЛИС FPGA фирмы Xilinx входные цепи располагать в левой части (по отношению к матрице логических ячеек), а выходные — в правой. Основное внимание следует обращать на минимизацию длины проводников и отсутствие перекрестных связей.

Приведенные материалы, разумеется, охватывают достаточно малый круг вопросов, возникающих при разработке печатных плат, предназначенных для устройств на базе ПЛИС. Цель авторов — показать, что такая сложная область, как совместная разработка конфигурации ПЛИС и печатной платы, все еще требует внимания квалифицированных разработчиков, которые могут существенно улучшить характеристики проекта, не полагаясь только на автоматизированные средства. Одновременно становится понятно, какие задачи должна решать профессиональная САПР печатных плат, призванная облегчить труд специалистов.

Статьи в журнале «Технологии в Электронной промышленности» по теме печатные платы


Проектирование печатных плат: основные этапы разводки PCB

Проектирование печатных плат и рекомендации по правилам компоновки электронных элементов на печатной плате. При проектировании электронной схемы на печатной плате важно, прежде чем приступить к разводке печатной платы, чтобы у вас был четкий план и подробная инструкция того, что можно и чего нельзя делать.

Проектирование печатных плат | Начальные шаги

Понимание схемы имеет решающее значение для проектирования, например, нужно знать максимальный ток и напряжение, которые будут проходить в цепи каждого проводника. Зная эти значения, вам будет проще определить ширину дорожки и тип печатной платы, которая будет использоваться.

Разница напряжений между каждой дорожкой определяет необходимый зазор между каждым проводником. Если зазора недостаточно, есть вероятность, что электрический потенциал между каждой дорожкой вызовет искрение и короткое замыкание печатной платы. Поэтому очень важно соблюдать некоторые из этих основных требований, прежде чем приступить к проектированию печатных плат.

Если вы не учитываете важные аспекты, когда выполняете проектирование печатных плат компоновку электронных элементов, вы можете в конечном итоге получить конструкцию, которая будет плохо работать. Неадекватная разводка может привести к таким проблемам, как электромагнитные помехи, конфликты компонентов по обе стороны от платы, ограниченная функциональность схемы и даже выход ее из строя.

Кроме того, если разводка не получится с первого раза, ее придется переделывать, что может привести к задержкам в изготовлении и дополнительным расходам.

Рекомендации по компоновке печатной платы

Итак, какие правила и принципы при проектировании печатных плат нужно учитывать? Давайте посмотрим на этапы проектирования и компоновки элементов на плату и определим некоторые из основных правил для каждого этапа. Конечно, есть и другие варианты, но здесь мы постараемся представить вам наиболее важные моменты, когда вам потребуется проектирование печатных плат и компоновку деталей, о которых вы должны знать.

Проектирование печатных плат — основные этапы

Разводка печатной платы играет значительную роль на каждом этапе процесса изготовления печатной платы с момента, когда вы только задумали проект, до конечного результата. При этом, вы должны знать, что базовый процесс проектирования включает в себя шесть шагов.

1. Общее представление о проектировании ПП

Этот начальный этап включает в себя определение функций, которые будет выполнять печатная плата. Также следует учесть примерный диапазон температур, в котором будет работать плата, и любые другие экологические проблемы.

2. Схема

Следующим этапом является построение принципиальной схемы на основе окончательной концепции. Эта конструкция включает всю информацию, необходимую для правильного функционирования электрических компонентов платы, а также такие детали, как названия компонентов, стоимость, номинальные характеристики и номера деталей производителя.

Пока вы создаете свою схему, одновременно формируется список материалов, которые вам потребуются. Эта спецификация будет содержать информацию обо всех компонентах, необходимых для вашей печатной платы. Всегда обновляйте эти два документа.

3. Блок-схема платы

Проектирование печатных плат, также включает в себя еще один важный момент, где вы указываете блок-схеме окончательные размеры печатной платы. Отметьте области, предназначенные для каждого блока, части компонентов, которые связаны по электрическим причинам или из-за ограничений. Сохранение связанных компонентов вместе позволит вам сократить время трассировки.

4. Размещение компонентов

Следующим шагом является размещение компонентов, которое определяет, где вы разместите каждый элемент на плате. В основном предпринимается несколько этапов, чтобы полностью доработать размещение компонентов.

5. Маршрутизация первого прохода

Затем определите маршрутизацию и приоритет маршрутизации для канала.

6. Тестирование

После того, как вы закончите разводку платы, вы должны провести серию тестов, чтобы убедиться, что ваша проделанная работа соответствует всем вашим потребностям. Если да, то проектирование печатных плат завершено. В противном случае вам нужно вернуться к этапам, на которых вам необходимо внести коррективы.

Проектная документация

По мере того, как вы выполняете проектирование печатных плат, вы попутно разрабатываете множество документов. Эти документы включают:

  • Габаритные чертежи оборудования: описывает размер пустой платы.
  • Схема: отображает электрические характеристики платы.
  • Спецификация материалов: описывает компоненты, необходимые для проекта.
  • Файл макета: описывает базовую компоновку печатной платы.
  • Файл размещения компонентов: описывает расположение отдельных компонентов.
  • Сборочные чертежи и инструкции: объясняет, как собрать плату.
  • Руководства пользователя: хотя они и не требуются, они полезны для предоставления пользователю дополнительной информации.
  • Набор файлов Gerber: комплект выходных файлов макета, который производитель печатной платы будет использовать для ее создания.

Рекомендации по компоновке и дизайну печатной платы

В процессе разводки и проектирования печатных плат необходимо учитывать многие нюансы. Некоторые соображения относятся ко всему процессу, а некоторые — к отдельным этапам. Вот семь важных факторов, о которых следует помнить.

  1. Ограничения платы

  2. Первые ограничения, на которые вы должны обратить внимание, связаны с еще не заполненной платой. Некоторые из этих основных ограничений включают в себя размер и форму самой платы.

    Вам нужно будет сразу убедиться, что у вас достаточно места на плате для схемы. Размер конечного продукта, функциональность, которую должна обеспечивать плата, и другие факторы определяют, насколько большой она должна быть.

    Перед тем, как приступить к проектированию, прикиньте примерный размер платы. Если у вас недостаточно места для всех функций, требуемых при более простой конструкции, вам может потребоваться использовать многослойный стеклотекстолит или метод межсоединений высокой плотности (HDI).

    Стандартная печатная плата имеет прямоугольную форму. В подавляющем большинстве случаев она остается наиболее распространенной формой печатных плат. Однако можно создавать платы и других форм. Чаще всего разработчики делают это из-за ограничений по размерам или для использования элементов неправильной формы.

    Еще одним важным моментом является количество необходимых слоев, которое определяется уровнем мощности и сложностью конструкции. Лучше всего выяснить, сколько слоев вам нужно, на ранних этапах проектирования макета.

    Добавление большего количества слоев может увеличить производственные затраты, но позволит вам включить больше дорожек. Это может потребоваться для более сложных плат с расширенными функциональными возможностями.

    Для всех сильноточных дорожек используйте не менее двух отверстий для перехода между слоями. Использование нескольких отверстий при переходе на другие слои повышает надежность, улучшает теплопроводность и снижает индуктивные и резистивные потери.

  3. Производственные процессы

  4. Вам также следует взять во внимание производственные процессы, которые вы хотели бы использовать для изготовления платы. Различные методы имеют разные ограничения и трудности. Вам нужно будет использовать опорные отверстия или точки, которые будут нужны во время изготовления платы.

    Также не забывайте о методе монтажа платы. Различные подходы могут потребовать оставить открытыми разные участки платы. Использование нескольких типов технологий, таких как сквозные отверстия и компоненты для поверхностного монтажа, может увеличить стоимость ваших плат, но в некоторых случаях может быть необходимым.

    Всегда уточняйте у изготовителя, есть ли у него возможность изготовить нужный вам тип платы. Некоторые из них, например, могут не иметь возможности выполнить ваш заказ с большим количеством слоев или платы, использующие гибкую конструкцию.

  5. Материалы и компоненты

  6. На этапе макетирования продумайте, какие материалы и компоненты вы планируете использовать для своей платы. Прежде всего, необходимо убедиться, что нужные элементы доступны. Некоторые материалы и детали трудно найти, а другие настолько дороги, что не позволяют этого сделать.

  7. Порядок размещения компонентов

  8. Одно из самых основных правил проектирования печатных плат включает в себя порядок размещения компонентов на плате. Рекомендуемый порядок: разъемы, затем силовые цепи, затем точные цепи, потом критические цепи и дальше остальные элементы. Уровни мощности, восприимчивость к шумам, генерация и возможность маршрутизации, также влияют на приоритет трассировки схемы.

  9. Ориентация

  10. При размещении компонентов старайтесь ориентировать их в одном направлении в основном те, которые похожи друг на друга. Это сделает процесс пайки более эффективным и поможет избежать ошибок во время него.

  11. Размещение

  12. Старайтесь не размещать на паяемой стороне печатной платы детали, которые будут находиться за покрытыми сквозными отверстиями участках.

  13. Формирование

Логическое формирование компонентов может сократить количество необходимых этапов сборки, повысить эффективность и снизить затраты. Старайтесь размещать все компоненты для поверхностного монтажа на одной стороне платы, а все компоненты для установки в сквозные отверстия — на верхней стороне.

Автоматическая установка микросхем

Лаборатория аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом EasyEDA, родина инженеров аппаратного обеспечения

Простой логический пробник 5 В для логики TTL и CMOS

Простой логический пробник 5 В для логики TTL и CMOS

Стандартная версия ATtiny13 TinyProbe

7,6к 1 23 28

Пользователь Стефан Вагнер

1

Многофункциональная плата для разработки ESP32 в сверхкомпактном форм-факторе

Многофункциональная плата для разработки ESP32 в сверхкомпактном форм-факторе

Стандартная версия ДАТЧИК CORE ESP32-MICRO

1,4 Вт 2 60 57

Команда СЕНЦОР Проект

2

Нет профиля

Нет профиля

Стандартная версия ПЛАТА ESP32 V3

8,5к 0 29 32

Пользователь Менги

0

kxmx_bluemchen_1u — это модуль Eurorack 22HP 1U с открытым исходным кодом, работающий на базе Electrosmith Daisy Seed.

kxmx_bluemchen_1u — это модуль Eurorack 22HP 1U с открытым исходным кодом, работающий на базе Electrosmith Daisy Seed.

Стандартная версия kxmx_bluemchen_front_1u

3,6к 0 3 6

Пользователь повторяющийся

0

Простой источник бесперебойного питания (ИБП) 5 В / 2,5 А для RaspberryPi и других устройств

Простой источник бесперебойного питания (ИБП) 5 В / 2,5 А для RaspberryPi и других устройств

Стандартная версия ATtiny13 TinyUPS для поверхностного монтажа

1,4 Вт 0 58 94

Пользователь Стефан Вагнер

0

IV-25 Модули дисплея, поддерживающие последовательное подключение. Поставляется с собственной платой контроллера ESP8266.

IV-25 Модули дисплея, поддерживающие последовательное подключение. Поставляется с собственной платой контроллера ESP8266.

Стандартная версия IV-25 Дисплей

4,4к 0 9 9

Пользователь fan4tix

0

Нет профиля

Нет профиля

Стандартная версия Мини-осциллограф DSO

8,5к 0 2922

Пользователь Электро Енот

0

Материнская плата для установки модулей для создания проекта дисплея LeafSOC для Nissan Leaf 2011/2012 гг. ПРИМЕЧАНИЕ: этот проект также можно запустить на более новой материнской плате LeafRange — она имеет некоторые улучшения дизайна, поэтому вам лучше использовать ее.)

Материнская плата для установки модулей для создания проекта дисплея LeafSOC для Nissan Leaf 2011/2012 гг. ПРИМЕЧАНИЕ: этот проект также можно запустить на более новой материнской плате LeafRange — она имеет некоторые улучшения дизайна, поэтому вам лучше использовать ее.)

Стандартная версия Материнская плата LeafSOC

2,6к 0 4 1

Пользователь Пол Кеннет

0

Салман

Салман

Стандартная версия ККСТБН2022

61 0 0 0

Пользователь Салман Аль-Фариси Рамадани 114

0

РСЗО

РСЗО

Стандартная версия Телеметрия

45 0 0 0

Пользователь Хорхе Тревиньо Гомес

0

ДВМ1000

ДВМ1000

Стандартная версия ДВМ1000

33 0 0 0

Пользователь Чесаракампа

0

Асда

Асда

Стандартная версия esp_sensor

52 0 0 0

Пользователь фернандо. х.винья

0

ПЛИС РЭШ

ПЛИС РЭШ

Стандартная версия FPGA_NES

57 0 1 0

Пользователь корбетт

0

Модуль ADSR

Модуль ADSR

Стандартная версия ADSR от yusynth.net

913 2 1 4

Пользователь Калимнос77

2

Браслет Esp32 для замкового камня

Браслет Esp32 для замкового камня

Стандартная версия Смарт-часы ESP32 Capstone

52 0 1 0

Пользователь kvothe77

0

Стандартная версия NUEVA_PCB

39 0 0 0

Пользователь Хосеа123

0

Паяльная станция быстрого нагрева T12 на базе ATmega328P

Паяльная станция быстрого нагрева T12 на базе ATmega328P

Стандартная версия Паяльная станция ATmega SMD v2

7 Вт 187 83 192

Пользователь Стефан Вагнер

187

Многоцелевая печатная плата

Многоцелевая печатная плата

Стандартная версия Многофункциональная плата

2,2 Вт 2 63 24

Пользователь Мистер Инновационный

2

Многофункциональная плата для разработки ESP32 в сверхкомпактном форм-факторе

Многофункциональная плата для разработки ESP32 в сверхкомпактном форм-факторе

Стандартная версия ДАТЧИК CORE ESP32-MICRO

1,4 Вт 2 60 57

Команда СЕНЦОР Проект

2

Простой источник бесперебойного питания (ИБП) 5 В / 2,5 А для RaspberryPi и других устройств

Простой источник бесперебойного питания (ИБП) 5 В / 2,5 А для RaspberryPi и других устройств

Стандартная версия ATtiny13 TinyUPS для поверхностного монтажа

1,4 Вт 0 58 94

Пользователь Стефан Вагнер

0

Карманная версия знаменитого тестера компонентов

Карманная версия знаменитого тестера компонентов

Стандартная версия ATmega TransistorTester SMD

1,7 Вт 9 36 76

Пользователь Стефан Вагнер

9

Светодиодный тестер на базе Arduino с ЖК-дисплеем. Выберите ток и напряжение назначения (ваша батарея), подключите светодиод к тестеру и получите необходимое значение для резистора, подключенного последовательно. Вы также можете увидеть измеренные значения для светодиода (прямое напряжение и ток). По идее https://jaycar.com.au

Светодиодный тестер на базе Arduino с ЖК-дисплеем. Выберите ток и напряжение назначения (ваша батарея), подключите светодиод к тестеру и получите необходимое значение для резистора, подключенного последовательно. Вы также можете увидеть измеренные значения для светодиода (прямое напряжение и ток). По идее https://jaycar.com.au

Стандартная версия Светодиод ArduTest

7,8к 2 32 13

Пользователь мстофферс

2

Нет профиля

Нет профиля

Стандартная версия ПЛАТА ESP32 V3

8,5к 0 29 32

Пользователь Менги

0

Нет профиля

Нет профиля

Стандартная версия Мини-осциллограф DSO

8,5к 0 29 22

Пользователь Электро Енот

0

Планы и цены — EasyEDA

Планы и цены

Не стесняйтесь использовать EasyEDA, потому что мы обещаем, что основные функции EasyEDA абсолютно бесплатны для всех.

Несмотря на то, что замечательные основные функции EasyEDA всегда будут бесплатными, выбрав ежемесячную подписку в размере нескольких долларов, вы можете помочь нам создать еще лучший инструмент для проектирования печатных плат.

Стандартная версия

Бесплатно навсегда

Попроб. Загрузка клиента

  • Коммерческое использование
  • Полный набор функций редактора
  • Частные проекты — без ограничений
  • Создание личных библиотек — без ограничений
  • Срок хранения в корзине — 15 дней
  • Совместная работа в команде
  • Поддержка форума
  • Поддержка по электронной почте (48 часов)
  • Объявления

Профессиональная версия

Бесплатно

Попроб. Загрузка клиента

  • Коммерческое использование
  • Полный набор функций редактора
  • Частные проекты — без ограничений
  • Создание личных библиотек — без ограничений
  • Корзина — не поддерживает корзину
  • Совместная работа в команде
  • Поддержка форума
  • Поддержка по электронной почте (круглосуточно)
  • Объявления
  • помогает поддерживать разработку EasyEDA

Предприятие

9,9 $/месяц/участник

Скоро

  • Коммерческое использование
  • Полный набор функций редактора
  • Частные проекты — без ограничений
  • Создание личных библиотек — без ограничений
  • Срок хранения в корзине — 30 дней
  • Совместная работа в команде
  • Поддержка форума
  • Поддержка по электронной почте (12 часов)
  • Нет рекламы
  • помогает поддерживать разработку EasyEDA
  • Улучшенное управление командой

Локальный хостинг

Свяжитесь с нами

Запрос котировки

  • Коммерческое использование
  • Полный набор функций редактора
  • Частные проекты — без ограничений
  • Создание личных библиотек — без ограничений
  • Срок хранения в корзине — не ограничен
  • Совместная работа в команде
  • Поддержка форума
  • Поддержка по электронной почте (12 часов)
  • Нет рекламы
  • помогает поддерживать разработку EasyEDA
  • Улучшенное управление командой
  • Локальный/облачный хостинг

Общие проблемы

Q1.

Могу ли я изменить свой план в любое время?

Да. На данный момент каждый может пользоваться всеми функциями бесплатно. Вы также можете выбрать соответствующую платную версию.

Q2. Могу ли я сохранить свой проект локально?

Да, вы можете загрузить свой проект локально или экспортировать его в Altium. Используя нашу новую клиентскую часть для настольных ПК, вы можете сохранять все свои проекты локально, а не на облачном сервере.

Q3. Инструменты EasyEDA довольно дороги в создании, как вы можете предоставлять основные функции бесплатно?

Да, разработка EasyEDA заняла более 8 лет, и мы продолжим ее развивать. Мы будем уникальными, зарабатывая деньги на наших услугах, таких как заказы деталей, заказы на печатные платы, сборка печатных плат, реклама и обзоры специальных проектов, но даже в этом случае мы всегда будем признательны, если вы захотите сделать пожертвование или изменить наш профессиональный план 🙂

Q4. Предлагаете ли вы специальные цены для некоммерческих и образовательных организаций?

Мы считаем, что бесплатного стандартного плана достаточно, но если вам нужно больше, просто напишите нам.

Q5. Будет ли нам запрещено загружать файлы изготовления, такие как Gerber, BOM и файл Pick and Place.

В отличие от других бесплатных инструментов EDA, где вы можете заказать свою печатную плату только у них, хотя мы надеемся, что вы закажете свою печатную плату у нас, вы можете загрузить файлы Gerber и Drill и использовать любой другой магазин печатных плат. Формат файла EasyEDA является открытым исходным кодом, и вы можете читать файлы Gerber в ряде программ просмотра с открытым исходным кодом! EasyEDA никогда не будет ограничивать функции загрузки редактора.

Q6. Как насчет ужасной рекламы?

Мы тоже ненавидим ужасную рекламу: именно поэтому в настоящее время вы не можете видеть рекламу в чистой EasyEDA, но когда-нибудь, если мы сможем найти несколько со вкусом и полезных объявлений, вы сможете получить от них много полезной информации.

  • Стандартная версия

    1. Простота в использовании и быстрое начало работы.

    2. Процесс поддерживает проектные масштабы на 300 устройств или 1000 контактных площадок.

    3. Поддерживает простую симуляцию схемы.

    4.Для студентов, преподавателей, творцов.

  • Профессиональная версия

    1. Совершенно новые взаимодействия и интерфейсы.

    2.Плавная поддержка размеров более 30 000 устройств или 100 000 пэдов

    3.Более строгие ограничения дизайна, более стандартизированные процессы.

    4. Для предприятий, более профессиональных пользователей.

你 现在 的 是 是 easyeda 海外 , , 使用 建立 访问 更 快 的 国内版 https://lceda.cn (需要 重新 注册)
如果 转移 工程 请 在 个人 中心 个人 个人 个人 个人 个人 个人 个人 — 工程 — 工程高级设置 — 下载工程,下载后在https://lceda.cn/editor 打开保存即可。
有问题联系QQ 3001956291 不再提醒

Мы используем файлы cookie, чтобы вам было удобнее. Подробная информация об использовании файлов cookie на этом веб-сайте содержится в нашей Политике конфиденциальности. Используя этот сайт, вы даете согласие на использование наших файлов cookie.

Altium Designer — программное обеспечение для проектирования печатных плат

Унифицированное проектирование

Один интерфейс, одна модель данных


, бесконечные возможности.

Altium Designer ® предлагает унифицированную среду проектирования, предоставляя инженерам единое представление о каждом аспекте процесса проектирования печатных плат, от схемы до компоновки печатной платы и конструкторской документации. Имея доступ ко всем инструментам проектирования в одном месте, инженеры могут завершить весь процесс проектирования в единой интуитивно понятной среде и быстро создавать высококачественные продукты.

Connected Experience

Работайте откуда угодно,


Связь с кем угодно

Altium 365 — это облачная платформа для разработки электронных продуктов, которая объединяет проектирование печатных плат, MCAD, управление данными и командную работу.

Собственное 3D

Определите каждую деталь

Оставайся на связи

Добро пожаловать в НОВЫЙ


Уровни подписки Altium

Новые технологии. Лучшее значение. Создан для удовлетворения потребностей
каждого инженера, команды или предприятия, разрабатывающего электронные продукты.

Начиная с /год

Altium 365 Cloud Services

Ваша полная связь с миром дизайна электронных продуктов. Объедините проектирование печатных плат, MCAD, управление данными и командную работу, как никогда раньше.
Узнать больше

Последнее программное обеспечение Altium Designer

Получите доступ к последним обновлениям Altium Designer сразу после их выпуска и продолжайте внедрять инновации с помощью лучших технологий проектирования электроники.

Неограниченное обучение

Постоянно расширяйте знания и навыки своей команды с неограниченным доступом к обучению по требованию.

Онлайн-поддержка

Получите необходимую помощь в нужный момент с помощью чата и поддержки по телефону, доступа к сообществу AltiumLive и запросов функций.

Техническое обслуживание

Мы продолжим поддерживать предыдущую версию ваших инструментов Altium с помощью исправлений и исправлений безопасности, которые не изменят вашу работу.

Надежная технология

Все внутри

Более чем 35-летний опыт проектирования электроники,
создан для решения современных задач проектирования.

Schematic Capture

Быстро фиксируйте замысел проекта с помощью богатого набора инструментов для подключения, проверки проекта, прозрачного создания списка соединений и управления вариантами.

Иерархический и многоканальный дизайн

С легкостью проектируйте передовую электронику с интуитивно понятной навигацией по всем уровням иерархии, цепям и компонентам.

Унифицированное управление библиотекой

Сделайте лучший выбор деталей во время проектирования с помощью интеллектуальной платформы, которая объединяет схематические символы и посадочные места печатных плат, состояние жизненного цикла и планирование цепочки поставок в одном централизованном месте.

Смешанное моделирование

Исследуйте идеи, прежде чем приступить к производству, с помощью быстрого и точного моделирования в усовершенствованном движке SPICE.

Компоновка платы

Эффективно исследуйте оптимальную компоновку с помощью интуитивно понятной технологии планирования платы. Встроенная поддержка 3D, управление стеком слоев и высококачественные элементы управления, включая модели коэффициента травления и шероховатости поверхности, дают вам всю необходимую мощность в одном пространстве проектирования.

Rigid-Flex и Multi-Board

Быстрая проверка подключения и разработка гибких схем для многоплатных установок с проводкой, сопряжением и Native 3D на уровне продукта. Четкое определение зон изгиба и линий изгиба упрощает проверку пригодности для конструкций Rigid-Flex.

Интерактивная маршрутизация

Проложите свой путь с помощью высокопроизводительного движка, который позволяет толкать, скользить, обнимать, обходить и настраивать задержку под любым углом.

Высокоскоростная конструкция с высокой плотностью размещения

Искусно спроектируйте высокоскоростную электронику с помощью мощного тюнингового движка. Включает расширенную поддержку шаблонов, решатель ЭМ для точной задержки распространения, извлечение импеданса и интеграцию структуры Easy HDI.

MCAD Collaboration

С легкостью сотрудничайте с конструктором механических систем благодаря двунаправленной передаче данных между Altium Designer и вашим инструментом MCAD. Поддерживает ведущие в отрасли пакеты MCAD, включая Solidworks, Inventor и Creo.

Управление данными

Объедините вашу команду и проектные данные в одном централизованном месте для быстрого доступа. Масштабируемая платформа отвечает потребностям растущих компаний, включая рабочие пространства для проектирования, управление жизненным циклом проекта и выпуском, а также совместную работу в команде.

Производственные результаты

Убедитесь, что ваш проект готов к производству с поддержкой каждого файла, который может понадобиться вашему производителю. Мы предоставим вам ODB++, IPC-2581 и Gerber X2 со встроенным CAM-редактором.

Производственные чертежи

Мгновенно создавайте подробные рабочие виды платы и компонентов с помощью Draftsman. Размеры, подобные MCAD, и интеллектуальные отчеты упрощают передачу проектных замыслов.

Начало работы

Срочная лицензия

Используйте Altium Designer до тех пор, пока вы платите за него. Включает стандартную подписку на последние обновления, Altium 365 и многое другое.

Бессрочная лицензия

Купите лицензию Altium Designer один раз и используйте ее навсегда. Включает стандартную подписку на последние обновления, Altium 365 и многое другое.

Начиная с цена3

Купить

Часто задаваемые вопросы

Как работает лицензирование по требованию?

Лицензирование Altium Designer по требованию предлагает глобальную плавающую лицензию в пределах географического охвата вашей лицензии и условий, изложенных в лицензионном соглашении, без необходимости внедрения собственного выделенного сервера. Эта система обеспечивает гибкий и оптимизированный подход к лицензированию, позволяя вам получить лицензию за считанные секунды, когда и где вы хотите. Для других типов лицензий, пожалуйста, свяжитесь с вашим торговым представителем или пообщайтесь с нами.

Могу ли я импортировать существующие проектные данные?

Да! Мастер импорта Altium Designer позволяет импортировать устаревшие проектные данные из других инструментов ECAD, таких как ORCAD, PADS, Expedition, Allegro, DxDesigner, Eagle и Zuken CR-5000/CADSTAR.

Что такое Altium 365?

Altium 365 — это платформа для разработки электронных продуктов, которая как никогда прежде объединяет проектирование печатных плат, MCAD, управление данными и совместную работу. Проектируйте, делитесь и изготавливайте — и все это в Altium Designer, ничего не меняя в том, как вы уже работаете.

Что включено в цену?

Вы получите бессрочную или временную лицензию на Altium Designer, а также план стандартной подписки, который включает доступ к Altium 365 и:

  • Последние обновления технологий проектирования
  • Круглосуточная поддержка в чате
  • Доступ к сообществу AltiumLive

Каковы мои текущие расходы после первого года?

По прошествии первого года, чтобы сохранить подписку, с вас будет взиматься ежегодная абонентская плата.

Требуются ли другие надстройки?

Никаких других надстроек не требуется. Altium предлагает надежное управление компонентами и анализатор PDN для визуального анализа мощности, для которого требуется дополнительное лицензирование.

Приобретение лицензий, услуг и подписок в Интернете

Место, где вы можете приобрести любой продукт, услугу или подписку Altium.
Пожалуйста, войдите в систему, чтобы просмотреть существующие лицензии

Войдите в систему

  • Единый платеж 4785 евро в год
  • 12-месячная рассрочка платежа 403 евро/мес.

Самая широко используемая в мире, полная и унифицированная среда проектирования печатных плат, объединяющая схемы, макеты и все остальное, что вам нужно для проектирования печатных плат. Что включено

Другие варианты лицензий

Основы Altium Designer — онлайн

2 329 евро

Узнайте, как легко ориентироваться в Altium Designer
Этот практический курс под руководством инструктора содержит инструкции по всему процессу ввода проекта, начиная с пользовательского интерфейса, создания проекта, ввода схемы, затем переходя к компоновке печатной платы, документации и, наконец, выходным данным для изготовления. . Сертификат о прохождении курса выдается за успешное прохождение курса.

Расширенный Altium Designer — онлайн

2 329 евро

Станьте опытным пользователем Altium Designer
Этот курс под руководством инструктора предназначен для опытных пользователей Altium, которые хотят расширить свои знания о правилах проектирования, маршрутизации дифференциальных пар и настройке шаблонов проектов. Сертификат о прохождении курса выдается за успешное прохождение курса.

Обучение основам AD20 — по запросу (английский)

1162 евро

Этот практический курс содержит инструкции по всему процессу проектирования, начиная с пользовательского интерфейса, создания проекта, ввода схемы, затем переходя к компоновке печатной платы, документации и, наконец, выходным данным изготовления. Сертификат о прохождении курса выдается за успешное прохождение курса.

Темы AD Advanced PCB — частный

17 500 евро

Обучение основам AD — частный

17 500 евро

Моделирование SPICE — по запросу (английский)

526 евро

Анализ и повышение производительности вашего проекта
Это практическое занятие предлагает углубленные упражнения, которые помогут вам начать работу с основами моделирования SPICE. Научитесь использовать панель моделирования для управления анализом, определения представления и настройки параметров. Знаете ли вы, что Altium Designer может импортировать схемы в других форматах, включая OrCAD®, LTSpice® и KiCad®? Узнайте, как использовать мастера импорта и многое другое, за более чем 8 часов онлайн-курсов.

Основы анализа PDN версии 2.0 — по запросу (английский)

99 евро

Узнайте, как устранять неполадки на месте
Обеспечение качественного питания логических блоков устройства является одной из важнейших задач. Узнайте, как выявлять проблемы на ранней стадии с помощью PDN Analyzer для анализа сетей электропитания, выявления «слабых мест» и корректировки конструкции перед ее производством.

{{если IsAddSeat}}

{{>ИмяПродукта}}

{{еще естьобновление}}

{{>ProductName}}: {{>License.SerialNumber}}

{{еще}}

{{>License.ProductName}}: {{>License.SerialNumber}}

{{/если}}

{{if CustomEndDate && !IsAddSeat}} {{if ~CoTermLicenseNumber}} Guid}}»>Эта лицензия связана с {{>~CoTermLicenseNumber}} Дата платежа. Следующий платеж: {{>CustomEndDateFormatted}} {{еще}} Guid}}»>Дата платежа. Следующий платеж: {{>CustomEndDateFormatted}} {{/если}} {{/если}} {{if IsAddSeat && CanAdjustTerm}} Руководство}}»> Стоимость подписки до {{>License.ExpiryDateStr}} {{/если}} {{/за}}

{{для продуктов ~CoTermLicenseNumber=coTermLicenseNumber}}

{{если имя изображения}}

{{/если}}

{{>ИмяПродукта}}

{{если IsMonthlyPayments}} В месяц
{{/если}} {{если скидка}} {{>FullPrice}} {{>FormattedPrice}} {{еще}} Идентификатор}}»>{{>FormattedPrice}} {{/если}}

{{/за}}

{{:описание купона}}
{{если купонExpirationDate}} Действителен до {{>couponExpirationDate}} {{/если}}

Введенный код купона не существует или не может быть применен к текущей корзине.
Altium упрощает работу.

Начните прямо сейчас Получить демонстрацию

Комплексное решение для проектирования электроники с цифровой интеграцией
для воплощения вашей цифровой трансформации в жизнь

Электроника
Компоненты

Данные для проектирования
Management

Board-Level
Simulation

PLM
Integration

ECAD-MCAD
Co-design

Workflow
Management

PCB
Layout

Schematic
Design

Electronic Components

Companies spend over a триллиона долларов в год на электронные компоненты — корпоративные решения позволяют оптимизировать эти инвестиции, принимая более разумные решения по компонентам на основе надежной информации о цепочке поставок в режиме реального времени. Благодаря созданию и управлению цифровыми электронными компонентами вы можете гарантировать, что ваши команды и системы будут связаны с точными, воспроизводимыми и последовательными результатами.

Управление проектными данными

Популярность и сложность электронного проектирования резко возросли, однако инструменты управления данными не изменились с начала века. Altium предлагает корпоративные решения следующего поколения для управления цифровыми проектными данными ECAD с непосредственным цифровым потоком, пронизывающим все области проектирования, цепочки поставок и производства.

Моделирование на уровне платы

Поднимите своего цифрового двойника на новый уровень, преодолев разрыв между физической реализацией ECAD и несколькими виртуальными цифровыми доменами. С корпоративными решениями вы можете использовать существующие инвестиции в цифровых двойников на ранних этапах процесса создания продукта, когда проще всего оптимизировать надежность, качество и технологичность.

Интеграция с PLM

Корпоративные решения интегрируются с PTC Windchill ® , Arena ® PLM, Oracle ® Agile PLM и Siemens Teamcenter

®.

Совместное проектирование ECAD-MCAD

Гармоничное проектирование в рамках ECAD и MCAD с непрерывным цифровым соединением, обеспечивающее превосходные инновации и ускоренный выход на рынок. Оставаясь в исходных средах проектирования, ECAD и MCAD могут передавать и извлекать проектные данные в режиме реального времени и визуализировать изменения проекта в 3D, чтобы синхронизировать оба процесса и гарантировать, что все «соответствует» с первого раза.

Управление рабочим процессом

Корпоративные решения предлагают революционные рабочие процессы ECAD с цифровым управлением, которые легко настраиваются в соответствии с вашими потребностями. Поднимите свой процесс проектирования на совершенно новый уровень инноваций, эффективности и прозрачности и решите самые сложные задачи, включая время выхода на рынок, стоимость проданных товаров, надежность, доступность источников, соответствие требованиям и многое другое в момент воздействия.

Компоновка печатной платы

Встроенный редактор печатных плат для более быстрого вывода вашего продукта на рынок с успешной компоновкой с первого прохода. В корпоративных решениях Altium цифровые данные позволяют принимать обоснованные решения во время компоновки, что помогает избежать дорогостоящих переделок и сократить время выхода на рынок. Все это в простом в использовании инструменте мирового класса, который естественным образом связывает данные с тем, как дизайнеры уже работают.

Schematic Design

Редактор схем, подключенный к вашему предприятию в цифровом виде, предоставляет разработчикам данные, необходимые им для принятия разумных решений, во время проектирования. Это сокращает дорогостоящие и трудоемкие респины, улучшая время выхода на рынок и повышая качество. Все это в простом в использовании инструменте мирового класса, который естественным образом связывает данные с тем, как дизайнеры уже работают.

Корпоративные решения Altium


меняют дизайн электроники

Обзор часов

По мере того, как сложность и требования к электронике продолжают расти, компании пытаются не отставать, вкладывая средства в инструменты для повышения цифровой непрерывности в процессе разработки электроники. Однако даже при таких инвестициях без решения с цифровой интеграцией цепочка создания стоимости остается изолированной, а процесс — разъединенным.

Altium предлагает ссылку, позволяющую осуществить цифровую трансформацию с помощью комплексного цифрового решения для проектирования электроники для предприятий.

Интеграция редакторов схем и проектов печатных плат в управляемую среду разработки продуктов и беспрепятственное взаимодействие с существующими технологиями, такими как PLM, MCAD и Simulation, делает последнюю милю цифровой трансформации не только возможной, но и простой.

Конечный результат: снижение затрат, ускорение проектирования и повышение качества.

Начните сейчас

Послушайте новости цифровых технологий


Инноваторы в области трансформации

Узнайте, как корпоративные решения Altium обеспечивают цифровую непрерывность и управляемые рабочие процессы, которые позволяют Legrand процветать в высококонкурентной отрасли, предоставляя высококачественные продукты с высокой степенью интеграции по дифференцированным скорость.

Узнайте, как корпоративные решения Altium позволяют компании Veoneer, мировому лидеру в области автомобильных технологий, ускорить разработку, обеспечив, прежде всего, безопасность и надежность своей продукции, тем самым укрепив свою цель «Создать доверие к мобильности».

Узнайте, как корпоративные решения Altium помогают Astranis с легкостью и уверенностью выполнять все более сжатые сроки, позволяя им быстро расширять подключение к Интернету даже в самых отдаленных районах.

Корпоративные решения Altium Enable

Системы

A Digital Connection

Корпоративные решения обеспечивают цифровое управление рабочими процессами и ресурсами. Создавая цифровой поток между областями и дисциплинами, компании обеспечивают прослеживаемость и интерактивность, позволяя всем заинтересованным сторонам легко отслеживать состояние и производительность.

Начать сейчас

Люди

Междоменное сотрудничество

Благодаря корпоративной платформе инженеры-электрики и проектировщики могут интегрироваться с соседними областями, включая PLM и MCAD, уменьшая распространенные ошибки, связанные с ручными процессами, и обеспечивая легкий доступ к поставкам в режиме реального времени. данные цепи. Заинтересованные стороны, включая управление продукцией, цепочкой поставок и производством, также получают прозрачность в отношении всех незавершенных работ по проектированию электроники.

Начать сейчас

Процесс

Настраиваемый способ работы

Настраиваемые управляемые рабочие процессы позволяют вам продолжать работать так, как вы хотите. Кроме того, ваше программное обеспечение Altium можно интегрировать с существующими инструментами в разных доменах, помогая максимизировать отдачу от инвестиций в цифровую трансформацию.

Начать сейчас

Пошаговое и полное руководство по проектированию печатной платы

Ваше время ценно, поэтому вы хотите правильно спроектировать печатную плату с самого начала. В нашем подробном руководстве мы расскажем обо всем, что вам нужно знать, включая основы и этапы проектирования печатных плат, материалы и состав, передовые методы и многое другое, чтобы вы были готовы разработать наилучшую печатную плату.

Основы проектирования печатных плат

Пошаговое руководство по проектированию печатных плат

Передовой опыт проектирования печатных плат

Состав и материалы печатных плат

Возможности компоновки печатных плат

шаблон проводящего материала и компонентов, а некоторые проекты могут быть довольно сложными. Но все печатные платы должны с чего-то начинаться — и это с дизайна.

Почему так важны основы проектирования печатных плат? Многочисленные обширные изменения могут серьезно задержать завершение вашего проекта, что будет стоить вам времени и денег. Важно с самого начала работать с инженерами-экспертами, чтобы вы могли проектировать с учетом технологичности и гарантировать получение конечного экономически эффективного продукта, который работает эффективно и результативно.

От начальных чертежей до окончательных файлов, вот 9 шагов к проектированию печатной платы:

1. Понимание электрических параметров.

Перед началом проектирования печатной платы вы должны знать и понимать электрические параметры системы, включая:

  • Максимальный ток
  • Напряжение
  • Типы сигналов
  • Ограничение емкости
  • Характеристики импеданса
  • Вопросы экранирования
  • Тип и расположение компонентов схемы и разъемов
  • Подробный перечень сетевых проводов и схема

2. Создание схемы.

Одним из первых шагов всегда является создание схемы, которая относится к проектированию на электрическом уровне назначения и функции платы. На данный момент это еще не механическое представление.

3. Используйте инструмент ввода схем для создания топологии печатной платы.

Подходящий поставщик печатных плат будет работать с ведущими инженерами над разработкой схемы с помощью программной платформы, такой как Mentor PADS®, Allegro или Altium, которая точно покажет вам, как будет работать ваша плата и где будут размещены компоненты. После того, как вы создадите схему, инженер-механик загрузит проект и определит, как он будет соответствовать предполагаемому устройству.

4. Спроектируйте стек печатной платы.

Это важно учитывать на ранней стадии проектирования печатной платы из-за импеданса, который относится к тому, сколько и как быстро электричество может проходить по трассе. Стек играет роль в том, как инженер-механик может спроектировать и разместить печатную плату в устройстве.

5. Определите правила и требования проектирования.

Этот шаг во многом продиктован стандартами и критериями приемлемости IPC, отраслевой ассоциации по производству печатных плат и электроники. Эти стандарты сообщают вам все, что вам нужно знать о производстве печатных плат. Важный совет: найдите поставщика компоновки печатных плат, хорошо знакомого со стандартами IPC; это может помочь вам избежать серьезных изменений и задержек проекта.

6. Разместите компоненты.

Во многих случаях заказчик и поставщик печатных плат обсуждают рекомендации по проектированию и компоновке, когда речь идет о размещении компонентов. Например, могут быть стандарты, указывающие на то, что некоторые компоненты нельзя размещать рядом с другими, поскольку они создают электрические помехи в цепи. У поставщика печатных плат будут спецификации на каждый компонент (в большинстве случаев это разъемы), которые затем будут помещены в механическую схему и отправлены заказчику на утверждение.

7. Просверлите отверстия.

Этот шаг управляется компонентами и соединением. Около половины гибких схем на рынке являются двусторонними, что означает, что они имеют соединение с просверленным отверстием на нижнем слое.

8. Проложите дорожки.

После того, как вы разместили компоненты и просверлили отверстия, вы готовы к трассировке трасс, что означает соединение сегментов пути.

9. Добавьте метки и идентификаторы.

Пришло время добавить в макет любые метки, идентификаторы, маркировку или позиционные обозначения. Ссылочные обозначения помогают показать, где на плате будут располагаться определенные компоненты.

10. Создание файлов дизайна/макета.

Это последний шаг в процессе компоновки. Эти файлы содержат всю информацию, относящуюся к вашей печатной плате, и после их создания ваша печатная плата готова к изготовлению, изготовлению и сборке.

В начале любой работы по проектированию печатных плат важно общаться с инженером по печатным платам или гибким приложениям и обсуждать все, что вам нужно или требуется для вашего проекта. Открытая и постоянная связь с вашим поставщиком печатных плат гарантирует, что вы оба находитесь на одной странице, что может уменьшить потребность в многочисленных обширных ревизиях.

Несмотря на то, что печатная плата редко бывает на 100% идеально спроектирована с первой попытки, общение поможет гарантировать, что ваша печатная плата с самого начала спроектирована правильно и что любые изменения не будут серьезными, которые сорвут ваш проект и сроки.

Когда вы отправляете проект, вам также необходимо указать правильный размер платы, ширину дорожек, материалы, размещение компонентов и допуски. Кроме того, в случае гибкости вам необходимо определить, является ли дизайн статическим, частично гибким или динамическим.

Также важно учитывать среду, в которой должен функционировать продукт. Предназначена ли печатная плата или гибкая схема для неэкстремальных условий, таких как ваш мобильный телефон, или для самых экстремальных условий, таких как взрыв?

Скорее всего, у вас возникнут вопросы о процессе проектирования и компоновки печатных плат, а это означает, что лучше всего найти надежного поставщика печатных плат с большим опытом проектирования, который сможет ответить на ваши вопросы и обеспечить бесперебойную работу проекта от начала до конца.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.