W tym poście chciałbym przytoczyć kilka istotnych zasad jakimi należy się kierować w trakcie wykonywania własnego projektu płytki PCB.
Odpowiednio dobrane elementy
Pierwszą rzeczą jest odpowiednie dobieranie elementów elektronicznych. Należy się upewnić, że dany element jest w takiej obudowie jaką posiadamy, bądź jaka jest do kupienia. Trzeba zwracać uwagę czy elementy na siebie nie nachodzą oraz czy są odpowiednio rozmieszczone i będzie możliwość ich łatwego przylutowania np. nie należy prowadzić ścieżek dla golpinów przewlekanych po stronie ich odbudowy plastikowej. Ponieważ podczas lutowania można bardzo łatwo ją uszkodzić bądź samo przylutowanie nie będzie możliwe i będzie trzeba płytkę przerabiać i wytrawiać ponownie.
Dodatkowo należy pamiętać o wyborze odpowiednich elementów do umiejętności, oraz posiadanego sprzętu. Jeśli ktoś posiada tylko podstawową lutownicę to będzie dosyć problematycznie przylutować elementy bardzo małe bądź w specyficznych obudowach, nie mówiąc nawet o ich wylutowywaniu.
Dodatkowo należy pamiętać o wyborze odpowiednich elementów do umiejętności, oraz posiadanego sprzętu. Jeśli ktoś posiada tylko podstawową lutownicę to będzie dosyć problematycznie przylutować elementy bardzo małe bądź w specyficznych obudowach, nie mówiąc nawet o ich wylutowywaniu.
Rys. 1. Elementy SMD [www.kurtzersa.com]
Tworzenie pełnej dokumentacji projektu
Ten element jest konieczny głównie jeśli będziemy chcieli skorzystać z projektu za jakiś czas bądź go komuś przysłać. Do pełnego projektu można zaliczyć schemat wraz z opisem przynajmniej głównych elementów sekcji, zgromadzenie dokumentacji poszczególnych elementów (to jest akurat mniej konieczne bo dokumentacje w większości można znaleźć na internecie, jednak dobrze jest mieć wszystkie pod ręką), zestawienie wykorzystywanych elementów projekt PCB wraz z bibliotekami elementów. Nie zaszkodzi także trzymać wykonane pliki gerber, bądź odpowiednio przygotowane pliki do wydrukowania schematu na papierze kredowym.
Oddzielanie sekcji
W trakcie projektowania PCB dobrze jest odpowiednio rozmieszczać wszystkie sekcje tzn. zasilania, część cyfrową, analogową itp. Muszą być odpowiednio pogrupowane. Część zasilania musi być także oddalona od wszystkich wrażliwych elementów układu, tak aby nie powodowała zakłóceń.
Prowadzenie ścieżek
Po poprawnym rozmieszczeniu elementów zostało tylko odpowiednie połączenie ich za pomocą ścieżek. Tak naprawdę poprawne umiejscowienie elementów jest kluczem do sukcesu. Dzięki temu będzie można dużo prościej umieszczać połączenia, będzie to robione właściwie mechanicznie.
Jeśli chodzi o samo prowadzenie ścieżek to należy je robić odpowiednio grube, Zależne jest to od rodzaju elementów, oraz metody wytwarzania, Jeśli płytka będzie robiona w domu to należy zastosować grubsze ścieżki np. 12 - 16 mil. W przypadku mniejszych może nie wyjść. Dla PCB oddawanych do firm wytwarzających może to być nawet 6 - 8 mil. Wszystkie szczegóły są podawane przez przedsiębiorstwa.
Muszą być one prowadzone w pewnym odstępie od krawędzi bocznej oraz nie należy ich prowadzić pod kątem prostym. Najlepiej kąt 45 stopni. Tak jak zaprezentowano na rysunku 1.
Rys. 1. Prowadzenie ścieżek [www.elektronics.stackexchange.com]
Jeśli chodzi o kolejność to według mnie najlepiej zacząć od ścieżki zasilania, następnie sygnałowe, na samym końcu ścieżki masy. Masę można wykonać na samym początku poprzez wylanie jej na płytce. Dzięki temu można zredukować liczbę widocznych połączeń, lecz może to być nie wygodne dla projektanta. Najlepiej przetestować samemu.
No i na koniec najlepiej prowadzić ścieżki samodzielnie, chyba ,że ma się do czynienia z dosyć specyficznymi elementami, takimi jak np. para różnicowa. W takim przypadku należałoby zdefiniować odpowiednie reguły w programie i pozwolić wykonać zadanie autoruterowi. Można ją jeszcze zastosować gdy ma się do czynienia z bardzo prostym projektem, bądź bardzo złożonym. Dla obu przypadków należy pamiętać o odpowiednim ustawieniu bądź sprawdzeniu reguł.
Powodem wykonywania większości ścieżek samodzielnie jest to iź w prawie każdym przypadku projektant jest w stanie zrobić to lepiej. Program wykona połączenia dosyć chaotycznie i niedbale.
Ścieżki należy prowadzić pod kątem 45 stopni bądź poprzez stosowanie łuków. Drugi sposób dotyczy zwłaszcza bardzo dużych częstotliwości.
O tym należy pamiętać aby układ działał poprawnie. Kondensator musi być umieszczony blisko nóżek zasilania układu. Nie może on być umieszczany w przypadkowym miejscu, ponieważ wtedy nie spełni on swojej funkcji. Bez odpowiedniej filtracji może się okazać, że cały układ działa nieprawidłowo, bądź całkiem nie działa.
Ten punkt jest ważny głównie ze względów ekonomicznych. Jeśli jesteśmy w stanie to najlepiej wykonać układ na płytce prototypowej bądź stykowej. Jeśli wszystko działa można przechodzić do projektu płytki. Jeśli wykonujemy ją w domu, to większego problemu nie będzie jak nie wyjdzie, to wykona się następną z naniesionymi poprawkami. Sprawa wygląda gorzej jeśli trzebą taką płytkę zamówić, wtedy należy poświęcić czas i możliwie dokładnie zweryfikować projekt. Głównym powodem tutaj jest czas oraz pieniądze. Czas ponieważ na płytkę z firmy należy czekać przeważnie 2-3 tygodnie, pieniądze ponieważ takie płytki są przeważnie dużo droższe niż te co wykonane w domu.
Należy stosować takie elementy jak diody, bezpieczniki bądź inne dostępne. Pozwoli to uchronić główne elementy układu przed uszkodzeniami. Drugim elementem są zabezpieczenia przed wyładowaniami ESD. W takim celu można zastosować szybkie diody wyłączające.
Ścieżki należy prowadzić pod kątem 45 stopni bądź poprzez stosowanie łuków. Drugi sposób dotyczy zwłaszcza bardzo dużych częstotliwości.
Filtrowanie zasilania
O tym należy pamiętać aby układ działał poprawnie. Kondensator musi być umieszczony blisko nóżek zasilania układu. Nie może on być umieszczany w przypadkowym miejscu, ponieważ wtedy nie spełni on swojej funkcji. Bez odpowiedniej filtracji może się okazać, że cały układ działa nieprawidłowo, bądź całkiem nie działa.
Tworzenie prototypu
Ten punkt jest ważny głównie ze względów ekonomicznych. Jeśli jesteśmy w stanie to najlepiej wykonać układ na płytce prototypowej bądź stykowej. Jeśli wszystko działa można przechodzić do projektu płytki. Jeśli wykonujemy ją w domu, to większego problemu nie będzie jak nie wyjdzie, to wykona się następną z naniesionymi poprawkami. Sprawa wygląda gorzej jeśli trzebą taką płytkę zamówić, wtedy należy poświęcić czas i możliwie dokładnie zweryfikować projekt. Głównym powodem tutaj jest czas oraz pieniądze. Czas ponieważ na płytkę z firmy należy czekać przeważnie 2-3 tygodnie, pieniądze ponieważ takie płytki są przeważnie dużo droższe niż te co wykonane w domu.
Stosowanie elementów zabezpieczających
Należy stosować takie elementy jak diody, bezpieczniki bądź inne dostępne. Pozwoli to uchronić główne elementy układu przed uszkodzeniami. Drugim elementem są zabezpieczenia przed wyładowaniami ESD. W takim celu można zastosować szybkie diody wyłączające.
Warstwa masy
Tutaj krótko warstwa masy powinna być zastosowana w celu odizolowania od siebie poszczególnych linii. Zapewni to wyeliminowanie przesłuchów oraz zakłóceń pomiędzy poszczególnymi ścieżkami sygnałowymi.
Taka warstwa nie powinna stanowić pętli. Łączenie powinno odbywać się na zasadzie gwiazdy, gdzie całość łączona jest w jednym punkcie.
Dodatkowo należy pamiętać aby całość masy była ze sobą połączona. Nie należy zostawiać żadnego pola masy odseparowanego całkowicie od reszty.
