Technologie

Nejčastější chyby při návrhu PCB: schématem drama rozhodně nekončí

Základem každého návrhu PCB je správně provedené schéma zapojení. V minulém článku jsme sepsali tipy, jak jej správně vytvořit a na co si dát pozor. Schématem ale práce zdaleka nekončí. Poradíme vám, jak navrhnout funkční plošný spoj – napoprvé a bez chyb.

Chyby při tvorbě footprintů, knihovny

Návrh každého plošného spoje začíná už při tvorbě prvků (součástek) v knihovně. A právě už v této úvodní fázi se chybuje velmi často. Každý footprint můžeme kreslit od nuly, nebo můžeme použít některý z nástrojů usnadňujících návrh footprintu. Např. prostředí Altium Designer obsahuje funkci PCB Component Wizard, která většinu footprintů včetně 3D modelu vygeneruje automaticky. Vývojář tak nemusí hlídat formální stránku věci (vrstvy, tloušťky čar, technologické záležitosti…). Stačí pouze provést kontrolu součástky.

Na co se při ní zaměřit?  Nejprve zkontrolujte přesné názvy pouzdra (pozor na záměny typu SOIC Narrow s SOIC Wide nebo TSSOP a TQFP). Současně ověřte, že se rozměry shodují s datasheetem. Dávejte pozor i na  správnou rozteč (pitch) součástek. Častým problémem při tvorbě footprintů bez nástrojů typu PCB Component Wizard bývá takzvaný „mirror mistake“. Jde o zrcadlově otočený nebo rotovaný footprint. Každý z nás se jistě setkal s nejednoznačným nebo těžko čitelným popisem v datasheetu. A tak víme, kolik nepříjemností může taková zdánlivě banální chyba přinést. 

Dalším problémem je špatná polarita (natočení pouzdra) součástek. Tyto chyby jsou způsobeny nejednoznačným označením v osazovacím výkresu, nebo přímo chybou ve výrobě (osazení není v souladu s osazovacím výkresem). Jedinou obranou proti této chybě je naznačení polarity tečkou v potisku a v osazovacím výkresu.  Současně je namístě dodat výrobci i 3D pohled nebo dokument ve formátu *.3dpdf. Například u nás v ASN+ všechny tyto soubory s pomocí Altium Designeru generujeme automaticky. Preventivně tak minimalizujeme riziko chyby, které by se mohl výrobce při osazování dopustit.

Rozmístění součástek 

Návrhu desky plošného spoje (DPS) by měla předcházet úvaha o jeho rozložení. Hledejte kompromis mezi mechanickou, elektrickou a termální stránkou věci. Je to jediná cesta, díky které dosáhnete správné funkčnosti plošného spoje. 

Rozměry a tvar PCB, pozice konektorů a montážních děr bývají často předem zadány. V dnešní době se papírové modely pro kontrolu přestávají používat. Lepším řešením je využívání exportu modelů PCBA přímo do programů typu AutoCAD.  Stejně tak je možné naopak importovat mechanické modely do vývojového prostředí pro vývoj PCB. Jakmile získáte tvar DPS a rozmístíte na ni konektory a případně i klíčové integrované obvody, můžete začít s návrhem desky po stránce elektrické. Ta už ale tak jednoduchá není.

Nezapomínejte ani na termální stránku věci. U té je klíčové zajistit, aby se výkonné komponenty dobře chladily. Žádoucí je co nejvíce zlepšit rozvod tepla (vzduch, měď na PCB, chladiče apod.).

Tipy, jak správně vytvořit schéma a na co si dát pozor najdete zde

Image
asn pcb

 

Systémové chyby a EMC

Při navrhování DPS neustále zohledňujte rozložení PCB. Uvažujte o rozmístění použitých komponent dle napájecích napětí (resp. napěťových úrovní signálů) a dodržujte správné izolační vzdálenosti, tj. clearance a creepage. Zde jde často nejen o správnou funkčnost, ale také  o bezpečnost. Postupujte podle obvyklých odborných doporučení. Minimalizujte délky smyček, minimalizujte kmitočtové spektrum, filtrujte napájení a využívejte vhodné blokovací kondenzátory.
Je nezbytné, abyste přemýšleli i o vertikální struktuře plošného spoje. Stack-up udává přesný popis všech vrstev plošného spoje včetně použitých prokovů. Stack-up samozřejmě ovlivňuje například impedanci diferenciálních párů. Pokud je to možné, vždy vycházejte z nabídky výrobce PCB, parametry použitého vedení pak sami (nebo s pomocí vývojového prostředí) dopočítejte.

Design rules, vývojové prostředí 

Nezapomínejte na silkscreen (např. názvy signálů na konektorech). Nastavte si „release procedure“, v maximální možné míře využívejte „design rules“ a s tím související automatickou kontrolu (DRC neboli Design Rule Check). Generujte celé balíky výrobních dat automaticky na jeden klik.

Stále na sobě pracujte a zdokonalujte se.  Dobrá volba vývojového prostředí a jeho perfektní znalost je nezbytnou součástí efektivního a kvalitního návrhu PCB.


Inspirujte se. Používejte vývojové kity a open-source projekty

Chcete se v navrhování PCB posunout o krok vpřed? Sledujte práci ostatních, návrhy analyzujte a kriticky hodnoťte. Na závěr jsme pro vás vybrali několik užitečných odkazů, odkazy, ze kterých si můžete stáhnout zajímavé projekty v Altium Designeru.  Řadíte se mezi začátečníky? Pak se z návrhů určitě něčemu přiučíte. Považujete-li se za pokročilé v navrhování PCB, alespoň si uděláte obrázek o tom, jak projekty vytváří jinde.

Projekty v Altium Designeru najdete ke stažení na:

https://developer.toradex.com/carrier-board-design/reference-designs

https://www.imx6rex.com/

https://project.turris.cz/en/hardware-documentation

 

Care to know more on the subject?
Connect with our specialists
Pavel Schiller
CEO