Ratschläge für den Übergang vom Rattennest zur gerouteten Leiterplatte

Eine Ressource, auf die ich häufig verweise, ist das PCB-Design-Tutorial von David Jones .

Viele gute Informationen zu Komponentenplatzierung, Routing, Toleranzen, Schichten usw.

Nur um zu wiederholen, was andere gesagt haben, und D. Jones sagt auch, alles beginnt mit der Komponentenplatzierung. Seien Sie bereit, Teile zu zerreißen, Komponenten zu verschieben, neu zu beginnen usw. ... Werden Sie nicht faul oder stur und versuchen Sie nicht, diesen runden Stift in ein quadratisches Loch zu zwingen. Wenn das Routing schwierig wird, gibt es wahrscheinlich eine Möglichkeit, Teile zu verschieben oder zu drehen, sodass es plötzlich einfacher wird.

Ich beginne gerne damit, meinen Schaltplan vor mich zu legen. Im Allgemeinen möchten Sie, dass Ihre Teile so angeordnet sind, dass die Spuren nicht weiter gehen müssen, als sie müssen.

Wenn Leute Schaltpläne erstellen, versuchen sie normalerweise, ihre Schaltpläne "hübsch" zu machen. Das Layout Ihrer Platine auf die gleiche Weise wie Ihr Schaltplan ist normalerweise ein sehr guter Anfang. Aber bevor Sie das tun, schauen Sie sich alles an, mit dem Sie tatsächlich interagieren müssen, USB-Anschlüsse, Programmieranschlüsse, Tasten usw., und platzieren Sie sie dort, wo sie für das Endprodukt am besten geeignet sind.

Sobald Sie Ihre Teile ausgelegt haben, beginnen Sie mit dem Verlegen der wichtigsten Leiterbahnen. Diese Spuren enthalten Hochgeschwindigkeitsdaten und Sie möchten, dass sie nicht auf verschiedene Seiten des Bretts springen.

Nachdem Sie diese Spuren angelegt haben, verlegen Sie Ihre Stromspuren. An diesem Punkt sollten Sie in der Lage sein, herauszufinden, wie Sie alles Verbleibende am besten leiten können.

Normalerweise brauche ich 3 oder 4 Iterationen, um ein Board zu entwerfen, bevor ich mit dem, was ich gemacht habe, zufrieden bin. Jedes Mal, wenn ich es tue, lerne ich bestimmte Möglichkeiten, wie Spuren geroutet werden müssen, um das Routing zu vereinfachen.

Als letzte Anmerkung, wenn Sie die Möglichkeit dazu haben, seien Sie bereit, zu ändern, welche Pins mit einem Peripheriegerät verbunden sind. Wenn Sie beispielsweise eine LED an einen Mikrocontroller angeschlossen haben, sollten Sie versuchen, einen Pin zu verwenden, der am nächsten an der Stelle liegt, an der Sie die LED auf der Platine platzieren möchten. Oft hat man diese Freiheit nicht, aber es ist etwas, was man versuchen sollte, wenn man kann.

Platzieren Sie die Komponenten nach Belieben, so dass Ihr Layout aus Usability-Gesichtspunkten "sinnvoll" ist. Sorgen Sie dafür, dass polarisierte Komponenten immer dieselbe Orientierung haben. Platzieren Sie Anschlüsse am Umfang Ihrer Platine, sorgen Sie dafür, dass IC-Chips eine einheitliche Ausrichtung haben.

Lassen Sie dann den Autorouter zaubern und den DRC so einstellen, dass er anfänglich große Leiterbahnbreiten verwendet (ich fange gerne mit etwa 20 mil an). Wenn es nicht zu 100 % geroutet wird, geben Sie „ripup;“ ein. in der Befehlszeile, um Sie zurück zu einem Rattennest zu bringen und den DRC so zu ändern, dass die Leiterbahnbreiten schrittweise verringert werden, bis der Autorouter zufrieden ist.

Ich weiß, dass viele "eingefleischte" Leute "Probleme" mit dem Autorouter haben, aber ich denke zufällig, dass er einen ziemlich guten Job macht. Sofern Sie nicht wirklich digitale E/A mit hoher Bandbreite oder vielleicht HF-Design betreiben, wird der Pfad, den das Signal nimmt, für Sie selten Anlass zur Sorge geben. Ich wäre jedoch ein wenig vorsichtig, Dinge wie Kristalle in die Nähe der IC-Chip-Pins zu legen, die sie verwenden, falls Sie welche haben.

Ich werde hier nur einige Tipps in keiner bestimmten Reihenfolge auflisten:

• Bestimmen Sie zuerst Ihre Kraft-/Bodenstrategie. Verwenden Sie nach Möglichkeit eine Strom- und Masseebene. Wenn Sie an einer 2-seitigen Platine kleben, verwenden Sie eine Grundierung auf der Unterseite und denken Sie daran, verwaistes Kupfer zu entfernen. Ihr Ziel ist es, immer den kürzesten Weg zum Boden zu haben. Höherfrequente Signale folgen dem Pfad mit der niedrigsten Induktivität zur Erde, nicht dem niedrigsten Widerstand. Möglicherweise müssen Sie zusätzliche Entkopplungskondensatoren hinzufügen.

• Machen Sie Ihr Layout auf einem Raster, machen Sie die Rastergröße zu einem Vielfachen Ihrer kleinsten Leiterbahngröße. Machen Sie größere Spuren zu einem Vielfachen Ihres Rasters.

• Platzieren Sie Komponenten mit besonderem Augenmerk auf Hochfrequenzsignale oder Busse mit hoher Kapazität, bei denen Sie Übertragungsleitungseffekte berücksichtigen müssen. Einige Beispiele: I2C-Bus, der mit vielen Chips (3-4+) verbunden ist, auch wenn es sich um einen langsamen Bus handelt. SPI-Busse mit 1 MHz oder mehr, insbesondere I2S-Busse, Taktverteilung, Quarzoszillatoren, USB, Ethernet, Speicherbusse usw.

• Autorouter sind scheiße. Sie sind nützlich, wenn Sie 25 GPIO-Signale haben, die nur eine Ein-Aus-Steuerung sind, und es Ihnen wirklich egal ist, wohin sie gehen, selbst dann werden Sie sich wahrscheinlich am Kopf kratzen, wenn Sie sich ansehen, was es getan hat. Lassen Sie es niemals Strom- oder Signalleitungen verlegen. Ich habe Altiums, Orcads und Eagles verwendet, sie sind alle ziemlich schlecht.

• Verwenden Sie niemals eine geteilte Masseebene, es sei denn, Sie wissen wirklich, was Sie tun, selbst wenn das ADC / DAC-Datenblatt besagt, dass Sie separate analoge und digitale Masse benötigen. Achten Sie auf die Erdungsrückpfade, aber teilen Sie das Flugzeug nicht.

• Wenn Sie aufgrund von Bereichen mit mehreren Versorgungsspannungen eine geteilte Stromversorgungsebene verwenden müssen: Keine Signalbahn kann die Teilung auf einer benachbarten Ebene überqueren. Es spielt keine Rolle, was die Spur ist oder was sie tut, überqueren Sie diese Trennung nicht. Setzen Sie Sperren auf die betroffenen Ebenen, um dies zu erzwingen.

• Beim Platzieren von Komponenten kann es hilfreich sein, zuerst die Komponente und ihre eng verbundenen Schaltkreise zu entwerfen und sie dann als Gruppe auf die Platine zu verschieben. Beispielsweise ist bei einem Schaltnetzteil der IC selbst oft sehr klein, aber Sie müssen auch das Layout der externen Hilfsschaltungen berücksichtigen, die oft sehr eng zusammen mit kontrollierten Strompfaden gehalten werden müssen. Legen Sie also zuerst das gesamte Stück der Schaltung außerhalb der Platinenabmessungen an, damit Sie eine gute Vorstellung davon haben, wie viel Platz es tatsächlich benötigt. Machen Sie dasselbe für alle ICs, da selbst Entkopplungskappen mehr Platz einnehmen können, als Sie denken.

Ich werde nicht auf die großen Details eingehen, die alle anderen haben. Sie haben großartige Arbeit geleistet, um eine Methode zu diskutieren.

Ich möchte Sie auf eine von Intel erstellte App-Notiz verlinken, die mir zu Beginn geholfen hat, meinen Verstand dazu zu bringen, zuerst über die Dinge nachzudenken, die er sollte. Wenn Sie andere Quellen möchten, kommentieren Sie einfach und ich kann Ihnen zeigen, wo ich von da an gegangen bin, um meine Technik wirklich zu verbessern. Dies kann Ihnen jedoch zeigen, wie Sie die Qualität einer 4-Lagen-Platine mit einer Erdungs- und einer Leistungsebene von einer gut gestalteten 2-Lagen-Platine erhalten.

Ich bin kein Experte, aber das ist der Ansatz, dem ich folge und der funktioniert ...

1. Verlegung der wichtigsten Gleise zuerst beginnend mit Strom- und Masseschienen

2. Führen Sie den Boden nach Möglichkeit um die Kante des Bretts herum (aber nicht so nah, dass er die Kante berührt)

3. Der nächste Schritt besteht darin, die Schaltung in funktionale Bausteine ​​zu unterteilen

4. Ordnen Sie die Blöcke so an, dass die Verbindungen zwischen ihnen so einfach wie möglich sind.

5. Ich würde dann Auto-Routing verwenden, um das Layout zu überprüfen - Auto-Routing sollte nach ein paar Sekunden erfolgreich sein (sagen wir weniger als 60, obwohl dies offensichtlich von der Komplexität Ihrer Schaltung abhängt), wenn Sie Ihre Platzierung gut haben (bitte beachten Sie, dass ich protel verwende 99se, ich bin mit Eagle nicht vertraut, daher kann die Zeit für das automatische Routing variieren.)

6. Machen Sie dann das automatische Routing rückgängig ... und das manuelle Routing ... zuerst die Spuren innerhalb der Funktionsblöcke und dann die Verbindungen zwischen den Blöcken.

Ein altes Sprichwort besagt, dass Design zu 90 % aus Platzierung und 10 % Routing besteht. Nehmen Sie sich Zeit, um die richtige Platzierung zu finden, und der Rest ergibt sich von selbst.

Eine nützliche Strategie beim Verlegen einer Platine besteht darin, zuerst die größeren Komponenten und dann die Anschlüsse und dann die kleineren Komponenten wie Rs und Cs zu platzieren. Die Platzierung der Komponenten ist sehr wichtig. Beginnen Sie beim Routing mit den kritischen Netzen wie Strom, Masse und eventuellen Uhren. Beginnen Sie dann mit dem Verlegen der kürzesten Netze und lassen Sie die längsten übrig.

Außerdem finden Sie im Datenblatt von ICs, die einige externe Peripheriekomponenten erfordern, häufig Platzierungs- und Routing-Richtlinien. Ich glaube, es wurde noch nicht erwähnt. Und aus meiner Erfahrung würde ich nicht vorschlagen, den Autorouter zu verwenden. Es wurde gesagt, dass es gut für Anfänger ist, aber meiner Meinung nach ist das Gegenteil der Fall. Es gibt so viele „Best Practices“, von denen die meisten Autorouter keine Kenntnis haben.

Da ich zum ersten Mal mit der EMV-Zulassung einer Leiterplatte konfrontiert war, weiß ich, wie wichtig die Aufmerksamkeit für Details ist und wie die meisten Autorouter diese Details durcheinander bringen würden.