Вступ

Ласкаво просимо до цього вичерпного посібника з розробки друкованих плат Altium Designer. Цей посібник містить повні покрокові інструкції щодо перетворення готової схеми на професійну, готову до виробництва друковану плату. Незалежно від того, чи ви проектуєте свою першу друковану плату, чи вдосконалюєте свої навички, цей посібник охоплює кожен важливий етап за допомогою практичних прикладів.

Altium Designer — це стандартне програмне забезпечення для проектування друкованих плат, на яке покладаються тисячі інженерів та компаній по всьому світу. Його потужні функції сприяють ефективному проектуванню — від простих двошарових плат до складних багатошарових систем. Цей посібник зосереджений на практичному підході з використанням реального проекту стабілізатора напруги, гарантуючи, що ви зрозумієте як процедури, так і обґрунтування кожного рішення.

Що Ви навчитеся

Виконавши цей навчальний посібник, ви опануєте:

Повний робочий процес макета друкованої плати від схеми до виробничих файлів
Імпорт схем у редактор друкованих плат за допомогою команд на внесення змін до інженерних систем (ECO)
Стратегічне розміщення компонентів для оптимальної маршрутизації та цілісності сигналу
Конфігурація правил проектування для забезпечення технологічності
Методи ручного та інтерактивного маршрутизації
Створення заземлювальної площини та управління заливкою міді
Перевірка правил проектування (DRC) та вирішення порушень
3D-візуалізація та підготовка остаточного виробничого файлу

Передумови

Перш ніж розпочати цей навчальний посібник, переконайтеся, що у вас є:

Встановлено Altium Designer (рекомендовано версію 20 або пізнішої)
Базове розуміння електронних схем та умовних позначень компонентів
Готовий схематичний проект для розмітки друкованої плати
Знайомство з інтерфейсом Altium Designer (корисно, але не обов'язково)
Специфікації виробника друкованих плат (ширина доріжки, зазор, розміри переходних отворів)

Огляд зразка проекту

У цьому посібнику використовується практичний приклад: проста, але повна схема стабілізатора напруги LM7805. Цей проект демонструє всі основні концепції компонування друкованої плати, залишаючись доступним для початківців. Схема перетворює вищу постійну напругу (7-35 В) на стабільний вихід 5 В, що є поширеною вимогою в багатьох електронних проектах. Також розроблено покрокове керівництво щодо використання та роботи з програмним забезпеченням Altium Designer. Обговорюються різні функції та особливості.

Характеристики проекту:

Схема: лінійний стабілізатор напруги LM7805 з фільтрацією входу/виходу
Компоненти: приблизно 10-15 деталей, включаючи мікросхему, конденсатори, резистори, світлодіоди
Розмір плати: 50 мм × 40 мм (компактний дизайн, що підходить для створення прототипів)
Кількість шарів: 2-шарова конструкція (верхній та нижній мідні шари)
Складність: Підходить для початківців, демонструє професійні техніки

Фізичний компонент мікросхеми регулятора напруги LM7805 (ліворуч) та схема розташування контактів (праворуч), що показує вхід (вивід 1), землю (вивід 2) та вихід (вивід 3).

Створення нового документа друкованої плати

Першим кроком у компонуванні друкованої плати є створення нового документа друкованої плати у вашому існуючому проекті Altium Designer. Цей документ друкованої плати буде пов'язаний з вашою схемою, що дозволить автоматичну синхронізацію компонентів та з'єднань через систему внесення змін до інженерних проектів. Новий проект можна створити в Altium Designer за допомогою діалогового вікна «Створити проект» (Файл » Новий » Проект).

Діалогове вікно «Створення проекту», що показує вибір типу проекту друкованої плати

Додавання друкованої плати до існуючого проекту

На панелі «Проекти» (зазвичай розташованій у лівій частині інтерфейсу Altium) ви побачите структуру вашого проєкту, включаючи файл схеми. Щоб додати новий документ друкованої плати, клацніть правою кнопкою миші на назві вашого проєкту у верхній частині панелі. У контекстному меню, що з’явиться, перейдіть до пункту «Додати новий до проєкту» та виберіть «PCB». Altium створить пустий документ друкованої плати та додасть його до структури вашого проєкту.

Негайно збережіть цей новий файл друкованої плати з описовою назвою, яка відповідає вашому проекту. Наприклад, якщо ваш проект називається «Voltage_Regulator», назвіть файл друкованої плати «Voltage_Regulator_PCB.PcbDoc». Збережіть його в тому ж каталозі, що й вашу схему, щоб файли проекту були впорядковані. Така домовленість про іменування допомагає підтримувати чіткість під час керування кількома файлами проекту.

Контекстне меню панелі «Проекти» з розгорнутим пунктом «Додати до проєкту», що відображає параметри друкованої плати та схеми

Розуміння інтерфейсу редактора друкованих плат

Коли запуститься редактор друкованих плат, ви побачите чорну робочу область (колір фону за замовчуванням, який можна налаштувати в налаштуваннях). Інтерфейс складається з кількох ключових елементів: основної робочої області в центрі, де ви будете проектувати свою друковану плату, панелі «Проекти» ліворуч, яка показує структуру вашого проекту, панелі «Друкована плата» (зазвичай праворуч), яка забезпечує швидкий доступ до шарів та об’єктів, панелі «Властивості» для перегляду та редагування властивостей об’єкта та панелі «Повідомлення» внизу для відображення попереджень та помилок.

Панель інструментів угорі містить часто використовувані команди для розміщення, трасування та перегляду. Ознайомтеся з вкладками шарів у нижній частині робочого простору. Вони дозволяють швидко перемикатися між мідними шарами, шовкографією, паяльною маскою та іншими шарами друкованих плат. Рядок стану в самому низу відображає координати курсора та поточний активний шар, що є важливою інформацією під час роботи з макетуванням.

Інтерфейс редактора друкованих плат Altium, що показує головне робоче середовище з 3D-виглядом, панеллю «Проекти», панеллю «Властивості» та елементами керування шарами

Імпорт схеми в макет друкованої плати

Система внесення змін до інженерних схем (ECO) в Altium Designer підтверджує точну синхронізацію між вашою схемою та друкованою платою. Цей процес перетворює всі компоненти, з'єднання (мережі), правила проектування та іншу інформацію про схеми в середовище друкованої плати, зберігаючи цілісність проекту протягом усього життєвого циклу.

Проектування → Імпорт змін зі схеми

Коли ваш документ друкованої плати активний (натисніть на його вкладку, якщо відкрито кілька документів), перейдіть до меню «Дизайн» у верхньому рядку меню. Виберіть «Імпортувати зміни з [НазваВашогоПроєкту].PrjPcb». Назва проекту відповідатиме вашому фактичному проекту. Ця дія запускає процес ECO, порівнюючи вашу схему з поточним станом друкованої плати та визначаючи, що потрібно додати, видалити або змінити.

З’явиться діалогове вікно «Замовлення на внесення змін до інженерної плати», в якому буде відображено повний список усіх змін, які будуть застосовані до вашої друкованої плати. Це критичний етап перевірки – перш ніж продовжувати виконання, знайдіть час, щоб зрозуміти, що виявила компанія Altium.

Контекстне меню панелі «Проекти» з пунктом «Додати до проекту» та типами документів друкованої плати, схеми та інших.

Перевірка наказу на внесення інженерних змін (ECO)

Діалогове вікно ECO відображає зміни у структурованому форматі. У розділі «Додати компонент» перелічено всі компоненти з вашої схеми, які будуть додані до друкованої плати – перевірте наявність усіх необхідних компонентів (інтегральні схеми, резистори, конденсатори, роз'єми тощо). Перевірте позначення компонентів (U1, R1, C1 тощо), щоб переконатися, що нічого не пропущено.

У розділі «Додати мережу» показано всі електричні з’єднання з вашої схеми. Кожна назва мережі відповідає з’єднанню у вашому ланцюзі (VCC, GND, назви сигналів тощо). Попередження відображаються жовтим кольором – вони зазвичай вказують на незначні проблеми, такі як непідключені контакти. Помилки відображаються червоним кольором і їх необхідно вирішити, перш ніж продовжувати. Звичайні попередження включають непідключені контакти живлення на мікросхемах, що може бути навмисно встановлене у вашому проекті.

Перед внесенням змін натисніть кнопку «Перевірити зміни» внизу діалогового вікна. Це виконає остаточну перевірку на наявність будь-яких проблем, які можуть перешкодити успішному імпорту. Зелені позначки вказують на пройдене підтвердження. Якщо з’являться помилки, поверніться до схеми, щоб виправити проблеми, а потім перезапустіть процес імпорту.

Діалогове вікно «Замовлення на зміни до інженерії», що відображає список компонентів та мереж, які потрібно додати, зі статусом перевірки

Виконання змін

Після успішного проходження перевірки натисніть кнопку «Виконати зміни». Altium обробляє кожну зміну, додаючи компоненти та мережі до вашої друкованої плати. Ви побачите індикатори прогресу після завершення імпорту. Після завершення всі компоненти зі схеми з’являться в робочому просторі друкованої плати, спочатку розташовані разом у прямокутному контурі під назвою «Кімната».

«Гніздо» – тонкі білі або сірі лінії, що з’єднують контактні площадки компонентів, стають видимими, представляючи електричні з’єднання з вашої схеми. Ці лінії показують, які контактні площадки потрібно з’єднати мідними доріжками під час трасування. «Гніздо» служить візуальним орієнтиром протягом усього процесу розмітки, зникаючи після завершення кожного з’єднання.

Робочий простір друкованої плати після виконання ECO, на якому видно компоненти, складені між собою з видимими з'єднаннями "ratsnest"

Форма та конфігурація плати

Визначення фізичного контуру плати та налаштування основних параметрів плати закладає основу для компонування вашої друкованої плати. Форма плати визначає фізичні межі, в яких повинні розміщуватися всі компоненти та траси, тоді як властивості плати впливають на можливість виробництва та електричні характеристики.

Визначення структури ради директорів

Контур плати визначає фізичну форму та розмір вашої готової друкованої плати. У цьому посібнику ми створимо просту прямокутну плату розміром 50 мм × 40 мм. Перейдіть до меню «Дизайн» і виберіть «Форма плати», потім «Визначити з вибраних об’єктів». Або ж ви можете намалювати контур вручну, використовуючи «Помістити» → «Лінія», переконавшись, що ви вибрали шар плати (також званий шаром-захистом) зі спадного списку шарів.

Щоб вручну намалювати прямокутний контур, клацніть у першому куті потрібної форми плати, перейдіть до другого кута та клацніть, потім продовжуйте навколо прямокутника, двічі клацнувши в останньому куті, щоб замкнути форму. Altium розпізнає цю замкнуту межу як край плати. Контур виглядає як товста лінія зі спеціальним виглядом, відмінним від звичайних трас. Ця межа створює область блокування, яка запобігає розміщенню компонентів та трас за межами області плати.

Зображення 16 — Діалогове вікно вибору масштабу та одиниць вимірювання для налаштування плати, що відображає метричні (мм) та імперські (міл/дюйм) параметри

Налаштування та властивості плати

Отримайте доступ до точної конфігурації плати через «Дизайн» → «Параметри плати». Це діалогове вікно забезпечує повний контроль над розмірами плати, налаштуваннями сітки та параметрами відображення. Точно встановіть розміри плати, якщо ви намалювали контур вручну або вам потрібно налаштувати існуючий контур. Для нашого проекту переконайтеся, що розміри становлять точно 50 мм завширшки × 40 мм заввишки.

Налаштування сітки суттєво впливають на ефективність розміщення та трасування. Рекомендована сітка для загальних робіт з друкованими платами становить 25 міл (0.635 мм) або 50 міл (1.27 мм). Контактні майданчики компонентів зазвичай розташовані з відстанню між центрами 50 міл або 100 міл, тому використання сумісних значень сітки забезпечує легке вирівнювання. Встановіть бажані одиниці вимірювання (міліметри) на основі вашої бібліотеки компонентів та особистих уподобань. Більшість сучасних конструкцій використовують метричні (мм) розміри.

включити «Прив’язка до сітки» щоб зробити розміщення компонентів та трасування більш контрольованими та професійними. Ви можете тимчасово скасувати прив'язку до сітки, утримуючи клавішу Ctrl під час розміщення або переміщення об'єктів, коли потрібне точне позиціонування.

Менеджер стеку шарів

Шарове накладання визначає фізичну конструкцію вашої друкованої плати, включаючи кількість мідних шарів, їх товщину та ізоляційний діелектричний матеріал між ними. Доступ до цієї критичної конфігурації можна отримати через Design → Layer Stack Manager. Для нашої двошарової плати шарове накладання складається з верхнього мідного шару, основного діелектричного матеріалу (зазвичай скловолокно FR-4) та нижнього мідного шару.

Встановіть товщину міді на 1 унцію (35 мікрометрів), що є стандартом для більшості виробників друкованих плат і забезпечує хорошу струмопровідну здатність для типових схем. Товщина діелектрика для двошарової плати зазвичай становить 1.6 мм загальної товщини плати, причому більшу частину цього розміру займає осердя FR-4. Матеріал FR-4 має діелектричну проникність (Er) приблизно 4.5 на частоті 1 МГц, що важливо для високочастотних конструкцій, але менш критично для нашого регулятора напруги.

Перегляньте специфікації виробника друкованих плат, щоб переконатися, що ваш стек відповідає його можливостям. Деякі виробники встановлюють мінімальну вагу міді (тонше за 1 унцію) або максимальну товщину, яку вони можуть надійно виробляти. Правильне налаштування стеку з самого початку запобігає дороговартісному перепроектуванню пізніше.

Налаштування правил проектування

Правила проектування є основою технологічності та електричних характеристик друкованих плат. Ці правила визначають обмеження на ширину доріжок, зазори між об'єктами, розміри переходних отворів та інші важливі параметри. Правильне налаштування правил проектування дозволяє уникнути виробничих проблем і гарантує надійне виробництво вашої плати. Система правил проектування Altium використовує ієрархію пріоритетів, де більш конкретні правила замінюють загальні правила у разі виникнення конфліктів.

Відкриття діалогового вікна правил проектування

Отримайте доступ до комплексної системи правил проектування через Дизайн → Правила. Відкриється діалогове вікно «Правила проектування», у якому ліворуч відображаються категорії правил у деревоподібній структурі. Категорії включають «Електричні» (для цілісності сигналу), «Маршрутизація» (для доріжок та перехідних отворів), «Виробництво» (для виробничих обмежень), «Висока швидкість» (для контролю імпедансу), «Розміщення» (для відстані між компонентами) та «Цілісність сигналу» (для розширеного моделювання).

Кожне правило має значення пріоритету – правила з вищим пріоритетом мають перевагу, коли до одного об'єкта може застосовуватися кілька правил. Ця ієрархія дозволяє встановлювати загальні значення за замовчуванням (низький пріоритет) та певні винятки (високий пріоритет) для мереж або класів компонентів.

Доступ до меню «Правила проектування» через меню «Дизайн», де відображаються категорії правил та параметри конфігурації

Редактор правил та обмежень друкованих плат, що відображає дерево категорій правил з розгорнутими правилами трасування

Зображення 17 — Дерево категорій правил проектування, що показує стиль переходів траси та інші правила, пов'язані з трасуванням

Критичні правила для налаштування

Перед початком роботи з макетуванням потрібно налаштувати кілька правил. Найважливіші правила впливають на технологічність та електробезпеку. Кожен виробник друкованих плат публікує можливості проектування – використовуйте ці специфікації, щоб правильно встановити свої правила.

A. Обмеження зазору

Зазор пояснює мінімальну відстань між мідними об'єктами – доріжками, контактними площадками, полігонами тощо. Перейдіть до розділу Трасування → Зазор у дереві правил. Встановіть мінімальне значення зазору на основі можливостей виробника, зазвичай 0.2 мм (8 міл) для стандартного виготовлення або 0.15 мм (6 міл) для складних процесів. Цей зазор запобігає коротким замиканням під час виробництва та експлуатації.

Розгляньте можливість створення окремих правил зазорів для різних рівнів напруги. Високовольтні кола (вище 50 В) потребують більших зазорів для запобігання дуговому утворенню. Ви можете створити правила для окремих мереж, визначивши класи мереж (наприклад, «Силові мережі», включаючи VCC та VIN) та застосувавши різні значення зазорів до цих класів. Для нашого регулятора 5 В стандартного зазору достатньо для всіх мереж.

B. Обмеження ширини

Правила ширини трас визначають допустимі розміри для трас трас. Перейдіть до розділу Трасування → Ширина. Для сигнальних трас встановіть мінімальну ширину на 0.15 мм (6 міл), бажану ширину на 0.25 мм (10 міл) і максимальну ширину на 2 мм. Бажана ширина – це те, що Altium використовує за замовчуванням під час інтерактивної трасування – вибір 0.25 мм забезпечує хороший баланс між струмонесучою здатністю та ефективністю використання простору.

Силові доріжки потребують особливого розгляду. Створіть окреме правило ширини для силових мереж (VCC, VIN, VOUT, GND, якщо не використовується заливка міддю). Встановіть мінімум 0.5 мм, бажано від 0.8 мм до 1 мм, а максимум 2 мм або більше. Ширші доріжки зменшують опір і падіння напруги, що критично важливо для розподілу живлення. Розрахунок необхідної ширини доріжок на основі очікуваного струму за допомогою стандартів IPC-2221 або онлайн-калькуляторів ширини доріжок.

C. Стиль маршрутизації через

Перехідні отвори з'єднують доріжки між різними шарами міді. Перейдіть до розділу Трасування → Стиль трасування перехідних отворів, щоб налаштувати параметри перехідних отворів. Встановіть діаметр перехідного отвору (мідний контактний майданчик навколо отвору) на 0.6 мм, а розмір отвору перехідного отвору (просвердлений отвір у платі) на 0.3 мм. Ця конфігурація забезпечує кільцеве кільце 0.15 мм (мідь, що залишається навколо отвору після свердління), що відповідає більшості мінімальних вимог виробника.

Більші перехідні отвори (діаметр 0.8 мм / отвір 0.4 мм) забезпечують кращу надійність та струмопровідну здатність, але займають більше місця на платі. Менші перехідні отвори (діаметр 0.4 мм / отвір 0.2 мм) економлять місце, але можуть призвести до додаткових виробничих витрат. Для нашої простої двошарової плати перехідні отвори 0.6 мм/0.3 мм забезпечують чудовий баланс.

Панель друкованої плати, що показує класи компонентів, позначення та ієрархію примітивів компонентів

Інтерактивні налаштування маршрутизації, що показують параметри перетягування та налаштування вирішення конфліктів маршрутизації

Конфігурація стилю з'єднання полігонів з параметрами "З'єднання рельєфу", "Пряме з'єднання" та "Без з'єднання"

D. Правила виробництва

Правила виробництва підтверджують, що ваш проект можна надійно виготовити. Встановіть мінімальне кільцеве кільце на 0.15 мм. (Виробництво → Мінімальне кільцеве кільце)Це гарантує, що навколо просвердлених отворів після дотримання виробничих допусків залишиться достатньо міді. Налаштуйте обмеження розміру отвору. (Виробництво → Розмір отвору) з мінімальним діаметром 0.2 мм та максимальним 6 мм, що відповідає типовим можливостям свердла.

Встановлення відстані між отворами (Виробництво → Зазор між отворами) щонайменше до 0.5 мм. Цей інтервал запобігає поломці свердла під час виробництва та забезпечує достатню міцність плати. Завжди звертайтеся до технічних характеристик обраного виробника друкованої плати та встановлюйте правила, які відповідають або перевищують його вимоги.

Стратегія розміщення компонентів

Розміщення компонентів є одним з найважливіших етапів проектування друкованих плат. Неправильне розміщення ускладнює або унеможливлює трасування та може спричинити проблеми з цілісністю сигналу, електромагнітні перешкоди та проблеми з перегрівом. Правильне розміщення спрощує трасування та покращує продуктивність плати. Перш ніж розпочинати будь-яке трасування, ретельно сплануйте розміщення. Переміщувати компоненти зараз набагато легше, ніж після початку трасування.

Організаційні компоненти (кімната)

Після імпорту зі схеми всі компоненти відображаються у вигляді прямокутного контуру «Кімната». Перейдіть у режим 2D-розмітки, якщо він ще не активований (Вигляд → Переключитися на 2D-макет або натисніть клавішу «2»). Функція «Кімната» спочатку утримує імпортовані компоненти разом. Щоб розпочати розміщення, вам потрібно буде розсунути компоненти для легшого доступу.

Скористайтеся кнопкою Інструменти → Розміщення компонентів → Упорядкувати Компоненти для автоматичного розподілу компонентів по робочій області. Altium розподіляє компоненти у вигляді сітки поза контуром плати. Це забезпечує чітку видимість усіх компонентів та полегшує захоплення та розташування кожного компонента. Або ж можна вручну перетягувати компоненти з кімнати один за одним.

Переміщення та обертання компонентів

Щоб перемістити компонент, просто клацніть на ньому та перетягніть його в потрібне місце. Компоненти за замовчуванням прив’язуються до сітки, що спрощує вирівнювання. Під час перетягування компонента натисніть ПРОБІЛ обертати його з кроком 90 градусівПродовжуйте натискати ПРОБІЛ, доки орієнтація компонентів не відповідатиме вашим потребам. Більшість прямокутних компонентів, таких як мікросхеми, слід вирівняти по краях плати, тоді як компоненти, такі як конденсатори, можна повернути для оптимізації трасування.

Для точного позиціонування натисніть TAB під час перетягування компонента, щоб відкрити панель його властивостей. Тут ви можете ввести точні координати X та Y, встановити поворот на будь-який кут (не лише з кроком 90 градусів) та налаштувати інші параметри. Це особливо корисно під час симетричного розміщення компонентів або на певних виміряних відстанях.

Скористайтеся кнопкою Вигляд → Сітки → Прив'язка до сітки, щоб увімкнути/вимкнути прив’язку до сітки. Тимчасово вимкніть прив’язку, коли вам потрібне дробове позиціонування, а потім знову ввімкніть її для загального розміщення. Вирівняйте кілька компонентів горизонтально або вертикально за допомогою Редагувати → Вирівняти → Вирівняти ліворуч/праворуч/верх/низ після вибору компонентів з утримуванням клавіші Shift.

Налаштування позначення та шовкографії

Кожен компонент має позначення (R1, C1, U1 тощо), яке відображається на шарі шовкографії. Ці текстові мітки важливі для складання плати та усунення несправностей, але можуть захаращувати макет, якщо їх неправильно розташувати. Клацніть і перетягніть позначення, щоб переміщувати їх незалежно від їхніх компонентів. Розташуйте позначення в місцях, де вони читабельні, але не перетинаються з контактними майданчиками, доріжками чи іншими компонентами.

Позначення належать до шару Top Overlay (або Bottom Overlay для компонентів знизу). Переконайтеся, що всі позначення видимі та правильно орієнтовані – горизонтальний текст найлегше читається. Якщо область плати стає занадто переповненою, подумайте про переміщення деяких позначень до нижнього шару шовкографії, хоча це дещо ускладнює перевірку складання.

Перевірте розмір шрифту позначень (зазвичай від 1 мм до 1.5 мм заввишки) для читабельності. Дуже дрібний текст (менше 0.8 мм) може бути важко роздрукувати чітко. Дуже великий текст займає багато місця на дошці. Використовуйте Вигляд → Показати → Позначення, щоб перемикати видимість позначень, коли вам потрібен чіткий вигляд макета.

Остаточна схема розташування компонентів

Для нашої схеми регулятора напруги оптимізоване розташування мікросхеми LM7805 розташовується в центрі плати для розподілу тепла. Вхідні конденсатори (C1, C2) розміщені безпосередньо поруч із вхідним виводом мікросхеми (виводом 1), мінімізуючи петлю високочастотного струму. Вихідні конденсатори (C3, C4) розташовані поблизу вихідного виводу мікросхеми (виводом 3) з тієї ж причини.

Вхідний роз'єм (J1) знаходиться на лівому краю плати, вихідний роз'єм (J2) на правому. Світлодіодні індикаторні компоненти (LED1, R1) розташовані поблизу вихідної секції. Заземлення для всіх компонентів утворюють природний зворотний шлях, який ми будемо з'єднувати за допомогою заземлювальних площин, а не окремих доріжок у наступних розділах.

Перш ніж переходити до трасування, перевірте наступне: усі компоненти знаходяться в межах контуру плати; функціонально пов'язані компоненти згруповані; потік сигналів логічний; лінії гніздування показують мінімальне перетинання; всі позначення читабельні та розташовані належним чином. Внесення змін до розташування після трасування займає багато часу та вимагає виснажливих витрат часу на пошук оптимального розташування.

Трасування друкованих плат – підключення компонентів

Трасування створює мідні доріжки, які електрично з'єднують контактні майданчики компонентів відповідно до вашої схеми. Саме тут ваш проект схеми стає фізичною реальністю. Altium надає потужні інтерактивні інструменти трасування, які поєднують ручне керування з інтелектуальною допомогою.

Розуміння шарів маршрутизації

Наша двошарова плата має два мідні шари трасування: верхній шар (зазвичай показаний червоним кольором) і нижній шар (зазвичай показаний синім кольором). Натисніть клавішу + під час трасування, щоб переключитися з верхнього на нижній шар; натисніть –, щоб переключитися з нижнього на верхній. Altium автоматично розміщує переходне з'єднання в точці перемикання.

Основи ручної маршрутизації

Доступ до інтерактивної маршрутизації здійснюється через Маршрут → Інтерактивна маршрутизація або натисканням Ctrl+W. Клацніть на будь-якому нерозтрасованому майданчику, щоб розпочати трасування з цієї точки. Натискайте ПРОБІЛ під час трасування, щоб перемикатися між режимами трасування: кути 90 градусів, кути 45 градусів та трасування під будь-яким кутом. Для професійних плат використовуйте виключно трасування 45 градусів.

Маршрутизація силових та заземлювальних ліній

Доріжки розподілу живлення несуть більші струми та потребують ширших доріжок. Спочатку прокладіть їх, використовуючи ширину доріжок від 0.8 мм до 1.0 мм. Натисніть клавішу TAB під час трасування, щоб відкрити властивості та змінити значення ширини.

Створення площини заземлення (заливка міді)

Заземлювальна площина — це велика ділянка міді, з'єднана із землею, що забезпечує зворотний шлях з низьким імпедансом та зменшує електромагнітні перешкоди. Замість того, щоб прокладати окремі заземлювальні доріжки, ми створюємо мідну заливку, яка автоматично з'єднує всі заземлювальні контакти.

Визначення полігону землі

Щоб отримати доступ до заливки полігону, виберіть Розмістити → Заливка полігону або натисніть P, а потім G. Клацніть по периметру дошки, щоб визначити область заливки. Двічі клацніть, щоб завершити створення полігону та відкрити діалогове вікно властивостей.

Налаштування властивостей полігону

Встановіть для параметра Net значення «GND», щоб призначити цей полігон землі. Встановіть для параметра Layer значення «Top Layer». Виберіть для параметра Connection Style «Relief Connect», щоб створити терморозвантажувальні з'єднання, необхідні для паяння. Встановіть Clearance значення 0.2 мм.

Розливання міді

Клацніть правою кнопкою миші на контурі полігона та виберіть «Дії з полігонами» → «Перезалити все». Площина заземлення заповнить доступну область плати, уникаючи несумісних об'єктів під час підключення до всіх контактних площадок заземлення.

З'єднання заземлювальних площин за допомогою переходних отворів

Розмістіть зшивні перехідні отвори для електричного з'єднання верхньої та нижньої площин заземлення. Розташовуйте перехідні отвори через рівні проміжки (кожні 10-20 мм) по всій плати, особливо поблизу контактів заземлення мікросхеми.

Перевірка правил проектування (DRC) та верифікація

Перевірка правил проектування виявляє порушення перед виробництвом. Ніколи не надсилайте плату у виробництво, не досягнувши нульової помилки DRC.

Виконання перевірки правил проектування

Отримайте доступ до DRC через Інструменти → Перевірка правил проектування. Переконайтеся, що всі категорії ввімкнено. Натисніть «Запустити перевірку правил проектування», щоб розпочати перевірку.

Панель конфігурації завдання виводу, що відображає параметри перевірки правил проектування

Перегляд порушень DRC

На панелі «Повідомлення» відображаються всі порушення. Натисніть на будь-яке порушення, щоб збільшити масштаб до місця проблеми з виділеними маркерами.

Панель повідомлень, що відображає порушення DRC з детальним описом помилок та збільшеним зображенням місця порушення на друкованій платі

Виправлення поширених порушень

Виправте порушення зазорів, переміщуючи траси. Виправте порушення ширини, налаштувавши властивості ширини траси. Завершіть усі непротрасовані з'єднання. Відрегулюйте розміщення переходних отворів, щоб усунути порушення переходних отворів.

Досягнення нульових помилок DRC

Постійно виправляйте порушення та повторно запускайте DRC, доки панель повідомлень не покаже нуль помилок. Переконайтеся, що всі мережі прокладено без жодних ліній гнізд щурів.

Додавання останніх штрихів та документації

Додавання монтажних отворів

Розмістіть монтажні отвори на кутах плати за допомогою пункту меню Розмістити → Площадка. Для гвинтів M3 використовуйте діаметр отвору 3.2 мм. Розташуйте отвори на відстані щонайменше 3-5 мм від країв плати.

Текст та інформація на шовкографії

Додайте ідентифікаційну інформацію за допомогою пункту меню Розмістити → Рядок на верхньому шарі накладання. Вкажіть назву плати, версію, дату та специфікації. Переконайтеся, що текст читабельний (мінімальна висота 1 мм) і не перекриває контактні площадки.

Меню «Інструменти» з опцією «Підготовка до шовкографії» для керування елементами шовкографії

Діалогове вікно підготовки до шовкографії, що показує плату з текстом на шовкографії та позначеннями компонентів

Маркери для країв та розмірів дошки

Додайте маркери розмірів за допомогою пункту меню Розмістити → Розмір → Лінійний розмір на шарі Mechanical 1. Це допомагає перевірити розмір плати та спрощує проектування корпусу.

Перевірка чистоти шовкографії

Перевірте, чи не перекриваються контактні площадки шовкографією, скориставшись пунктом меню Вигляд → З’єднання → Показати контактні площадки. Перемістіть будь-який конфліктуючий текст, щоб очистити області.

3D-візуалізація та огляд

Параметри конфігурації 3D-вигляду

Режими двовимірного та тривимірного перегляду організовані на панелі «Конфігурація перегляду». Щоб відобразити панель: натисніть комбінацію клавіш L; скористайтеся кнопкою «Панелі» у правому нижньому куті програмного забезпечення; або виберіть пункт меню Вигляд » Панелі » Конфігурація виданняПісля перемикання в режим 3D-макета на вкладці «Параметри перегляду» панелі «Конфігурація перегляду» стають доступними додаткові опції для керування представленням плати в 3D.

Панель конфігурації перегляду, на якій відображаються 3D-налаштування, включаючи проекцію, ортографічні/перспективні параметри та елементи керування прозорістю шарів

Перехід до 3D-вигляду

Натисніть «3» або виберіть Вигляд → Переключитися на 3D. Використовуйте мишу для обертання (перетягування лівою кнопкою миші), панорамування (перетягування правою кнопкою миші) та масштабування (колесо прокручування), щоб роздивитися під будь-яким кутом.

3D-рендеринг готової друкованої плати з реалістичним розміщенням компонентів та зовнішнім виглядом плати

Перевірка висоти та зазорів компонентів

Перевірте зазори між компонентами у 3D-вигляді. Переконайтеся, що високі компоненти не заважають. Переконайтеся, що конструкція поміщається в передбачуваний корпус, вимірявши максимальну висоту плати.

Параметри 3D-експорту

Експортуйте 3D-модель за допомогою меню Файл → Експорт → STEP для програмного забезпечення САПР для машинобудування. Інженери-механіки використовують ці експортовані дані для проектування корпусів та перевірки сумісності.

Меню експорту з опцією експорту STEP 3D для інтеграції механічного CAD

Діалогове вікно параметрів експорту STEP та результуючі 3D-моделі, що показують передню та задню частини друкованої плати

Діалогове вікно «Параметри експорту», до якого можна отримати доступ, двічі клацнувши на доданому виводі експорту STEP або запустивши команду «Файл» » «Експорт» » STEP 3D, надає ряд варіантів вибору, зокрема опції для визначення того, які об’єкти плати будуть включені до згенерованого файлу.

Остаточні перевірки перед виробництвом

Повний контрольний список дизайну

Перевірте кожен елемент перед створенням виробничих файлів:

Всі компоненти розташовані логічно
Всі сітки розігнані, жодного щурячого гнізда
Площини заземлення на обох шарах зі зшивними отворами
DRC пройдено з 0 помилками
Шовкографічні позначення читабельні
Правильно розміщені монтажні отвори
Розміри дошки правильні
3D-вигляд перевірено

Генерація виробничих файлів

Генерація файлів Gerber за допомогою Файл → Вихідні дані виготовлення → Файли Gerber та файли NC-свердлення через Файл → Вихідні дані виготовлення → Файли NC-свердленняЗверніться до виробника щодо конкретних вимог.

Конфігурація вихідного завдання, що показує вихідні дані з опціями файлів Gerber та файлів NC Drill

Збереження та резервне копіювання проекту

Збережіть усі файли за допомогою Ctrl+Shift+S. Створіть повний архів проекту за допомогою Project → Archive Project для резервного копіювання або співпраці.

Висновок

Вітаємо із завершенням цього вичерпного посібника з розробки макета друкованої плати! Ви вивчили весь робочий процес, від імпорту схем до підготовки до виробництва. Ці фундаментальні навички, стратегічне розміщення, професійна трасування, реалізація заземлювальної площини та ретельна перевірка складають основи експертного проектування друкованих плат. Продовжуйте розвивати свої навички, проектуючи різноманітні схеми. Вивчайте професійні проекти, приєднуйтесь до спільнот розробників друкованих плат та переглядайте виготовлені плати, щоб навчатися на успіхах та помилках.

Дякуємо, що скористалися цим навчальним посібником. Ваш наступний крок: спроектуйте власну плату від початку до кінця, застосовуючи все, що ви вивчили. Удачі вам у вашій подорожі з проектуванням друкованих плат!