Wprowadzenie

Witamy w tym kompleksowym samouczku projektowania płytek PCB w Altium Designer. Ten przewodnik zawiera kompletne instrukcje krok po kroku, jak przekształcić gotowy projekt schematyczny w profesjonalną, gotową do produkcji płytkę drukowaną. Niezależnie od tego, czy projektujesz swoją pierwszą płytkę PCB, czy doskonalisz swoje umiejętności, ten samouczek obejmuje każdy niezbędny etap, wraz z praktycznymi przykładami.

Altium Designer to branżowy standard oprogramowania do projektowania PCB, z którego korzystają tysiące inżynierów i firm na całym świecie. Jego zaawansowane funkcje ułatwiają efektywne projektowanie, od prostych płytek dwuwarstwowych po złożone systemy wielowarstwowe. Ten samouczek koncentruje się na praktycznym podejściu, wykorzystując rzeczywisty projekt regulatora napięcia, zapewniając zrozumienie zarówno procedur, jak i uzasadnienia każdej decyzji.

Czego się nauczysz

Po ukończeniu tego samouczka opanujesz:

• Kompletny proces projektowania PCB od schematu do plików produkcyjnych
• Importowanie schematów do edytora PCB za pomocą Engineering Change Orders (ECO)
• Strategiczne rozmieszczenie komponentów zapewniające optymalne prowadzenie i integralność sygnału
• Konfiguracja zasad projektowania w celu zapewnienia możliwości produkcji
• Techniki trasowania ręcznego i interaktywnego
• Tworzenie płaszczyzny uziemienia i zarządzanie wylewaniem miedzi
• Weryfikacja i rozwiązywanie naruszeń zasad projektowania (DRC)
• Wizualizacja 3D i przygotowanie ostatecznego pliku produkcyjnego

Wymagania wstępne

Przed rozpoczęciem tego samouczka upewnij się, że masz:

• Zainstalowano Altium Designer (zalecana wersja 20 lub nowsza)
• Podstawowa znajomość schematów elektronicznych i symboli komponentów
• Ukończony projekt schematyczny gotowy do montażu na płytce PCB
• Znajomość interfejsu Altium Designer (przydatna, ale nie wymagana)
• Specyfikacje projektu producenta PCB (szerokość ścieżki, prześwit, rozmiary przelotek)

Przykładowy przegląd projektu

W tym samouczku wykorzystano praktyczny przykład: prosty, ale kompletny układ regulatora napięcia LM7805. Projekt demonstruje wszystkie podstawowe koncepcje układu PCB, pozostając przystępnym dla początkujących. Układ przetwarza wyższe napięcie stałe (7-35 V) na stabilne napięcie wyjściowe 5 V, co jest powszechnym wymogiem w wielu projektach elektronicznych. Opracowano również przewodnik krok po kroku, jak korzystać z oprogramowania Altium Designer i jak je obsługiwać. Omówiono różne funkcje i cechy.

Specyfikacja projektu:

• Układ: liniowy regulator napięcia LM7805 z filtracją wejścia/wyjścia
• Elementy: około 10-15 części, w tym układy scalone, kondensatory, rezystory, diody LED
• Rozmiar płytki: 50 mm × 40 mm (kompaktowa konstrukcja odpowiednia do prototypowania)
• Liczba warstw: konstrukcja dwuwarstwowa (górna i dolna warstwa miedzi)
• Poziom trudności: Przyjazny dla początkujących, z jednoczesnym prezentowaniem profesjonalnych technik

Tworzenie nowego dokumentu PCB

Pierwszym krokiem w projektowaniu PCB jest utworzenie nowego dokumentu PCB w istniejącym projekcie Altium Designer. Ten dokument PCB zostanie powiązany ze schematem, co umożliwi automatyczną synchronizację komponentów i połączeń poprzez system Engineering Change Order. Nowy projekt można utworzyć w Altium Designer za pomocą okna dialogowego Utwórz projekt (Plik » Nowy » Projekt).

Dodawanie PCB do istniejącego projektu

W panelu Projekty (zazwyczaj znajdującym się po lewej stronie interfejsu Altium) zobaczysz strukturę projektu, w tym plik schematu. Aby dodać nowy dokument PCB, kliknij prawym przyciskiem myszy nazwę projektu u góry panelu. Z wyświetlonego menu kontekstowego przejdź do opcji „Dodaj nowy do projektu” i wybierz „PCB”. Altium utworzy pusty dokument płytki drukowanej i doda go do struktury projektu.

Natychmiast zapisz nowy plik PCB pod nazwą opisową, która pasuje do Twojego projektu. Na przykład, jeśli Twój projekt to „Regulator_napięcia”, nazwij plik PCB „Regulator_napięcia_PCB.PcbDoc”. Zapisz go w tym samym katalogu co schemat, aby zachować porządek w plikach projektu. Taka konwencja nazewnictwa pomaga zachować przejrzystość podczas zarządzania wieloma plikami projektu.

Zrozumienie interfejsu edytora PCB

Po uruchomieniu edytora PCB zobaczysz czarny obszar roboczy (domyślny kolor tła, konfigurowalny w preferencjach). Interfejs składa się z kilku kluczowych elementów: głównego obszaru roboczego pośrodku, w którym projektujesz PCB, panelu Projekty po lewej stronie, pokazującego strukturę projektu, panelu PCB (zazwyczaj po prawej stronie) zapewniającego szybki dostęp do warstw i obiektów, panelu Właściwości do przeglądania i edycji właściwości obiektów oraz panelu Komunikaty na dole, wyświetlającego ostrzeżenia i błędy.

Pasek narzędzi u góry zawiera często używane polecenia do rozmieszczania, trasowania i przeglądania. Zapoznaj się z zakładkami warstw u dołu obszaru roboczego. Umożliwiają one szybkie przełączanie między warstwami miedzi, sitodruku, maski lutowniczej i innymi warstwami płytek drukowanych. Pasek stanu na samym dole wyświetla współrzędne kursora i aktualnie aktywną warstwę – kluczowe informacje podczas pracy nad układem.

Importowanie schematu do układu PCB

System Engineering Change Order (ECO) w Altium Designer zapewnia precyzyjną synchronizację między schematem a płytką PCB. Proces ten konwertuje wszystkie komponenty, połączenia (sieci), zasady projektowania i inne informacje ze schematu do środowiska PCB, zachowując integralność projektu przez cały cykl życia.

Projekt → Importuj zmiany ze schematu

Po aktywowaniu dokumentu PCB (kliknij jego zakładkę, jeśli otwartych jest wiele dokumentów), przejdź do menu Projektowanie na górnym pasku menu. Wybierz „Importuj zmiany z [NazwaTwojegoProjektu].PrjPcb”. Nazwa projektu będzie zgodna z nazwą Twojego projektu. Ta czynność inicjuje proces ECO, porównując schemat z aktualnym stanem PCB i identyfikując, co należy dodać, usunąć lub zmodyfikować.

Pojawi się okno dialogowe „Zlecenie zmian inżynieryjnych”, zawierające pełną listę wszystkich zmian, które zostaną zastosowane na płytce PCB. To kluczowy etap przeglądu – poświęć chwilę na zrozumienie tego, co Altium zidentyfikowało, zanim przejdziesz do realizacji.

Przeglądanie zlecenia zmian inżynieryjnych (ECO)

Okno dialogowe ECO wyświetla zmiany w uporządkowany sposób. Sekcja „Dodaj komponent” zawiera listę wszystkich komponentów ze schematu, które zostaną dodane do płytki PCB – sprawdź, czy wszystkie wymagane elementy są obecne (układy scalone, rezystory, kondensatory, złącza itp.). Sprawdź oznaczenia komponentów (U1, R1, C1 itp.), aby upewnić się, że niczego nie brakuje.

Sekcja „Dodaj sieć” zawiera wszystkie połączenia elektryczne ze schematu. Każda nazwa sieci odpowiada połączeniu w obwodzie (VCC, GND, nazwy sygnałów itp.). Ostrzeżenia są wyświetlane na żółto – zazwyczaj wskazują one na drobne problemy, takie jak niepodłączone piny. Błędy są wyświetlane na czerwono i muszą zostać rozwiązane przed kontynuacją. Typowe ostrzeżenia obejmują niepodłączone piny zasilania w układach scalonych, co może być celowe w projekcie.

Przed wprowadzeniem zmian kliknij przycisk „Sprawdź zmiany” u dołu okna dialogowego. Spowoduje to ostateczne sprawdzenie pod kątem ewentualnych problemów, które mogłyby uniemożliwić pomyślny import. Zielone znaczniki wyboru oznaczają, że walidacja przebiegła pomyślnie. W przypadku wystąpienia błędów wróć do schematu, aby je poprawić, a następnie ponownie uruchom proces importu.

Wprowadzanie zmian

Po pomyślnym przejściu walidacji kliknij przycisk „Wykonaj zmiany”. Altium przetworzy każdą zmianę, dodając komponenty i sieci do płytki PCB. Po zakończeniu importu zobaczysz wskaźniki postępu. Po zakończeniu wszystkie komponenty ze schematu pojawią się w obszarze roboczym PCB, początkowo ułożone razem w prostokątnym obrysie zwanym „Pomieszczeniem”.

Widoczne stają się tzw. „ratsnest”, czyli cienkie białe lub szare linie łączące pady komponentów, reprezentujące połączenia elektryczne ze schematu. Linie te wskazują, które pady należy połączyć ścieżkami miedzianymi podczas trasowania. „ratsnest” służy jako wizualny przewodnik w całym procesie układania, znikając po zakończeniu każdego połączenia.

Kształt i konfiguracja płyty

Zdefiniowanie fizycznego obrysu płytki i skonfigurowanie podstawowych parametrów płytki stanowi podstawę projektu PCB. Kształt płytki określa fizyczne granice, w których muszą zmieścić się wszystkie komponenty i ścieżki, a właściwości płytki wpływają na wykonalność produkcji i parametry elektryczne.

Określanie zarysu tablicy

Obrys płytki określa fizyczny kształt i rozmiar gotowej płytki PCB. W tym samouczku stworzymy prostą, prostokątną płytkę o wymiarach 50 mm × 40 mm. Przejdź do menu Projekt i wybierz „Kształt płytki”, a następnie „Zdefiniuj z wybranych obiektów”. Możesz również ręcznie narysować obrys, używając opcji Umieść → Linia, wybierając z listy rozwijanej warstwę płytki (zwaną również warstwą „Keep Out”).

Aby ręcznie narysować prostokątny kontur, kliknij pierwszy róg żądanego kształtu płytki, przejdź do drugiego rogu i kliknij, a następnie kontynuuj rysowanie wokół prostokąta, klikając dwukrotnie w ostatnim rogu, aby zamknąć kształt. Altium rozpoznaje tę zamkniętą granicę jako krawędź płytki. Kontur pojawia się jako gruba linia o specjalnym wyglądzie, różniąca się od zwykłych linii. Ta granica tworzy obszar wykluczenia, który zapobiega umieszczaniu komponentów i ścieżek poza obszarem płytki.

Konfiguracja i właściwości płyty

Uzyskaj dostęp do precyzyjnej konfiguracji płytki poprzez Projekt → Opcje płytki. To okno dialogowe zapewnia kompleksową kontrolę nad wymiarami, ustawieniami siatki i preferencjami wyświetlania. Ustaw precyzyjnie wymiary płytki, jeśli narysowałeś obrys ręcznie lub musisz dostosować istniejący obrys. W naszym projekcie upewnij się, że wymiary wynoszą dokładnie 50 mm szerokości × 40 mm wysokości.

Ustawienia siatki mają duży wpływ na rozmieszczenie i wydajność trasowania. Zalecana siatka dla ogólnych projektów PCB to 25 mil (0.635 mm) lub 50 mil (1.27 mm). Pady montażowe są zazwyczaj rozmieszczone co 50 mil lub 100 mil, więc użycie kompatybilnych wartości siatki zapewnia łatwe wyrównanie. Ustaw preferowane jednostki (milimetry) na podstawie biblioteki komponentów i osobistych preferencji. Większość nowoczesnych projektów wykorzystuje jednostki metryczne (mm).

umożliwiać „Przyciągnij do siatki” Aby rozmieszczanie i trasowanie komponentów było bardziej kontrolowane i profesjonalne. Możesz tymczasowo pominąć przyciąganie do siatki, przytrzymując klawisz Ctrl podczas umieszczania lub przesuwania obiektów, gdy wymagane jest precyzyjne pozycjonowanie.

Menedżer stosu warstw

Układ warstw definiuje fizyczną konstrukcję płytki PCB, w tym liczbę warstw miedzi, ich grubość oraz izolacyjny materiał dielektryczny między nimi. Dostęp do tej kluczowej konfiguracji można uzyskać w menu Projekt → Menedżer układu warstw. W przypadku naszej płytki dwuwarstwowej układ warstw składa się z górnej warstwy miedzi, rdzeniowego materiału dielektrycznego (zazwyczaj włókna szklanego FR-4) oraz dolnej warstwy miedzi.

Grubość miedzi należy ustawić na 1 uncję (35 mikrometrów), co jest standardem dla większości producentów PCB i zapewnia dobrą obciążalność prądową w typowych obwodach. Grubość dielektryczna płytki dwuwarstwowej wynosi zazwyczaj 1.6 mm, przy czym rdzeń FR-4 stanowi większość tego wymiaru. Materiał FR-4 ma stałą dielektryczną (Er) wynoszącą około 4.5 przy 1 MHz, co jest istotne w przypadku projektów o wysokiej częstotliwości, ale mniej krytyczne dla naszego regulatora napięcia.

Zapoznaj się ze specyfikacją producenta PCB, aby upewnić się, że układ warstw odpowiada jego możliwościom. Niektórzy producenci określają minimalną grubość miedzi (mniej niż 1 g) lub maksymalną grubość, jaką mogą niezawodnie wyprodukować. Prawidłowa konfiguracja układu warstw od samego początku zapobiega kosztownym przeróbkom w przyszłości.

Konfigurowanie reguł projektowania

Reguły projektowania stanowią podstawę możliwości produkcyjnych PCB i parametrów elektrycznych. Reguły te definiują ograniczenia dotyczące szerokości ścieżek, odstępów między obiektami, rozmiarów przelotek i innych ważnych parametrów. Prawidłowa konfiguracja reguł projektowania pozwala uniknąć problemów produkcyjnych i zapewnia niezawodność produkcji płytki. System reguł projektowania Altium opiera się na hierarchii priorytetów, a bardziej szczegółowe reguły mają pierwszeństwo przed regułami ogólnymi w przypadku wystąpienia konfliktów.

Otwieranie okna dialogowego Reguły projektowania

Uzyskaj dostęp do kompleksowego systemu zasad projektowania za pośrednictwem Projekt → Zasady. Otworzy się okno dialogowe Reguły projektowania, wyświetlając kategorie reguł w strukturze drzewa po lewej stronie. Kategorie obejmują: Elektryczne (dla integralności sygnału), Trasowanie (dla ścieżek i przelotek), Produkcja (dla ograniczeń produkcyjnych), Wysoka prędkość (dla kontroli impedancji), Rozmieszczenie (dla odstępów między komponentami) oraz Integralność sygnału (dla zaawansowanych symulacji).

Każda reguła ma wartość priorytetu – reguły o wyższym priorytecie mają pierwszeństwo, gdy do tego samego obiektu można zastosować wiele reguł. Ta hierarchia pozwala na ustawienie ogólnych wartości domyślnych (niski priorytet) i konkretnych wyjątków (wysoki priorytet) dla sieci lub klas komponentów.

Krytyczne zasady konfiguracji

Przed rozpoczęciem prac nad układem należy skonfigurować kilka reguł. Najważniejsze z nich wpływają na możliwości produkcyjne i bezpieczeństwo elektryczne. Każdy producent PCB publikuje informacje o możliwościach projektowych – skorzystaj z tych specyfikacji, aby odpowiednio skonfigurować swoje reguły.

A. Ograniczenie prześwitu

Odstęp wyjaśnia minimalny odstęp między obiektami miedzianymi – ścieżkami, padami, wielokątami itp. Przejdź do sekcji Trasowanie → Odstęp w drzewie reguł. Ustaw minimalną wartość odstępu na podstawie możliwości producenta, zazwyczaj 0.2 mm (8 mil) dla standardowej produkcji lub 0.15 mm (6 mil) dla zaawansowanych procesów. Ten odstęp zapobiega zwarciom elektrycznym podczas produkcji i eksploatacji.

Rozważ utworzenie osobnych reguł odstępów dla różnych poziomów napięcia. Obwody wysokiego napięcia (powyżej 50 V) wymagają większych odstępów, aby zapobiec powstawaniu łuku elektrycznego. Możesz utworzyć reguły specyficzne dla sieci, definiując klasy sieci (np. „Sieci zasilania”, w tym VCC i VIN) i stosując różne wartości odstępów dla tych klas. W przypadku naszego regulatora 5 V standardowy odstęp jest wystarczający dla wszystkich sieci.

B. Ograniczenie szerokości

Reguły dotyczące szerokości ścieżek definiują dopuszczalne wymiary trasowania ścieżek. Przejdź do sekcji Trasowanie → Szerokość. W przypadku ścieżek sygnałowych ustaw minimalną szerokość na 0.15 mm (6 mil), preferowaną na 0.25 mm (10 mil), a maksymalną na 2 mm. Preferowana szerokość to wartość domyślnie używana przez Altium podczas interaktywnego trasowania – wybranie 0.25 mm zapewnia dobrą równowagę między obciążalnością prądową a oszczędnością miejsca.

Ścieżki zasilania wymagają szczególnej uwagi. Utwórz osobną regułę szerokości dla sieci zasilania (VCC, VIN, VOUT, GND, jeśli nie używasz miedzianego wylewu). Ustaw minimalną szerokość 0.5 mm, preferowaną od 0.8 mm do 1 mm, a maksymalną 2 mm lub więcej. Szersze ścieżki zmniejszają rezystancję i spadek napięcia, co jest kluczowe dla dystrybucji zasilania. Oblicz wymaganą szerokość ścieżki na podstawie przewidywanego prądu, korzystając z norm IPC-2221 lub kalkulatorów szerokości ścieżek online.

C. Styl routingu

Przelotki łączą ścieżki między różnymi warstwami miedzi. Przejdź do sekcji Trasowanie → Styl trasowania, aby skonfigurować parametry przelotki. Ustaw średnicę przelotki (miedzianego padu wokół otworu) na 0.6 mm, a rozmiar otworu przelotki (wywierconego otworu w płytce) na 0.3 mm. Ta konfiguracja zapewnia pierścień o średnicy 0.15 mm (miedź pozostała wokół otworu po wywierceniu), spełniając minimalne wymagania większości producentów.

Większe przelotki (średnica 0.8 mm / otwór 0.4 mm) zapewniają lepszą niezawodność i obciążalność prądową, ale zajmują więcej miejsca na płytce. Mniejsze przelotki (średnica 0.4 mm / otwór 0.2 mm) oszczędzają miejsce, ale mogą generować dodatkowe koszty produkcji. W przypadku naszej prostej płytki dwuwarstwowej przelotki 0.6 mm / 0.3 mm zapewniają doskonałą równowagę.

D. Zasady produkcji

Zasady produkcji potwierdzają, że Twój projekt można niezawodnie wykonać. Ustaw minimalny pierścień pierścieniowy na 0.15 mm. (Produkcja → Minimalny pierścień pierścieniowy)Gwarantuje to, że wokół wywierconych otworów pozostanie wystarczająca ilość miedzi po spełnieniu tolerancji produkcyjnych. Skonfiguruj ograniczenia rozmiaru otworu. (Produkcja → Rozmiar otworu) z minimalną średnicą 0.2 mm i maksymalną średnicą 6 mm, aby dopasować ją do typowych możliwości wiertła.

Ustaw otwór na prześwit otworu (Produkcja → Prześwit między otworami) do co najmniej 0.5 mm. Taki odstęp zapobiega pękaniu wiertła podczas produkcji i zapewnia odpowiednią wytrzymałość płytki. Zawsze konsultuj się ze specyfikacjami projektowymi wybranego producenta PCB i ustal zasady, aby spełnić lub przekroczyć jego wymagania.

Strategia rozmieszczenia komponentów

Rozmieszczenie komponentów to jeden z najważniejszych etapów projektowania płytki drukowanej. Nieprawidłowe rozmieszczenie utrudnia lub wręcz uniemożliwia trasowanie i może powodować problemy z integralnością sygnału, zakłócenia elektromagnetyczne i problemy termiczne. Prawidłowe rozmieszczenie ułatwia trasowanie i poprawia wydajność płytki. Przed rozpoczęciem trasowania należy dokładnie zaplanować rozmieszczenie komponentów. Znacznie łatwiej jest teraz przenosić komponenty niż po rozpoczęciu trasowania.

Organizowanie komponentów (pokój)

Po zaimportowaniu ze schematu wszystkie komponenty są ułożone w prostokątny obrys „Pomieszczenia”. Przełącz się na tryb układu 2D, jeśli nie jest jeszcze aktywny (Widok → Przełącz na układ 2D lub naciśnij klawisz „2”). Funkcja „Pomieszczenie” początkowo utrzymuje importowane komponenty razem. Aby rozpocząć rozmieszczanie, należy rozmieścić komponenty, aby uzyskać do nich łatwiejszy dostęp.

Zastosowanie Narzędzia → Rozmieszczenie komponentów → Uporządkuj Komponenty umożliwiają automatyczne rozmieszczanie komponentów w przestrzeni roboczej. Altium rozmieszcza komponenty w siatce poza obrysem płytki. Zapewnia to wyraźny widok wszystkich części i ułatwia chwytanie i pozycjonowanie każdego komponentu. Alternatywnie, komponenty można ręcznie przeciągać z Pomieszczenia jeden po drugim.

Przesuwanie i obracanie komponentów

Aby przesunąć komponent, wystarczy go kliknąć i przeciągnąć w wybrane miejsce. Komponenty domyślnie przyciągają się do siatki, co ułatwia ich wyrównywanie. Podczas przeciągania komponentu naciśnij Spacja obrócić to w krokach co 90 stopniNaciskaj SPACJĘ, aż orientacja elementu będzie odpowiadała Twoim potrzebom. Większość elementów prostokątnych, takich jak układy scalone, powinna być wyrównana z krawędziami płytki, natomiast elementy takie jak kondensatory można obrócić, aby zoptymalizować ich ułożenie.

Aby uzyskać precyzyjne pozycjonowanie, naciśnij TAB Przeciągając komponent, otwierasz panel jego właściwości. Możesz tu wprowadzić dokładne współrzędne X i Y, ustawić obrót o dowolny kąt (nie tylko co 90 stopni) oraz dostosować inne parametry. Jest to szczególnie przydatne podczas symetrycznego umieszczania komponentów lub w określonych, zmierzonych odległościach.

Zastosowanie Widok → Siatki → Przyciąganie do siatki, aby przełączyć przyciąganie do siatki. Tymczasowo wyłącz przyciąganie, gdy potrzebujesz pozycjonowania ułamkowego, a następnie włącz je ponownie w celu ogólnego rozmieszczenia. Wyrównuj wiele komponentów w poziomie lub w pionie za pomocą Edytuj → Wyrównaj → Wyrównaj do lewej/prawej/góry/dołu po wybraniu komponentów przytrzymując klawisz Shift.

Regulacja oznaczenia i sitodruku

Każdy komponent ma oznaczenie (R1, C1, U1 itd.), które pojawia się na warstwie sitodruku. Te etykiety tekstowe są niezbędne do montażu płytki i rozwiązywania problemów, ale mogą zaśmiecać układ, jeśli nie zostaną odpowiednio umieszczone. Klikaj i przeciągaj oznaczenia, aby przesuwać je niezależnie od komponentów. Umieść oznaczenia w miejscach, w których są czytelne, ale nie nachodzą na pady, ścieżki ani inne komponenty.

Oznaczenia należą do warstwy Top Overlay (lub Bottom Overlay w przypadku komponentów znajdujących się na dole). Upewnij się, że wszystkie oznaczenia są widoczne i prawidłowo zorientowane – tekst poziomy jest najłatwiejszy do odczytania. Jeśli obszar płytki staje się zbyt zatłoczony, rozważ przeniesienie niektórych oznaczeń na dolną warstwę sitodruku, choć może to nieco skomplikować weryfikację montażu.

Sprawdź rozmiar czcionki oznacznika (zwykle od 1 mm do 1.5 mm wysokości) pod kątem czytelności. Bardzo mały tekst (poniżej 0.8 mm) może być trudny do wyraźnego wydrukowania. Bardzo duży tekst marnuje miejsce na planszy. Użyj opcji Widok → Pokaż → Oznaczenia, aby przełączać widoczność oznacznika, gdy potrzebujesz przejrzystego widoku układu.

Ostateczne zestawienie komponentów

W naszym układzie regulatora napięcia, zoptymalizowane rozmieszczenie układu scalonego LM7805 zapewnia centralne położenie płytki, co przekłada się na lepszą dystrybucję ciepła. Kondensatory wejściowe (C1, C2) są umieszczone bezpośrednio przy wejściu układu scalonego (pin 1), minimalizując pętlę prądową o wysokiej częstotliwości. Kondensatory wyjściowe (C3, C4) są umieszczone w pobliżu wyjścia układu scalonego (pin 3) z tego samego powodu.

Złącze wejściowe (J1) znajduje się na lewej krawędzi płytki, a złącze wyjściowe (J2) na prawej. Elementy wskaźnika LED (LED1, R1) są umieszczone w pobliżu sekcji wyjściowej. Połączenia masy dla wszystkich elementów tworzą naturalną ścieżkę powrotną, którą w kolejnych sekcjach połączymy za pomocą płaszczyzn masy, a nie pojedynczych ścieżek.

Przed przystąpieniem do trasowania, sprawdź: czy wszystkie komponenty mieszczą się w obrysie płytki; czy funkcjonalnie powiązane komponenty są pogrupowane; czy przepływ sygnału jest logiczny; czy linie skrzyżowań minimalnie się przecinają; czy wszystkie oznaczenia są czytelne i odpowiednio rozmieszczone. Wprowadzanie zmian w rozmieszczeniu po trasowaniu jest czasochłonne i frustrujące, zwłaszcza jeśli chodzi o inwestowanie czasu w optymalne rozmieszczenie.

Trasowanie PCB – łączenie komponentów

Trasowanie tworzy miedziane ścieżki, które łączą elektrycznie pady komponentów zgodnie ze schematem. To właśnie tutaj projekt obwodu staje się fizyczną rzeczywistością. Altium oferuje zaawansowane, interaktywne narzędzia do trasowania, które łączą ręczne sterowanie z inteligentnym wsparciem.

Zrozumienie warstw routingu

Nasza dwuwarstwowa płytka ma dwie miedziane warstwy trasowania: warstwę górną (zazwyczaj czerwoną) i warstwę dolną (zazwyczaj niebieską). Naciśnij klawisz + podczas trasowania, aby przełączyć się z warstwy górnej na dolną; naciśnij klawisz –, aby przełączyć się z warstwy dolnej na górną. Altium automatycznie umieszcza przelotkę w punkcie przełączania.

Podstawy trasowania ręcznego

Dostęp do trasowania interaktywnego można uzyskać poprzez Trasowanie → Trasowanie interaktywne lub naciskając Ctrl+W. Kliknij dowolny niewyfrezowany pad, aby rozpocząć frezowanie od tego punktu. Naciskaj spację podczas frezowania, aby przełączać między trybami frezowania: kąty 90 stopni, kąty 45 stopni i frezowanie pod dowolnym kątem. W przypadku płytek profesjonalnych należy stosować wyłącznie frezowanie pod kątem 45 stopni.

Trasowanie zasilania i śladów uziemienia

Ścieżki dystrybucji zasilania przenoszą wyższe prądy i wymagają szerszych ścieżek. Najpierw należy je poprowadzić, stosując ścieżki o szerokości od 0.8 mm do 1.0 mm. Naciśnij klawisz TAB podczas trasowania, aby otworzyć właściwości i zmienić wartość szerokości.

Tworzenie płaszczyzny uziemienia (wylewanie miedzi)

Płaszczyzna uziemienia to duży obszar miedzi połączony z masą, zapewniający ścieżkę powrotną o niskiej impedancji i redukujący zakłócenia elektromagnetyczne (EMI). Zamiast prowadzić pojedyncze ścieżki uziemienia, tworzymy miedzianą warstwę, która automatycznie łączy wszystkie punkty uziemienia.

Definiowanie wielokąta gruntowego

Aby uzyskać dostęp do wypełniania wielokąta, kliknij Umieść → Wypełnianie wielokąta lub naciśnij P, a następnie G. Kliknij dookoła obwodu płytki, aby zdefiniować obszar wypełniania. Kliknij dwukrotnie, aby dokończyć wypełnianie wielokąta i otworzyć okno dialogowe właściwości.

Konfigurowanie właściwości wielokąta

Ustaw opcję „Net” na „GND”, aby przypisać ten wielokąt do uziemienia. Ustaw opcję „Warstwa” na „Warstwa górna”. Wybierz opcję „Połączenie odciążające” jako styl połączenia, aby utworzyć połączenia odciążające termicznie, niezbędne do lutowania. Ustaw wartość „Prześwit” na 0.2 mm.

Wylewanie miedzi

Kliknij prawym przyciskiem myszy kontur wielokąta i wybierz Akcje wielokąta → Przekształć wszystko. Płaszczyzna podłoża wypełnia dostępny obszar płytki, unikając niekompatybilnych obiektów podczas łączenia się ze wszystkimi punktami uziemienia.

Łączenie płaszczyzn uziemienia za pomocą przelotek

Umieść przelotki łączące, aby połączyć elektrycznie górną i dolną płaszczyznę uziemienia. Umieść przelotki w regularnych odstępach (co 10-20 mm) wokół płytki, szczególnie w pobliżu pinów uziemienia układu scalonego.

Kontrola i weryfikacja zasad projektowania (DRC)

Kontrola zgodności z przepisami projektowymi (DRC) identyfikuje naruszenia przed rozpoczęciem produkcji. Nigdy nie wysyłaj płytki do produkcji bez uzyskania zerowych błędów DRC.

Uruchamianie kontroli reguł projektowych

Uzyskaj dostęp do DRC poprzez Narzędzia → Kontrola Reguł Projektowych. Upewnij się, że wszystkie kategorie są włączone. Kliknij „Uruchom kontrolę reguł projektowych”, aby rozpocząć weryfikację.

Przeglądanie naruszeń w Demokratycznej Republice Konga

Panel Wiadomości wyświetla wszystkie naruszenia. Kliknij dowolne naruszenie, aby powiększyć lokalizację problemu z wyróżnionymi znacznikami.

Naprawianie typowych naruszeń

Napraw naruszenia odstępu, przesuwając ścieżki. Napraw naruszenia szerokości, dostosowując właściwości szerokości ścieżki. Zakończ wszystkie nietrasowane połączenia. Dostosuj położenie via, aby rozwiązać naruszenia via.

Osiągnięcie zerowych błędów DRC

Regularnie naprawiaj naruszenia i ponownie uruchamiaj DRC, aż panel Wiadomości wykaże zero błędów. Sprawdź, czy wszystkie sieci są poprowadzone bez linii gniazd szczurów.

Dodawanie ostatnich szlifów i dokumentacji

Dodawanie otworów montażowych

Umieść otwory montażowe w narożnikach płytki, używając opcji „Place → Pad”. W przypadku śrub M3 użyj otworów o średnicy 3.2 mm. Umieść otwory w odległości co najmniej 3-5 mm od krawędzi płytki.

Tekst i informacje sitodrukowe

Dodaj informacje identyfikacyjne za pomocą warstwy „Umieść → Napis na wierzchu”. Dołącz nazwę płytki, wersję, datę i specyfikację. Upewnij się, że tekst jest czytelny (minimalna wysokość 1 mm) i nie nachodzi na pady.

Znaczniki krawędzi i wymiarów płyt

Dodaj znaczniki wymiarów za pomocą polecenia Umieść → Wymiar → Wymiar liniowy na warstwie Mechanical 1. Pomaga to zweryfikować rozmiar płytki i ułatwia projektowanie obudowy.

Weryfikacja zezwolenia na sitodruk

Sprawdź, czy sitodruk nie nakłada się na pady, korzystając z menu Widok → Połączenia → Pokaż pady. Przenieś wszystkie kolidujące teksty do pustych obszarów.

Wizualizacja i przegląd 3D

Ustawienia konfiguracji widoku 3D

Zarówno tryby widoku 2D, jak i 3D są dostępne w panelu Konfiguracja widoku. Aby wyświetlić panel: naciśnij skrót L; użyj przycisku Panele w prawym dolnym rogu oprogramowania; lub wybierz pozycję menu Widok » Panele » Konfiguracja widokuPo przełączeniu do trybu układu 3D na karcie Opcje widoku w panelu Konfiguracja widoku dostępne są dalsze opcje sterowania prezentacją płytki w 3D.

Przełączanie na widok 3D

Naciśnij „3” lub wybierz Widok → Przełącz na 3D. Użyj myszki, aby obracać (przeciągać lewym przyciskiem myszy), przesuwać (przeciągać prawym przyciskiem myszy) i powiększać (kółko przewijania), aby oglądać obraz pod dowolnym kątem.

Sprawdzanie wysokości i odstępów między komponentami

Sprawdź odstępy między komponentami w widoku 3D. Upewnij się, że wysokie komponenty nie kolidują ze sobą. Sprawdź, czy konstrukcja pasuje do docelowej obudowy, mierząc maksymalną wysokość płytki.

Opcje eksportu 3D

Eksportuj model 3D za pomocą Plik → Eksport → STEP dla oprogramowania CAD do zastosowań mechanicznych. Inżynierowie mechanicy wykorzystują te eksporty do projektowania obudów i weryfikacji ich dopasowania.

Okno dialogowe Opcje eksportu, dostępne po dwukrotnym kliknięciu dodanego pliku wyjściowego eksportu STEP lub uruchomieniu polecenia Plik » Eksportuj » STEP 3D, udostępnia szereg opcji, w tym opcje określające, które obiekty płytki zostaną uwzględnione w generowanym pliku.

Ostateczne kontrole przed produkcją

Kompletna lista kontrolna projektu

Przed wygenerowaniem plików produkcyjnych należy zweryfikować każdy element:

• Wszystkie komponenty rozmieszczone logicznie
• Wszystkie sieci rozstawione, zero gniazd szczurów
• Płaszczyzny uziemienia na obu warstwach z przelotkami łączącymi
• DRC przeszedł bez błędów
• Czytelne oznaczenia sitodrukowe
• Otwory montażowe rozmieszczone prawidłowo
• Wymiary deski są prawidłowe
• Zweryfikowano widok 3D

Generowanie plików produkcyjnych

Generuj pliki Gerber za pomocą Plik → Dane wyjściowe produkcji → Pliki Gerber i pliki wierceń NC poprzez Plik → Dane wyjściowe produkcji → Pliki wierceń NC. Aby poznać szczegółowe wymagania, skontaktuj się z producentem.

Zapisywanie i tworzenie kopii zapasowej projektu

Zapisz wszystkie pliki za pomocą Ctrl+Shift+S. Utwórz kompletne archiwum projektu, korzystając z opcji Projekt → Archiwum projektu, na potrzeby tworzenia kopii zapasowych i współpracy.

Wniosek

Gratulacje z okazji ukończenia tego kompleksowego samouczka projektowania płytek PCB! Poznałeś/aś cały proces, od importu schematu po przygotowanie do produkcji. Te fundamentalne umiejętności, takie jak strategiczne rozmieszczenie, profesjonalne trasowanie ścieżek, implementacja płaszczyzny uziemienia i dokładna weryfikacja, stanowią podstawę profesjonalnego projektowania płytek PCB. Kontynuuj rozwijanie swoich umiejętności, projektując zróżnicowane obwody. Studiuj profesjonalne projekty, dołącz do społeczności PCB i przeglądaj swoje wyprodukowane płytki, aby uczyć się na sukcesach i błędach.

Dziękujemy za zapoznanie się z tym samouczkiem. Następny krok: zaprojektuj własną płytkę drukowaną od początku do końca, wykorzystując całą zdobytą wiedzę. Powodzenia w projektowaniu PCB!