Habe ich zu viel auf diesem PCB-Layout platziert?

Ich gehe davon aus, dass Sie den Autorouter verwenden, weil Sie denken, dass er Ihnen Zeit spart. Aber ich habe eine schlechte Nachricht: Es wird gesagt, dass das PCB-Layout zu 80 % aus Komponentenplatzierung und zu 20 % aus Routing besteht. Sie können Komponenten nicht einfach aufschlagen, Sie müssen darüber nachdenken, wie die Signale verbunden sind, und wenn Sie die Komponenten richtig platzieren, "fließt" das Layout von dieser Platzierung aus. Wenn Sie also eine gute Platzierung haben, haben Sie Ihr Routing sofort und können es genauso gut selbst machen (oder zumindest große Teile davon), während Sie dieses Layout erstellen.

Autorouter sind ein Schmerz. Ich habe noch nie Leute gesehen, die sie sehr erfolgreich verwendet haben – besonders die eingebauten, wie Sie sie in Altium finden (obwohl sie kürzlich ein neues Tool gezeigt haben, das könnte also helfen?). Darüber hinaus ist die Platzierung der Komponenten von entscheidender Bedeutung.

Ein Problem bei jeder automatischen Layout- oder Schaltungssynthese besteht darin, dass das Programm nur das tut, was Sie ihm sagen - und wenn Sie ihm nicht alles sagen, macht es dumme Sachen. Ihre Regeln müssen perfekt sein . Ihre Einschränkungen müssen vollständig sein . Jede Anforderung, die Sie haben, muss in Form von Regeln und Richtlinien festgehalten werden. Oft ist Ihnen nicht klar, wie viel Sie implizit wissen / benötigen - Führen Sie die Stromsignale nicht vollständig um die Platine herum - Die Verbindung zwischen dem Entkopplungskondensator und dem Versorgungsstift des Chips muss so kurz wie möglich sein und darf nicht gehen schlängelt sich um ein paar analoge Schaltungen - die Liste geht weiter.

Ihre Platzierung scheint schlampig zu sein – nehmen Sie dieses Beispiel:

Wenn Sie R17 umdrehen würden, müsste die Spur, die von R17 nach R18 geht, nicht die Spur kreuzen, die von R17 nach D1 geht. R19 scheint parallel zu C12 zu sein - vielleicht können Sie das Layout vereinfachen, indem Sie sie physisch parallel zueinander setzen. Das Verschieben von R19 über oder unter C12 würde es auch einfacher machen, C18 gut zu routen. C17 scheint auch um 180 Grad gedreht werden zu können, sodass keine sich kreuzenden Spuren erforderlich sind. Wenn Sie D1 um 90 Grad im Uhrzeigersinn drehen, kann es einfacher sein, diese Leiterbahn vom "mittleren" Stift zu R17 zu führen. Und Sie haben eine Menge ungenutzten Platz unter diesen Komponenten, warum nutzen Sie ihn nicht und verschieben die gesamte Baugruppe ein wenig nach unten? Erinnerst du dich an das, was ich über 80 % Platzierung, 20 % tatsächliches Routing gesagt habe?

Außerdem scheint Ihr Autorouter gerade aufgegeben zu haben. Nehmen Sie zum Beispiel:

Es gibt viel Platz, um diese Spuren auseinander zu bewegen. Dies sollte kein Problem sein, und jeder kann sehen, dass Sie nur die linke Spur einen Bruchteil nach links verschieben müssen, und der Fehler wäre behoben.

Im Gegensatz zu dem, was andere gesagt haben, ist die Verwendung des Autorouters nicht das Problem. Sie haben Recht damit, dass Sie nicht einfach ein ganzes Design auf den Autorouter werfen und erwarten können, dass er alles für Sie löst. Bei richtiger Verwendung sind Auto-Router jedoch legitime und zeitsparende Tools. Hören Sie nicht auf die Knie-Ruckler, die sagen, dass Sie den Autorouter nicht verwenden sollen.

Ihr Problem ist, dass Sie versucht haben, viel zu viel Zeug auf ein 2-Lagen-Board zu stopfen. Es ist völlig unrealistisch, zu erwarten, dass so viele Pins so eng beieinander in 2 Schichten verlegt werden.

Das andere Problem ist, dass Sie das Layout nicht sorgfältig genug berücksichtigt haben. Dies ist schwieriger zu beurteilen, wenn Sie sich Ihre Bilder ansehen, aber es scheint ziemlich wahrscheinlich.

Zum einen ist um den dichten Chip herum sehr wenig Platz. Selbst bei mehreren Schichten wird es um diesen Chip herum zu Staus kommen. Manchmal verlege ich sogar Leiterbahnen von Hand weg von einem dichten Chip, um sie ein wenig zu erweitern, und schaue dann, wie der Autorouter damit umgehen kann.

Die erste Regel für gutes Routing ist jedoch ein gutes Layout . Man kann die Teile nicht einfach irgendwo hinstellen und sie dann später im Routing irgendwie verbinden. Gutes Layout ist etwas, das Sie lernen und etwas Intuition entwickeln werden, wenn Sie mehr Designs erstellen. Bei den ersten Entwürfen hilft es, sich viel Platz zu lassen. Das hast du nicht.

Große Teile sind oft flexibel in ihrer Pinbelegung. Dies gilt normalerweise für Mikrocontroller und FPGAs. In einigen Fällen habe ich tatsächlich ein Pinbelegungsbild eines großen Teils ausgedruckt. Ich machte dann Notizen um ihn herum, die der groben Platzierung der Dinge entsprachen, mit denen er sich auf dem Brett verbinden musste. Ich habe alle festen Pins wie Strom, Masse, MCLR usw. durchgestrichen. Dann habe ich die weichen Pins sorgfältig zugewiesen, basierend auf der Nähe zu dem Ding, mit dem sie verbunden werden mussten.

Dies kann ein iterativer Prozess sein. Möglicherweise kommen Sie halb um das Teil herum und stellen fest, dass Sie in einer Richtung eine Stecknadel zu kurz sind. Dies kann eine Neuzuweisung von Stiften auf der anderen Seite des Teils erfordern, um Dinge zu verschieben.

Bei großen Teilen wie Mikrocontrollern platziere ich sie in einem großen leeren Bereich und platziere dann nur die unmittelbar verbundenen Teile darum herum. Dazu gehören die Bypass-Kappen und der Kristall mit seinen Kappen, falls vorhanden. Anschließend orientieren und bewegen Sie diese ganze Gruppe von Teilen zusammen als Einheit.

Es ist völlig normal, einige Teile nur an groben Positionen zu platzieren und dann zurückzukommen und sie effizienter zu verpacken, wenn mehr Teile platziert werden. Auch hier ist der gesamte Prozess iterativ. Nachdem Sie etwas Erfahrung und Intuition gesammelt haben, werden diese Schritte schneller gehen. Erwarten Sie, dass die ersten paar Designs, besonders dichte, eine Weile dauern werden.

Sobald Sie ein vernünftiges Layout mit Luftdrähten haben, die sich nicht überall kreuzen, führen Sie ein wenig manuelles Routing wichtiger Signale durch. Normalerweise mache ich zuerst alle Bypass-Kappen, die sich natürlich bereits in der Nähe der Strom- und Erdungsstifte befinden sollten, die sie umgehen. Wenn Sie eine Masseebene haben, besteht der nächste Schritt darin, die meisten Massepunkte mit Durchkontaktierungen mit der Masseebene zu verbinden. Dies hinterlässt nur die Luftdrähte, die tatsächlich routbare Spuren sind.

An diesem Punkt routen Sie je nach Ihrer Erfahrung ein paar Dinge, von denen Sie sehen können, dass sie Probleme sind, oder lassen Sie den Autorouter einfach fliegen.

Sie verwenden den Autorouter jedoch noch nicht, um die endgültige Route zu erstellen, sondern nur um Ihnen die Problemstellen zu zeigen. Gutes Auto-Routing ist auch ein iterativer Prozess. Sie führen den Auto-Router aus, sehen, wo er in Schwierigkeiten gerät, nehmen einige manuelle Routen und möglicherweise infolgedessen Platzierungsänderungen vor, führen den Auto-Router erneut aus usw. Schließlich konvergieren Sie auf einer abgeschlossenen Route. Der Auto-Router hat Ihnen immer noch viel Zeit gespart, indem er einen Großteil der Routinearbeit für Sie erledigt.

Nachdem Sie eine Lösung gefunden haben, mit der Sie sich einigermaßen wohlfühlen, sehen Sie sich alles genau an und bereinigen manuell offensichtliche Dinge. Wenn Sie zum Beispiel eine Masseebene haben, möchten Sie keine verklumpten Durchkontaktierungen haben. Viele kleine Inseln sind besser als ein paar größere Inseln in der Grundebene.

Hören Sie aber auch hier nicht auf all die religiösen Knie-Ruckler. Fahren Sie fort und verwenden Sie den Auto-Router, aber tun Sie dies sorgfältig und verantwortungsbewusst. Ich beschäftige mich beruflich mit Elektrotechnik und habe den Autorouter in irgendeiner Weise bei wahrscheinlich über 95 % aller von mir entworfenen Platinen verwendet. Je komplizierter das Board, desto mehr ist der Autorouter ein wertvolles Werkzeug, um die Routinearbeit für Sie zu erledigen. Erwarten Sie nur nicht, dass es jemals die ganze Arbeit erledigt. Und Sie müssen mit einer guten Platzierung beginnen.

Der Auto-Router ist keine Zauberei. Und sollte nicht verwendet werden, um Vollpensionen zu machen. Sie müssen die wichtigen Bits zuerst selbst routen. Wie Power-, High-Speed- und Bypass-Caps. Dann können Sie die automatische Route die mühsamen Dinge erledigen lassen.
Designregeln müssen fehlerfrei eingerichtet werden, damit der Autorouter richtig funktioniert.

Jetzt sieht es so aus, als hätten Sie die Komponenten zufällig platziert. Sie erhalten viel bessere Ergebnisse, wenn Sie die Komponenten gruppieren oder zumindest auf ein Raster legen. Zum Beispiel,

• U3, das höchstwahrscheinlich ein Spannungsregler ist, wird einige Cs in der Nähe haben. Diese sehen nicht sehr nahe aus.
• U7 und U8 haben höchstwahrscheinlich eine Bypass-Kappe. Wo sind die?
• Auf der rechten Seite befindet sich eine Sammlung von Rs. Wenn diese für ein Widerstandsnetzwerk sind, warum setzen Sie sie nicht in ein quadratisches Gitter? Wenn Sie etwas Platz dazwischen lassen, können Sie sie oft gut von Hand routen.
  Beispiel:
  

Ich würde empfehlen, sich einige professionelle Boards anzusehen (einige Testgeräte abzubauen) oder hochwertige offene Hardware und vielleicht einige PCB-Layout-Videos. Aus dem EEVblog zum Beispiel.

Wenigstens arbeitet man mit einer definierten Platinengröße mit Halterungen, gut! Es ist ein klassischer Anfängerfehler, ein Board ohne Größenbeschränkung zu routen und an das Gehäuse zu denken, wenn das Board bereits fertig ist.

Sie haben einen der größten Fehler gemacht, den ein Neuling machen kann, und das ist, dem Autorouter zu vertrauen, dass er Ihre Arbeit für Sie erledigt. Dies ist ein großes Missverständnis unter Hobbyisten, und das heißt, der Autorouter ist für Anfänger. In Wirklichkeit ist es genau das Gegenteil. Nur erfahrene Benutzer von Altium (und anderen Paketen) können es richtig verwenden, und wenn sie Experten werden, ist es für sie oft sowieso einfacher, von Hand zu routen. Anfänger sollten IMMER von Hand beginnen. VERWENDEN SIE NICHT DEN AUTOROUTER.

Um Ihnen beim Verlegen Ihres Boards zu helfen, schlage ich vor, mit dem Platzieren der kritisch positionierten Teile (hauptsächlich Steckverbinder) zu beginnen. Alles, von dem Sie WISSEN, dass Sie es an einer genauen Stelle positionieren müssen und nicht einmal ein paar Millimeter bewegt werden können. Beginnen Sie dann, die verbleibenden Komponenten in kleine Abschnitte zu gruppieren. Gruppieren Sie beispielsweise alle Komponenten, die direkt mit dem U1-IC verbunden sind oder mit ihm in Verbindung stehen (von der Platine), ordnen Sie es so an, dass die Luftdrähte kurz und gerade sind (nicht kreuzen), und führen Sie sie dann zusammen (von der Platine). ). Tun Sie dies für alle verschiedenen Module (oder zumindest einige auf einmal) und verschieben Sie dann die Module als Gruppen von Komponenten auf die Platine an eine sinnvolle Stelle. Wenn Sie die bereits gerouteten Module auf die Platine verschieben, können Sie die Gruppen so neu positionieren, dass die Luftlinien zwischen ihnen kurz und gerade sind. und Sie wiederholen den Vorgang, um die "Module" zusammenzuleiten, genau wie Sie es mit den Komponenten in jedem Modul gemacht haben. Machen Sie so weiter und am Ende haben Sie ein durchdachtes, sauberes Design mit minimalen Durchkontaktierungen und logischem Signalfluss.

Und um Ihre eigentliche Frage zu beantworten, nein - es gibt nicht zu viel auf diesem Board. Tatsächlich ist das im Vergleich zu einigen, an denen ich gearbeitet habe, ziemlich spärlich. Sie müssen nur bei der Platzierung der Komponenten klug vorgehen, um die Anzahl der benötigten Durchkontaktierungen und die Anzahl der herumlaufenden Leiterbahnen zu minimieren. Wie andere bereits erwähnt haben, verkleinern Sie Ihre Durchkontaktierungen. Ein 0,2-mm-Bohrer ist für die meisten Durchkontaktierungen ausreichend.

Eine ökonomische Perspektive:

Es handelt sich also um ein Hobbyprojekt.

Berücksichtigen Sie in diesem Fall die Anzahl der Stunden, die Sie für Ihr Layout aufwenden, im Vergleich zu den Kosten einer etwas größeren Platine. Einige Hersteller (wie pcbway) berechnen Ihnen sogar dasselbe für eine 80 x 100 mm oder eine 100 x 100 mm große Platine, sodass die Vergrößerung kostenlos sein kann.

Wenn Sie einen Tag lang versuchen, es auf einer kleineren Platine unterzubringen, um 2 US-Dollar an PCB-Kosten zu sparen, entspannen Sie sich einfach! Machen Sie Ihr Board größer. Es spielt keine Rolle, ob es einen ungenutzten Platz gibt. Es muss nicht alles aufgeräumt und eng aussehen...

... das Obige ist jetzt veraltet, da Sie sagten, dass Ihre Gehäuse- und Anschlussplatzierung behoben wurde, daher:

Wenn dies mein Hobbyprojekt wäre, würde ich 4 Schichten verwenden (50 US-Dollar, es lohnt sich, Zeit gegen Geld), um eine gesunde Grundebene zu erhalten und nicht zu viel Zeit damit verbringen zu müssen, über EMI nachzudenken. Ich weiß, es klingt ein bisschen absurd, aber 4 Layer ist heutzutage so billig, dass es im Hobbykontext wirklich Sinn macht, wenn Sie möchten, dass es beim ersten Mal ohne Kopfschmerzen, EMI-Probleme und ohne zu viel Zeitaufwand funktioniert. Es hilft auch auf subtile Weise: Die Wahrscheinlichkeit, dass Sie einen großen Fehler bei Rauschen/EMI machen, ist viel geringer.

Wenn es sich in einer Automobilumgebung befindet, erwarten Sie viel Lärm (wie Zündkerzen ...), sodass Sie wirklich eine vollständige Masseebene wünschen. Vor allem, wenn Sie bei ADC-Messwerten ein geringes Rauschen erzielen möchten. Denken Sie daran, dass GND, dh 0 V, Ihre Referenz ist, sodass dünne Erdungsspuren ziemlich sicher eine hohe Impedanz in GND garantieren, sodass GND je nach darin fließendem Strom überall unterschiedliche Spannungen aufweist, daher sehr verrauschte ADC-Messwerte (falls es überhaupt funktioniert).

In Bezug auf Ihre Frage der Komponentenplatzierung. Die Komponentenplatzierung (wie andere auch gesagt haben) macht 80% des Routings aus. Vorüberlegte richtige Teileplatzierung und alles andere ergibt sich von selbst.

Sobald die Komponenten strategisch platziert sind, werden Sie hier zwei Dinge feststellen. 1) Das Erlernen des Altium-Auto-Routers wird viel mehr Zeit in Anspruch nehmen als nur manuelles Routing. 2) Das Routing passt einfach mit einer Reduzierung der Anzahl der Vias und ohne landschaftlich reizvolle Fahrten (X, Y & Z) mit dem Cu. Spuren/Leiter.

Ganz zu schweigen von der Bereinigung, nachdem der Auto-Router seinen Willen hatte; Ich habe viele seltsame Dinge gesehen, die der Auto-Router tut, und es macht mir wirklich Angst. Ja, ich habe den AR (zur Not) verwendet, aber nur für Single-Ended-Misc-Zeug und dergleichen.

IMHO, nehmen Sie den Altium-Auto-Router zum Nordpol, hacken Sie ein Loch in das Eis und werfen Sie es hinein.