Типовые ошибки трассировки печатных плат

Типовые ошибки трассировки печатных плат.

Описание руководящего документа для трассировщиков печатных плат.

Задумывались как разводить платы так, что бы они максимально правильно работали? 

Предлагаю ознакомиться с отличным сборником ошибок и способов их решений. 

Данный документ составлен не мной, а достался таким какой есть, единственное, что я сделал, так это PDFку. За эту полезную книжечку большое спасибо, моему другу Александру, именно он мне её однажды скинул.

В основном все правила описанные в документе давно всем известны, но не мешало бы их вспомнить ещё раз.

Введение

В данном документе показаны типовые ошибки допускаемые разработчиками при трассировке печатных плат. Также показаны варианты правильной трассировки. В данном документе рассматриваются фундаментальные основы, без знания которых, даже простые низкоскоростные платы могут оказаться неработоспособными или с набором недостатков. Это могут быть необъяснимые сбои в работе, зависания, локальные перегревы, электрические пробои на плате и т.п. Также из-за несоблюдения технологических норм и правил могут возникать производственно-технологические дефекты – некачественная пайка, локальные замыкания между дорожками и т.п. В данном документе не рассматриваются такие важные задачи как трассировка скоростных цепей, дифференциальных пар, цифровая и аналоговая земли, правильная компоновка и структура слоев печатной платы. Эти темы очень объемны и требуют отдельного рассмотрения.

Содержание

• Правильное подключение выводов микросхем
• Подключение переходных отверстий
• Правило 3/4
• Подключение земли и питания
• Трассировка силовых цепей питания
• Зазоры
• Трассировка BGA
• Трассировка цепей содержащих кварцевый резонатор
• Внутренние вырезы на плате (фреза)
• Дискретность угла установки компонентов на плате

Скачать файл можно здесь

Обновлено: 26 июн. 2020 г.

Продолжаем рассмотрение трассировки печатных плат. Эту статью публикую из своего родного города Северодвинска, с благодарностью своим школьным учителям. Тема, которой она посвящена, базовая, и оттого важно с ней разобраться. Здесь будут рассмотрены отражения в сигнальных линиях и, как всегда, будут даны рекомендации по снижению искажений сигнала, в том числе с помощью различных методик согласования линий.

В предыдущей статье цикла было показано что, наличие вырезов на пути возвратного тока увеличивает индуктивность контура сигнала, что негативно влияет на уровень ЭМИ печатной платы. Однако на этом их негативное влияние не заканчивается (стоит отметить, что существуют ситуации, когда использование вырезов в опорном слое снижает уровень ЭМИ печатной платы, однако они требуют большой аккуратности с точки зрения контроля возвратных токов и не могут быть рекомендованы в общем случае). Вырез, как и другие неоднородности (переходное отверстие, ветвление дорожки, изменение ширины дорожки или расстояния от опорного слоя и т.п.) изменяют локальное значение импеданса (англ. instantaneous impedance) сигнальной линии. Любое изменение импеданса по ходу распространения сигнала приводит к изменению его амплитуды и появлению отражённого сигнала, распространяющегося обратно к источнику (рис. 1).

Амплитуды прямого и обратного сигналов относительно исходного определяются только значениями импедансов Z₁ и Z₂ на данной частоте:

Знак минус перед коэффициентами будет означать изменение фазы сигнала на 180^о. Даже если сигнальная линия однородна (под однородностью линии здесь и далее понимается постоянство геометрических параметров её сечения) на всём своём протяжении, а её импеданс постоянен и носит название волнового сопротивления (англ. characteristic impedance), отражения могут возникать не только в самой линии, но и на её концах – на стороне источника или на стороне нагрузки. Рассмотрим простую цепь (рис. 2), в которой сопротивления и источника сигнала, и нагрузки не согласованы с волновым сопротивлением однородной линии. В таком случае отражения в линии возникают многократно, постепенно затухая, и приводят к интерференционной картине – сумме сигналов. Схема образования отраженных сигналов и результаты симуляции в LTSpice для ступенчатого импульсного сигнала амплитудой 1,2 В и передним фронтом 1 нс также приведены на рисунке.

Отметим, что напряжение на входе сигнальной линии в течение времени распространения сигнала (до момента первого отражения) не равно напряжению источника сигнала V_S и связано с ним коэффициентом резистивного делителя

После многократных отражений от концов линий значение напряжения на нагрузке стремится к сумме убывающей геометрической прогрессии, равной напряжению на нижнем плече резистивного делителя

Так как в реальных условиях обеспечить постоянство импеданса на пути распространения сигнала невозможно, то отражения происходят всегда. Вопрос в том, при каких условиях они приводят к заметным искажениям сигнала. Повторно рассмотрим пример цепи, приведённой на рис. 2, зафиксировав значения сопротивлений источника сигнала, нагрузки и волнового сопротивления линии. Следовательно, амплитуды интерферирующих сигналов, входящих в сумму, также сохраняются. Однако помимо амплитуд сигналов A_i значение суммы зависит от их смещений по времени τ_i:

где TD – время распространения сигнала в линии или временная задержка линии (англ. transmission line delay). Эта величина определяется длиной L сигнальной линии и скоростью v распространения сигнала в линии TD=L/v. Будем снижать временную задержку линии – при этом длительность «полок», когда значение сигнала постоянно, будет также снижаться. А когда i+1-ый отражённый сигнал будет приходить на нагрузку сразу же после достижения i-ым сигналом своего амплитудного значения, полки исчезнут. Так как сигнал достигает своего амплитудного значения за время, равное длительности фронта t_R, то должно выполняться следующее:

Дальнейшее снижение величины временной задержки приведёт к тому, что амплитудные значения пульсаций (англ. ringing) достигаться не будут. В предельном случае бесконечно короткой линии TD → 0 колебательный переходный процесс отсутствует. Отсюда следует вывод о необходимости минимизации длины линии для критических сигналов, уже упоминавшийся в предыдущей статье в связи с уменьшением индуктивности. Безусловно, реальные сигнальные линии на печатной плате имеют конечную длину, поэтому математическим критерием малости величины пульсаций является условие TD << t_R.

Р.1.

Практическим условием малых искажений импульсного сигнала с длительностью фронта tR в сигнальной линии с временной задержкой TD, является TD< 1/5∙t_R. Для оценки длины сигнальной линии можно принять v ≈ 15 см/нс (для FR4), тогда условие может быть переписано в виде L [см] < 3∙ t_R [нс].

Важно понимать, что допустимую степень искажений должен определять либо разработчик печатной платы, либо этот параметр должен быть указан ему в качестве ограничительного. Кроме того, амплитуда пульсаций зависит не только от соотношения между t_R и TD, но и от степени рассогласования линии. В приведённой рекомендации под малыми искажениями понимаются пульсации, амплитуда которых не превышает порядка ±10%. Если условие t_R>5∙TD не выполняется или если требование к пульсациям более жёсткое, то существует три пути снижения резонансных явлений в линии:

• уменьшение TD (прежде всего за счёт уменьшения длины линии),
• увеличение t_R (снижение скорости переключений сигнала),
• согласование линии (англ. termination).

Целью всех методов согласования линии (таблица 1) является обеспечение отсутствия отражений на одном или обоих её концах. Ни один из методов не является идеальным – каждый из них имеет свои плюсы и минусы, при этом абсолютно все методы приводят к дополнительным потерям энергии. Поэтому не рекомендуется прибегать к согласованию линии, прежде чем не обеспечены минимально возможные длина линии и скорость переключения сигнала.

Таблица 1. Методы согласования сигнальной линии.

Название и схема	Уровень потерь	Комментарии
	низкий
	высокий
	средний
	средний

Примечания:
⁽¹⁾ В параллельной схеме может использоваться подключение как к общему проводу, так и к питанию.
⁽²⁾ Под оптимальностью здесь понимается критерий минимизации потерь энергии.

В случае, когда сигнальная линия соединяет источник сигнала с единственной нагрузкой (англ. point-to-point), может использоваться как согласование импедансов на стороне источника, так и на стороне нагрузки. Если же нагрузок на сигнальной линии несколько (англ. multiload), то рекомендуется применять согласование на стороне нагрузки. Примеров таких схем, где отсутствие искажений сигналов всегда критично, много – распределённая схема тактирования, многоточечная шина данных, организация внешней памяти с несколькими микросхемами и др. В англоязычной литературе выделяют короткие (англ. stub) и длинные (англ. branch) ответвления сигнальной линии. Преимущество коротких ответвлений заключается в том, что они могут не иметь на конце согласующих компонентов, однако существует ограничение на их длину.

Р.2.

Короткие ответвления от сигнальной линии могут быть несогласованными, однако их длина должна быть минимальной и не должна превышать значения, при котором TD_STUB 1/5∙t_R.

Три основных схемы ветвления сигнальной линии на N участков приведены на рис. 3. Схема с коротким участком (критерий тот же, что и для ответвления) до разветвления приводит к повышенной нагрузке на источник сигнала. Если участок до разветвления длинный, то необходимо увеличивать импеданс ветвей. Увеличение волнового сопротивления сигнальной линии на том же слое потребует уменьшение её ширины, что может стать ограничением. Если же использовать последовательный резистор сопротивлением R = (N – 1)∙Z₀, то он образует делитель напряжения – и амплитуда сигнала на нагрузке уменьшается V_LOAD=1/N∙V_IN. Очевидно, что каждая из схем не лишена недостатков (помимо того, что повышается количество используемых компонентов), поэтому топологию с ветвлением (англ. star topology) рекомендуется применяться только тогда, когда использование топологии с основной сигнальной линией и короткими ответвлениями от неё (англ. daizy-chain topology) невозможно.

В заключение необходимо отметить, что выбор метода согласования сигнальной линии тесно связан со схемотехникой печатной платы, поэтому если разработчик отвечает только за топологию печатной платы, решение должно приниматься совместно с инженером-схемотехником с применением моделирования сигнальной линии (SPICE или специализированные программные средства). Однако вопрос о необходимости согласования линии всегда инициируется разработчиком печатной платы в случае невозможности обеспечения требуемого уровня искажений иными способами.

Статья была впервые опубликована в журнале «Компоненты и технологии» 2018, №3. Публикация на «Habr» согласована с редакцией журнала.

Схемы начинаются с питания. Основы компоновки и трассировки плат импульсных источников питания

7 октября 2015

В статье приводятся советы и рекомендации по созданию проводящего рисунка цепей питания и заземления при проектировании печатных плат, рассматриваются особенности соединения «звездой» для силовых линий питания и земли, а также многочастотной развязки этих цепей. Кроме того, в статье демонстрируется, как, меняя расположение компонентов, можно уменьшить петлю протекания мощных высокочастотных токов.

Разработка электронных схем подобна строительству многоэтажных зданий в сейсмоопасных районах. В обоих случаях функциональность и долговечность немыслимы без хорошего фундамента.

Идеальный источник питания преобразует поступающий в жилые дома и производственные цеха переменный ток (AC) в необходимый для работы электроники постоянный ток (DC). В идеальном мире в постоянном токе нет ни шумов, ни пульсаций, ни гармоник переменного тока. Вдобавок, в таком мире земля, являющаяся началом отсчета для всей системы питания постоянного тока, непорочно чиста. Став инженерами, мы быстро узнаем, что наш мир весьма далек от совершенства. А это значит, что мы должны использовать все свои знания и умения, чтобы добиваться желаемых результатов, несмотря на имеющиеся ограничения.

Прежде всего, следует разобраться с окружающими условиями и понять, что в радиочастотном диапазоне помехи часто создаются внешними передатчиками, а также цифровыми схемами, работающими на той же печатной плате. Давайте начнем с розетки с переменным напряжением. В большинстве случаев желательно использовать сетевой фильтр, подобный показанному на рисунке 1.

Рис. 1. Синфазный сетевой фильтр

Основное назначение фильтра – обеспечение симметричной двусторонней защиты. Он защищает от помех, которые могут попасть в электронное устройство из сети переменного тока, и в то же время не дает помехам, генерируемым самим устройством, проникнуть в сеть. Необходимо проверять как уровень помех, излучаемых устройством, так и приемлемость поступающих в него сигналов.

Обычные ошибки на уровне платы

В общем случае, в многослойных платах сплошные земляные полигоны и полигоны питания обеспечивают целостность сигналов в максимальной степени.

На начальном этапе следует выбрать точки подключения земли на шасси и на всех печатных платах. Некоторые неопытные разработчики рассматривают землю как некое магическое место, в котором исчезают все наводки и нивелируются все просчеты. Иногда они выбирают вначале точку земли, но не обеспечивают раздельных путей протекания возвратных токов к этой точке от схем разных типов. Подобную ошибку иллюстрирует рисунок 2.

Рис. 2. Ошибки, приводящие к зашумленной земле

Начнем с отмеченной звездочкой точки заземления на источнике питания +5 В. Генерируемые цифровыми схемами шумы будут попадать как в источник питания 5 В, так и на землю. Понятно, что аналоговой схеме требуется «чистое» напряжение +3,3 В, но мыполенились провести отдельные дорожки земли и шины +5 В к обозначенным звездочками точкам на источнике питания. Линейный LDO-стабилизатор необходим для создания чистых 3,3 В, во всяком случае, нам так кажется. В действительности напряжение на выходе линейного стабилизатора всегда будет ровно на 3,3 В выше опорного напряжения или потенциала земли. Следовательно, если LDO-стабилизатор выполняет свою работу, а потенциал земли скачет вверх и вниз, словно дрожащая красная стрелка индикатора, то выходное напряжение +3,3 В станет изменяться вслед за потенциалом земли. А теперь поинтересуемся, сколько времени понадобится на поиск причин некорректной работы модуля, в котором не предусмотрено раздельное подключение цифровых и аналоговых схем к источнику питания? Лучший способ подключения аналоговой схемы показан на рисунке 3.

Рис. 3. Надлежащее подключение к земле и питанию. Предполагается, что в точках подключения земля
и питание чистые

Утверждение, что в точках, помеченных на рисунке 3 звездочками, земля и питание чистые, означает, что в этих точках они однородны, между землей и питанием нет дифференциального шума. В идеале выходной импеданс источника питания должен быть почти нулевым, или на выходе должны стоять развязывающие конденсаторы с низким эквивалентным последовательным сопротивлением в интересуемом диапазоне частот. У индивидуальных проводников, подключающих различные схемы к точкам земли и питания, также имеется свое сопротивление и индуктивность. Мы рассчитываем на то, что эти сопротивление и индуктивность изолируют шумящие схемы от чистых схем. Последовательно включенные сопротивление и индуктивность, а также развязывающие конденсаторы на выходах схемных блоков формируют фильтр нижних частот. Если проводник, идущий к схемному блоку, относительно короток – может потребоваться дискретный резистор или индуктивность.

Рис. 4. Конденсатор с присущими ему паразитны-
ми компонентами

Обеспечить развязку не так уж просто, поскольку у конденсаторов имеются паразитные индуктивности. На практике конденсатор описывают в виде последовательной RCL-схемы (рисунок 4). Емкость доминирует на низких частотах, но выше частоты последовательного резонанса (Self-Resonance Frequency (SRF) – собственная резонансная частота), показанной для различных номиналов конденсаторов на графиках (рисунок 5), находится область, в которой импеданс конденсатора носит индуктивный характер. Таким образом, конденсатор полезен для развязки только в диапазоне частот, находящихся вблизи или ниже его SRF, то есть там, где его импеданс мал.

Рис. 5. Шесть конденсаторов разных номиналов и их собственные резонансные частоты

На рисунке 5 показаны типичные частотные характеристики конденсаторов разных номиналов [1]. На рисунке ясно видны собственные резонансные частоты (спады на графиках). Приведенные характеристики также показывают, что на низких частотах конденсаторы с более высокими значениями емкостей (обладающие более низким импедансом) обеспечивают более качественную развязку, чем конденсаторы меньших номиналов. Для построения частотных характеристик конденсаторов можно использовать бесплатные SPICE-программы [2…4].

Импульсные источники питания на ИС: специфические ошибки

Обратите внимание, что на рисунке 6 используются два разных символа земли. Символ в виде треугольника означает землю, по которой протекает большой импульсный ток с высокой скоростью нарастания. Необходимо изолировать идущие с высокой частотой сильноточные импульсы от опорной или аналоговой земли со слабыми сигналами.

Рис. 6. Упрощенная схема импульсного источника питания на базе MAX17501

На рисунке 6 входной фильтрующий керамический конденсатор (C1) [5] расположен рядом с выводом VIN микросхемы. Этот конденсатор действует как энергетический резервуар, сглаживая мощные импульсы, которые в его отсутствие возвращались бы в источник питания постоянного тока

В зависимости от времени нарастания переключающих импульсов данный конденсатор может быть составлен из нескольких конденсаторов разных номиналов, чтобы охватить больший частотный диапазон. Блокировочный конденсатор, подключаемый к выводу VCC, также следует располагать максимально близко к этому выводу. Возможно, что и этот конденсатор также понадобится составить из нескольких конденсаторов. Для максимально эффективного отвода тепла под металлическим основанием микросхемы (exposed pad) следует предусмотреть несколько переходных отверстий, обеспечивающих тепловую связь с земляным полигоном.

Рис. 7. Изоляция между землями, точка их соединения и контур протекания сильного тока (обозначен
красной штриховой линией)

Контур протекания тока, показанный на рисунке 7 – самая важная область в импульсном источнике питания. Изоляция двух земель критична для стабильной работы, так как небольшие изменения в данном случае могут оказать значительное воздействие на эффективность и шумность источника питания, на уровень излучаемых им электромагнитных и радиочастотных помех. Поскольку по этому контуру протекают импульсные токи, для уменьшения индуктивности рассеяния (паразитной индуктивности) печатные проводники должны быть очень короткими и максимально широкими. Контур необходимо делать минимально возможным: простой поворот дросселя на 90° может на 20% улучшить характеристики платы. Для снижения индуктивности переходного отверстия при необходимости используют два, четыре или даже большее число параллельных переходных отверстий.

На рисунке 7 переходное отверстие обозначено в виде круга с маленьким кружком внутри, что означает подключение к полигону силовой земли (треугольный знак земли на схеме). Эти переходные отверстия служат для подключения к полигону силовой земли (PGND) на нижней стороне платы и для подключения к общей точке земли, обозначенной звездочкой. Кружки со знаком X внутри обозначают опорную или стабильную сигнальную землю. Они обеспечивают ее подключение к отдельному земляному полигону на нижней стороне платы и соединение с силовой землей в обозначенной звездочкой общей точке. Импульсные токи не должны оказывать влияние на аналоговую малосигнальную или опорную землю. По этой причине ее и следует соединять с силовой землей в обозначенной звездочкой точке, где воздействие процессов переключения минимально. Как правило – на втором (возвратном) выводе блокировочного конденсатора, первый вывод которого подключен к выводу VCC микросхемы.

Переходные отверстия в виде круга со знаком «+» внутри служат для подачи напряжения с выхода источника на вывод обратной связи микросхемы. Печатный проводник необходимо проложить так, чтобы он как можно быстрее и дальше уходил от дросселя и токового контура. Последовательно включенный резистор (R4) должен находиться максимально близко к выводу обратной связи, так как он вместе с входной емкостью на этом выводе образует фильтр нижних частот (рисунок 8).

Рис. 8. Резистор R4 размещен вблизи выхода источника питания, длинная печатная дорожка к выводу
обратной связи (FB/VO) работает как антенна

Неопытный проектировщик печатной платы может, посмотрев на принципиальную схему, установить R4 вблизи силового выхода, как это показано на рисунке 8. Поскольку дроссель представляет собой неэкранированную катушку из намотанного на ферритовый сердечник провода, он генерирует интенсивное электромагнитное поле. Это поле наводит помехи (обозначенные оранжевыми пунктирными кружками), попадающие на вывод обратной связи, что ведет к нестабильной работе схемы, так как проводник между выводом обратной связи и резистором R4 превращается в антенну, ловящую шумы на фронтах импульсов тока.

Рис. 9. Перекрестные помехи между проводами могут иметь емкостную, магнитную, электростатическую
природу или быть их комбинацией

На рисунке 9 провод A – мощный источник помех, а провод B – приемник с высоким импедансом. Уровень наводимых перекрестных помех может быть снижен путем увеличения расстояния между проводами или уменьшения импеданса провода B.

Вспомним, что хотя частота переключений может быть равна всего нескольким десяткам килогерц, на фронтах переключающих импульсов возникают ВЧ-колебания, которые создают перекрестные помехи и генерируют шум. Поскольку ВЧ-колебания могут попадать в диапазон частот до многих сотен мегагерц, их необходимо контролировать. Вот почему лучше подать сигнал с выхода источника на вывод обратной связи, как это показано на рисунке 10. Проводник проходит на отдалении от контура протекания мощных импульсов тока (рисунок 7) и дросселя L1. Резистор R4 ослабляет любые помехи, показанные оранжевыми кружками. Размещение R4 вблизи вывода обратной связи микросхемы MAX17501 повышает эффективность фильтра нижних частот, образованного R4 и внутренней емкостью.

Рис. 10. Надлежащая разводка сигналов минимизирует перекрестные помехи. Резистор R4 и внутренняя
емкость действуют как фильтр нижних частот, ослабляя помехи

Для объяснения базовых концепций мы рассмотрели, как следует проектировать печатную плату импульсного источника питания на микросхеме со встроенными ключевыми транзисторами. Информацию по разработке импульсных источников питания на микросхемах, управляющих внешними транзисторами, смотрите в других учебных материалах и статьях [6…9], опубликованных Maxim Integrated.

Заключение

Время, потраченное на тщательное проектирование печатной платы источника питания, принесет множество дивидендов и обеспечит эффективность и «чистоту» питания. В свою очередь, наличие качественного чистого напряжения питания и чистой земли, столь необходимых любому электронному устройству, станет хорошим фундаментом, на котором можно строить оставшуюся часть схемы. Другое преимущество для разработчика состоит в том, что при хорошем питании и чистой земле отладка других схем значительно упрощается. Поиск спорадических или перемежающихся ошибок при шумном питании и зашумленной земле может стать настоящим кошмаром. Опытные инженеры, понимая важность правильно спроектированного источника питания, никогда не жалеют на него времени и не перекладывают эту работу на плечи менее опытных коллег. Это действительно важно.

Литература

1. Maxim Integrated tutorial 3630. Power Supply and Ground Design for a WiFi Transceiver. Figures 2 and 3;
2. KEMET SPICE Software. Kemet. The Capacitance Company (Capacitor Self-Resonance) (Freeware)//(www.kemet.com/Spice);
3. Johanson Technology. JTIsoft (freeware)//(www.johansontechnology.com);
4. AVX Corporation Spice Software website//(www. avx.com/SpiApps/default.asp);
5. American Technical Ceramics. Circuit Designer’s Notebook (Capacitor handbook);
6. Maxim Integrated tutorial 2997. Basic Switching-Regulator-Layout Techniques. March 25. 2004;
7. Maxim Integrated application note 4944. Layout Guidelines Maximize Automotive Power-Supply Performance and Minimize Emissions;
8. Maxim Integrated tutorial 716. Proper Layout and Component Selection Controls EMI;
9. Maxim Integrated application note 3645. Correct Board Layout Lowers EMI of Switch-mode Converters.

Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.

•••

Общие вопросы трассировки печатных плат

Перед тем как приступить к этапу трассировки необходимо загрузить список цепей и
проект библиотеки с посадочными местами в редактор печатных плат,
сформировать контур печатной платы, выполнить компоновку. Кроме того, важным этапом предшествующим
компоновке и трассировке является настройка редактора печатных плат.
Далее рассмотрим этот вопрос подробнее на примере САПР Altium Designer.

Прежде всего, необходимо определить правила проектирования печатных плат.
На рисунке 1 приведены все доступные правила проектирования.

Как правило, конструктор применяет те из них, которые оказывают влияние на интерактивную трассировку,
которая применяется как эффективный метод реализации топологии. Именно интерактивная трассировка,
по сравнению с ручной трассировкой, позволяет в режиме «реального времени» отслеживать прокладку печатных проводников
в соответствии с заданными настройками в редакторе правил проектирования. Следует отметить, что правила проектирования
печатных плат должны соответствовать определенному классу точности печатной платы, требованиям технического задания,
а также технологическим требованиям предприятия-изготовителя, на котором будет реализована спроектированная печатная плата.

В первой группе — Electrical (электрические), расположены правила, учитывающие электрическое соединение компонентов.
Для интерактивной трассировки для этой группы представляет интерес правило Clearance (Зазоры) – см. рисунок 2.
Здесь задаются минимально допустимые зазоры для заданного класса точности между конструктивными элементами печатной платы.
Так для простой (simple) настройки это: зазоры между проводниками (Track to Track),
зазоры между планарной контактной площадкой и проводником (SMD Pad to Track),
зазоры между планарной контактной площадкой сквозного отверстия и проводником (TH Pad to Track),
зазоры между сквозным отверстием и проводником (Via to Track) и так далее.

Во второй группе — Routing , расположены правила, которые в большей степени учитываются при
интерактивной трассировке. Это, прежде всего, настройка правил для ширины печатного проводника — Width (см. рисунок 3).
Здесь задаются минимальное, максимальное и рекомендованное значения. При интерактивной трассировке автоматически
берется рекомендованное значение, тем не менее, в процессе трассировки можно переключаться на другую ширину
печатного проводника из заданного в правилах диапазона.

Также необходимо настроить стиль переходных отверстий – Routing Via Style (см. рисунок 4).
Здесь, аналогично правилам Width, задаются минимальное, максимальное и рекомендованное значения диаметра отверстия и его контактной площадки.

Кроме того, необходимо настроить правило для угла изгиба проводников Routing Corners (см. рисунок 5).

Если в проекте имеются дифференциальные цепи, то следует задать правила проектирования и для них в подгруппе
Differential Pairs Routing (см. рисунок 6).

После настройки правил проектирования можно приступить к компоновке электронных компонентов в пределах контура (габаритов печатной платы),
а затем к трассировке.

Как правило, в списке цепей, загруженных в редактор печатных плат, могут присутствовать: сигнальные цепи, цепи питания (VCC),
аналоговой «земли» (AGND), цифровой «земли» (DGND),
дифференциальные цепи, DDR-цепи. Рекомендуется сначала осуществлять трассировку сложных цепей, таких как дифференциальные цепи, DDR-цепи.
Далее следует трассировать сигнальные цепи, а затем цепи питания и земли, которым отводятся отдельные слои (как правило, внутренние),
выполненные в виде медных полигонов.

Ниже приводится перечень рекомендаций по трассировке печатных плат:

1. Принцип минимизации длины соединений. Сигнальные проводники выполняйте максимально короткими.
2. При переходе со слоя на слой, размещайте горизонтальные проводники на одной стороне печатной платы,
   а вертикальные на другой, либо соблюдайте этот принцип в местах пересечения проводников
   угол пересечения 90 градусов, проводники на верхней стороне печатной платы не должны выполняться параллельно проводникам на противоположной стороне).
3. Ширину печатного проводника выполняют в зависимости от протекающего тока.
   Для слаботочных аналоговых и цифровых цепей их выполняют, как правило, шириной 0,25 мм,
   что соответствует 3 классу точности печатных плат. Для цепей, по которым течет ток больше 0,3 А,
   ширину проводников следует увеличить. При выборе ширины сигнального печатного проводника используют правило 3/4:
   ширина проводника, подключаемого к контактной площадке не должна превышать ширину контактной площадки умноженную на 0,75.
   Для силовых цепей правило 3/4 можно не применять и использовать большую ширину печатного проводника.
4. Правильно располагайте переходные отверстия относительно контактных площадок и печатные проводники
   между контактными площадками (см. рисунок 7).

   

   Рисунок 7

5. Соединения между контактными площадками микросхем должны трассироваться вне зоны пайки.
   В противном случае неправильная трассировка приведет к некачественному контакту (см. рисунок 8).

   

   Рисунок 8

6. Правильно подсоединяйте печатные проводники к контактным площадкам SMD-компонентов
   с учетом пайки с целью избежать поворота этого компонента. Стрелками на рисунке показано направление миграции припоя,
   слева предпочтительный вариант, справа вариант, который может привести к повороту компонента (см. рисунок 9).

   

   Рисунок 9

7. При трассировке включите шаг сетки, совпадающий с шагом расположения компонентов
   (как правило, с шагом микросхем) – 1,27 мм, 0,635 мм. Для компонентов с другим шагом сетки следует либо уменьшить шаг сетки, либо отключить привязку к сетке.
8. При смене направления проводника следует применять угол изгиба 45 градусов или в виде дуги,
   так как при повороте в 90 градусов ток распределяется неравномерно (как следствие, перегрев проводника),
   кроме того на высоких частотах это приведет к тому, что данная часть схемы будет работать как антенна (см. рисунок 10).

   

   Рисунок 10

9. Если печатная плата многослойная, то выполняйте цепи питания и земли в виде полигонов
   (заливка медью желательно по всей площади печатной платы) и размещайте каждую из этих цепей
   на отдельном внутреннем слое друг относительно друга. Если печатная плата двусторонняя,
   то свободное пространство печатной платы, как на верхней стороне (Top), так и на нижней (Bottom),
   выполнить в виде полигона, подключенного к цепи земли (GND). Цепи питания развести широкими максимально
   прямолинейными проводниками без образования лишних перегибов и минимизацией количества сквозных отверстий между слоем Top и Bottom.
10. Для печатных плат с более чем четырьмя слоями следует располагать высокоскоростные сигнальные
    проводники между полигонами земли и питания, а низкочастотным отводить внешние слои.
11. Следует разделять земли на аналоговую (AGND) и цифровую части (DGND) для подавления шума.
    При этом нельзя допускать перекрытий аналоговых и цифровых полигонов. Однако разделение не означает электрической изоляции
    аналоговой от цифровой земли, они должны соединяться вместе в узле с низким импедансом. Данный узел, будет являться выводом
    заземления для систем с питанием от сетевого переменного напряжения или общим выводом для систем с питанием от постоянного напряжения.
    Все сигнальные токи и токи питания в этой схеме должны возвращаться к этой земле в одну точку, которая будет служить системной землей.

    При этом точка соединения должна располагаться максимально близко к месту входа тока питания на плату.
    Здесь возможны три случая:

    — одноточечное соединение для печатных плат, работающих в диапазоне частот от 1 Гц до 10 МГц
    (последовательное соединение увеличивает импеданс земли) и при максимальной длине печатного проводника равной 1/20 длины волны;

    — многоточечное соединение рекомендуется применять на высоких частотах,
    так как такое соединение имеет меньший импеданс по сравнению с одноточечным соединением.
    При этом следует учитывать, что если имеются на печатной плате функциональные узлы и высокочастотные и низкочастотные,
    то ближе к земле располагают высокочастотные узлы, а низкочастотные располагают ближе к линии питания;

    — комбинированное соединение рекомендуется применять, если на печатной плате имеется цифрой, аналоговый или силовой функциональные узлы.

12. Шины питания и земли должны находиться под одним потенциалом по переменному току,
    что подразумевает использование конденсаторов развязки и распределенной емкости. Следует отметить,
    что развязывающие конденсаторы допустимо использовать на частотах более низких, чем частота их собственного резонанса,
    до тех пор, пока их импеданс на этих частотах остается достаточно низким.
13. Располагайте шины и полигоны аналогового питания над полигоном аналоговой земли (аналогично для шин цифрового питания).
    Аналоговые сигнальные проводники располагайте над/под аналоговой землёй (AGND), следите, чтобы аналоговые сигнальные проводники пересекали
    только аналоговые проводники.
14. Правильно разделяйте контактные площадки от полигонов. Контактные площадки,
    которые соединяются полигоном необходимо отделять термобарьером, который позволяет предотвратить
    неравномерный прогрев площадки при пайке (см. рисунок 11).

    

    Рисунок 11

15. На высоких частотах (ГГц) полигоны в многослойной печатной плате нужно соединять в нескольких местах
    сквозными отверстиями по принципу «клетка Фарадея» (см. рисунок 12).

    

    Рисунок 12

16. Не забывайте использовать термобарьеры для пайки для штыревых компонентов и SMD-компонентов,
    подключенных к полигону залитому медью. Термобарьеры позволяют улучшить технологичность платы для процесса монтажа,
    в особенности для пайки «волной припоя» (см. рисунок 13).

    

    Рисунок 13

17. Полигоны необходимо размещать с обеих сторон печатной платы равномерно.
    Здесь следует различать сплошную заливку при реализации полигона и в виде сетки.
    Сплошная заливка может привести к деформации печатной платы при неравномерном их распределении,
    но позволяет получить меньший импеданс, по сравнению с заливкой в виде сетки.
    При заливке в виде сетки следует применять шаг не более 13 мм.
18. При реализации полигонов могут образовываться изолированные медные участки,
    которые на высоких частотах могут создавать помехи. В связи с этим такие участки должны быть удалены.

После того как трассировка печатной платы выполнена, необходимо проверить корректность трассировки согласно
правилам проектирования, заданных в настройках правил проектирования. Для этого необходимо просто
запустить модуль проверки правил DRC (design rule checker).
Если ошибок не обнаружено, то этап трассировки печатной платы можно считать завершенным.
Дополнительно о трассировке печатных плат вы можете прочитать в статье, перейдя по ссылке
Основы трассировки печатных плат. Высокоскоростной дизайн. Часть 1.

ГлавнаяСтатьиТоп-10 ошибок разработчиков при проектировании печатных плат

Читайте также

Полезная рассылка

Подпишитесь на рассылку и получайте полезную
информацию, скидки и специальные
предложения первыми

Что самое важное при разработке печатных плат (PCB)? Давайте рассмотрим несколько основных моментов, о которых следует всегда помнить разработчику, если он хочет создать по-настоящему технологичные в изготовлении, функциональные и надежные платы. Здесь приведен перевод статьи [1] (автор David Marrakchi), опубликованной на сайте Altium.

Когда Вы начинаете новый проект платы, довольно просто отбросить эти основные советы, потому что мысли в основном сосредоточены на дизайне схемы и/или ПО. Но это скорее всего позже приведет к неприятным последствиям, которые уже сложно будет исправить и они доставят много головной боли. Схема будет работать не так качественно, как ожидалось, у сборщика появятся трудности в производстве, и т. п. Ниже рассмотрены несколько самых важных моментов, помогающих разработать хорошие, качественные печатные платы.

[1. Следует хорошо знать и использовать спецификации производства]

Перед тем, как начать непосредственную разводку, уделите некоторое время на изучение ограничений, которые накладывает производитель при производстве плат. Можно позвонить производителю, написать ему email с просьбой выслать его требования по минимально допустимой ширине дорожки, минимальному расстоянию между дорожками и т. п. Часто эта информация находится на сайте производителя (типичный пример см. в [10]), и требования к параметрам изготовляемой платы делятся по классам точности (от класса точности зависит цена производства).

Для чего это нужно? Чтобы предварительно настроить правила трассировки (Design Rules), систему проверки дизайна на соответствие заданным ограничениям (Design Rules Check, DRC). Если изначально соблюдать правила заданной технологии, то будет проще выполнить всю работу, не потребуется тратить лишнее время на исправление ошибок, которые могут выявиться на этапе производства.

[2. Тщательно размещайте компоненты]

Стадия разработки, когда Вы размещаете компоненты на PCB, требует как искусства, так и научных знаний. Требуется выбрать стратегию размещения, реализующую наиболее выгодный компромисс по удовлетворению требований к разработке. Этот процесс может быть сложным, и от того, как Вы расположите детали на плате, будет зависеть как сложность производства изделия, так и его работоспособность.

При размещении компонентов полезно пользоваться функцией привязки к координатной сетке (snap-to-grid), эта опция должна быть разрешена. Обычно для первичного размещения деталей используют шаг координатной сетки 50 mil. Хотя размещение обычно начинают с выбора места и положения коннекторов, светодиодов, кнопок, схем питания, деталей точных схем, критических узлов и т. д., есть несколько специальных моментов, которые следует учитывать:

Ориентация. Убедитесь, что ориентация похожих компонентов совпадает. Например, электролитические конденсаторы, диоды и т. п. по возможности должны направлять свой положительный электрод в одну сторону. Это поможет в эффективной и безошибочной пайке.

Размещение. Современное технологическое оборудование автоматического монтажа позволяет применять минимальные интервалы между компонентами до 0.2 мм и от края платы 1 мм. Однако использование таких предельных значений в разработке вряд ли оправдано, потому что усложняет монтаж и ремонтопригодность изделия, снижает его надежность. Рекомендуется сохранять интервалы между компонентами не менее 0.5 — 1.25 мм (в зависимости от типа корпуса).

Избегайте размещения компонентов со штыревыми выводами на стороне пайки (нижняя часть платы, Bottom).

Организация. Рекомендуется размещать все монтируемые на поверхность детали (Surface Mount, SMT, или SMD) только на одной стороне платы (обычно на верхней, Top). Одностороннее размещение деталей упрощает и удешевляет монтаж. Если плата сложная, и на ней есть как SMD-компоненты, так и компоненты со штыревыми выводами (through-hole, TH), то TH-компоненты разместите (по возможности) на верхней стороне платы, а SMD-компоненты на нижней. Это минимизирует операции по сборке (монтажу) платы.

Следует учесть, что если на плате имеются смешанные по технологии пайки компоненты (есть как TH, так и SMD детали), то это заставит производителей предпринимать дополнительные шаги для сборки платы, что удорожает производство.

Если Вы не нашли компонент в библиотеке, то потребуется его создать. Уделите особое внимание зазорам между контактными площадками и окнам в маске. Маска должна обязательно образовывать окна для каждого вывода, не делайте общее окно для группы выводов. Не соблюдение этого правила может привести к коротким замыканиям мостиками припоя между выводами.

Автотрасировщик может подсказать, насколько хорошо выполнено размещение деталей (см. далее).

[3. Разделение по функционалу]

Скорее всего Вы уже знаете, что мощные схемы, где есть высокие напряжения и большие импульсные токи, могут генерировать значительные помехи, влияющие на работку маломощных прецизионных схем. Чтобы снизить факторы помех, выполните следующие рекомендации:

Разделение. Убедитесь, что шина высокоточной земли и шина земли схем управления или шина земли чувствительных аналоговых схем разведены отдельно. Если они требуют соединения, то должны соединяться друг с другом только в одной точке, максимально близко к месту входа тока питания на плату. Общий принцип — ток потребления, протекающий по шине земли от мощной части схемы, не должен вносить помехи своим падением напряжения на другие, чувствительные части схемы.

Размещение. Если Вы размещаете заливку земли (ground plane) на внутреннем слое платы, то убедитесь, что существуют многочисленные надежные, с низким импедансом соединения этой заливки с другими проводниками земли, находящимися на верхней и нижней сторонах платы. Это снизит риск наводки токами питания помех на чувствительные сигналы управления. Основная рекомендация — стараться отделять друг от друга цифровую и аналоговую земли, идеальный вариант полная их изоляция друг от друга (применяется в особо точных приборах).

Развязка. Чтобы снизить емкостные паразитные связи из-за размещения проводников над большими заливками земли/питания и под ними, постарайтесь выполнить разводку таким образом, чтобы аналоговые сигнальные проводники проходили только над/под аналоговой заливкой земли и пересекали только аналоговые проводники. Это поможет снизить влияние помех от импульсных напряжений и токов, генерируемых быстро переключающимися цифровыми сигналами.

Пример разделения на плате цифровой (DIGITAL) и аналоговой (ANALOG) частей схемы:

[4. Трассировка питания, земли и сигналов]

Когда компоненты размещены, самое время заняться шинами питания, земли и важными сигнальными проводниками, которые Вы хотите развести качественно, чтобы на них было меньше всего посторонних помех. На этой стадии разработки нужно учитывать следующее:

Размещение заливок питания и земли (Power Plane, Ground Plane). Если плата многослойная, то всегда рекомендуется заливки земли и питания разместить на двух внутренних слоях, и разместить их друг относительно друга симметрично, желательно чтобы каждая такая заливка занимала всю площадь платы. Это поможет защитить плату от изгибов и перенапряжений, что может повлиять на правильность позиционирования компонентов при монтаже. Если плата двухсторонняя, то для питания интегральных схем рекомендуется использовать широкие, прямолинейно проложенные проводники, без образования петель. Идеальный вариант — залить все свободное пространство платы шиной земли, как на верхней, так и на нижней стороне платы, а шины питания (+5V, +3.3V) развести широкими, максимально прямолинейными проводниками, без образования лишних петель при переходе от одной микросхемы к другой, с минимизацией переходов между слоями.

Сигнальные проводники. После прокладки питания разведите ответственные сигнальные цепи в соответствии с рекомендациями по построению Вашей схемы. Всегда рекомендуется такие проводники делать максимально короткими, проводимыми непосредственно от компонента к компоненту. При плотной разводке когда возникают сложности в трассировке и необходимо делать переходы с одной стороны платы на другую (с помощью металлизированных переходных отверстий, via) старайтесь размещать горизонтальные проводники на одной стороне платы и соответственно вертикальные на противоположной.

Определение толщины проводников. Когда ток течет через медные проводники платы, он может их довольно сильно нагревать. Чем больше ширина проводника, тем меньше его сопротивление, и меньше нагрев. Но нельзя бесконечно увеличивать ширину проводника, нужен определенный компромисс. Поэтому управление шириной проводников — один из многих способов сбалансировать нагрев печатной платы и уменьшить сопротивление проводников.

Скорее всего Ваша разработка будет иметь цепи разного класса — одни проводники будут передавать большие токи, другие маленькие. Этот факт будет диктовать необходимую ширину проводников на плате. Базовая рекомендация — для слаботочных аналоговых и цифровых цепей рекомендуется делать проводники шириной 10 mil (mil равен одной тысячной дюйма, или 0.0254 мм). Когда цепи будут передавать ток больше 0.3A, их следует делать шире. Есть удобный онлайн-калькулятор [2], упрощающий процесс вычисления параметров проводников. В следующей таблице приведены грубые рекомендации по выбору толщины проводников в зависимости от силы тока. Следует также учитывать длину проводников. Длинные проводники следует стараться делать шире, если по ним протекают значительные токи, это позволит снизить сопротивление проводника и падение напряжения на нем. Небольшой совет — если есть возможность сделать ширину проводников больше, чем требуется, то сделайте это! Когда Вы с запасом отвечаете требованиям как производителя, так и дизайна, меньше шансов того, что плата окажется бракованной, или будет работать не так, как ожидалось.

Ширина дорожки	Допустимый ток
10 mil	0.3 A
15 mil	0.4 A
20 mil	0.7 A
25 mil	1.0 A
50 mil	2.0 A
100 mil	4.0 A
150 mil	6.0 A

Назначьте цепям питания (GND, VCC и т. п.) отдельный класс, и назначьте ему увеличенную минимальную ширину проводника. Тогда автороутер будет прокладывать эти цепи проводниками заданной толщины. Дополнительное преимущество — по толщине проводников проще ориентироваться в разводке платы.

Контактные площадки SMD. Паяльная паста, и особенно расплавляемый припой ведет себя как обычная жидкость, обладающая поверхностным натяжением. В момент пайки это натяжение может смещать монтируемый компонент (особенно это касается SMD-резисторов и конденсаторов). Поэтому не только важно, чтобы паяльная паста имела достаточную влажность и вязкость, но также чтобы размеры площадок для пайки SMD-компонентов строго соответствовали рекомендованным (рекомендуемые размеры площадок можно узнать в даташите на компонент). Если не соблюдать это правило, например если предусмотрено «универсальное» посадочное место для пайки как корпуса 0805, так и корпуса 1208, то поверхностное натяжение расплавленного припоя может привести к перекосу компонентов и даже «могильным камешкам» (thumbstone).

Подсоединение проводников к контактным площадкам. Обратите внимание на разводку проводников по отношению к местам пайки (контактным площадкам) с целью избежать поворота SMD-компонента при пайке. На рисунках ниже показаны примеры правильной и неправильной разводки по отношению к контактным площадкам.

Предпочтительная разводка проводников (стрелками показана миграция припоя):

Нежелательная разводка, которая может привести к повороту SMD-компонента при пайке (стрелками показана миграция припоя):

Диаметры сверл и переходные отверстия. Насколько это возможно, снизьте ассортимент диаметров отверстий, используемых на печатной плате для монтажа TH-компонентов и переходов между слоями. Постарайтесь минимизировать количество сквозных и слепых переходных отверстий для разводки сигнальных проводников (это не касается отверстий, предназначенных для соединения накоротко заливок медью шин земли и питания). По возможности совсем исключите из дизайна слепые переходные отверстия. Это повысит технологичность, надежность платы, её пригодность для ремонта и тестирования.

Зазоры. При разводке необходимо оставлять достаточно места между проводниками различных цепей (зазор, clearance). Почему? Если Вы слишком близко проложите проводники, то повышается риск коротких замыканий между дорожками, образующихся в процессе производства платы. Помните, что процесс производства PCB не на 100% точен, поэтому всегда необходимо для безопасности выдерживать зазор минимум от 7 до 10 mil между соседними дорожками и контактными площадками для пайки деталей.

Особенно важны зазоры между проводником и контактными площадками для пайки. Минимальный допустимый зазор, как и толщина проводников, в общем случае определяется классом точности печатной платы [8], однако хорошей рекомендацией будет не допускать зазоры между контактными площадками и между контактными площадками и токопроводящим рисунком других цепей меньше 7 mil, лучше всего делать зазоры 10 mil. Слишком маленькие зазоры повышают риск возникновения коротких замыканий из-за мостиков припоя и ошибок в производстве самой печатной платы. Также зазоры нужно увеличивать, если проводник находится под высоким напряжением относительно других цепей.

При разводке проводников включите привязку к координатной сетке (snap-to-grid). Шаг координатной сетки 50 mil будет хорошим начальным выбором. Снижение шага до 25 mil может помочь в работе по разводке более плотной платы. Выключение привязки к координатной сетке (или включение очень мелкого шага) может понадобится при подключении проводников к выводам компонентов, которые используют необычный шаг выводов.

Общей практикой является ограничение направлений разводки горизонтальными, вертикальными проводниками, и проводниками под 45 градусов. При прокладке тонких проводников избегайте острых углов при поворотах трассы. Проблема здесь состоит в том, что внешний угол может быть вытравлен сильнее, в результате чего в этом месте проводник получится слишком тонким. Для резких поворотов проводника используйте скругление углов сегментами, направленными под 45 градусов.

Монтажные отверстия. Не забывайте оставлять достаточный интервал между монтажным отверстием и токопроводящим рисунком, чтобы металлическая стойка, винт или шайба не вызвали нежелательного замыкания. Помните, что паяльная маска не может служить хорошим изолятором — она слишком тонкая, и легко разрушается от механического воздействия.

[5. Борьба с нагревом]

Сталкивались ли Вы с ситуациями, когда из-за повышенной температуры ухудшалась работа схемы или даже она вовсе выходила из строя? Эта проблема часто возникает, если не уделить достаточно внимания рассеиваемой компонентами мощности и охлаждению. Ниже приведено несколько советов, помогающих избежать проблем с перегревом и пайкой.

Идентифицируйте проблемные компоненты. Сначала нужно определить, какие компоненты на плате будут больше всего нагреваться. В этом может помочь изучение даташита на компонент и проверка его реальных условий работы в схеме. Обращайте внимание на термосопротивление корпуса (параметр Thermal Resistance) и рекомендации по монтажу и использованию компонента. Конечно, при необходимости должны быть добавлены радиаторы и вентиляторы, чтобы снизить температуру компонента. Также нужно стараться удалить сильно нагревающиеся компоненты от других нагревающихся компонентов и деталей, чувствительных к нагреву (например, от электролитических конденсаторов).

Добавление термобарьера. Термобарьер для пайки (Thermal Relief) — очень полезная технология, улучшающая технологичность платы для процесса её монтажа. Особенно это критично для плат, которые паяются в массовом производстве методом «волна припоя» (wave soldering) и для сборки сложных многослойных плат. Без наличия термобарьера на штыревых выводах компонентов, подключенных к заливке земли (и даже иногда для пайки SMD-компонентов на заливку меди) трудно контролировать температуру припоя в месте пайки. Термобарьер помогает качественной пайке, припой хорошо растечется по всему металлизированному отверстию или месту пайки, что уменьшает риск образование «ложной» пайки.

Общая рекомендация — всегда используйте термобарьер для любого сквозного отверстия, предназначенного для пайки. Также это касается и массивных точек пайки SMD-компонентов, когда они находятся на заливках меди. Исключением из этого правила могут быть случаи, когда такая заливка специально предназначена для охлаждения компонента, но в таком случае должны быть предусмотрены специальные условия для пайки (например, нижний подогрев платы). Типичный термобарьер для места пайки штыревого вывода:

В дополнение термобарьерам применяйте скругления металлом к площадке пайки (teardrops) в тех местах, где проводник, покрытый маской, соединяется с местом пайки, свободным от маски. Это поможет снизить механический и термальный стресс, наносимый проводникам при пайке, будет меньше риск их повреждения и расслоения.

[6. Пользуйтесь автороутером!]

Многие разработчики слепо верят, что автоматический трассировщик мало чем может помочь в разводке. Основная аргументация такого подхода — программный автомат никогда не сможет лучше человека учесть все нюансы разработки. Но это ошибка! Если правильно составить стратегию разводки и соответствующим образом выбрать ограничения дизайна, то автороутер может сэкономить Вам много времени, избавив от монотонной работы [6]. Конечно, автороутер не может выполнить за Вас почти всю работу (за исключением совсем простых проектов). Ваша задача корректировать его поведение и вручную разводить проблемные и особо ответственные цепи, чередуя итерации автоматической и ручной разводки.

Также не стоит впадать в другую крайность и считать, что автороутер может решить все Ваши проблемы. Автотрассировщики, сколь хороши они ни были, никогда не заменят целиком трассировку саму по себе, и должны использоваться только по нескольким причинам, включая следующие:

Размещение компонентов. Автороутер может помочь приблизительно оценить, насколько оптимально расположены компоненты на печатной плате. Вы можете попробовать использовать автороутер после того, как разместите все свои компоненты, чтобы результат разводки автороутера показал, насколько качественную разводку при таком размещении можно получить. Если автороутер развел меньше 85%, то этот может означать, что требуется более тщательно подобрать места для расположения деталей на плате.

Узкие места трассировки. Также можно использовать автороутер для выявления проблемных мест и других критических точек соединений, которые сразу не видны в процессе размещения компонентов.

Подсказка. И наконец, автороутер можно использовать как источник новых идей в поиске пути трассировки некоторых соединений. Быстрый запуск автотрассировщика может показать новый путь для разводки, который Вы ранее не рассматривали.

Помимо этих причин не рекомендуется полностью полагаться на результат автоматической разводки. Почему? Скорее всего автоматическая разводка не будет достаточно точна, и особенно если Вы любите красивую/симметричную разводку, то автороутер наверняка разочарует. И что более важно — ручная трассировка (при условии наличии достаточного опыта) позволит наиболее качественно выполнить все соединения. Трассировка — кропотливый процесс, требующий терпения и любви к своей работе, чтобы можно получить желаемые результаты. ИМХО самый оптимальный вариант — комбинировать итерации ручной разводки и запуска автороутера, чтобы максимально ускорить получение удовлетворительного результата.

[7. Используйте переходные отверстия для отвода тепла]

Последний совет касается того, как можно использовать переходные отверстия (via). Они не только могут предоставить соединение между слоями платы, но также дополнительный способ теплоотвода.

Это становится особенно удобно, если у применяемого мощного компонента есть специальная контактная площадка для отвода тепла (die), предназначенная для пайки на площадку фольги. Если Вы сделаете на этой контактной площадке несколько переходных отверстий до полигона на обратной стороне платы, то тепло будет лучше рассеиваться, и система будет работать надежнее.

[8. Тщательно проверяйте свою работу]

Всегда рекомендуется воспользоваться инструментами автоматической проверки, чтобы не быть озадаченным проблемами, возникающими в процессе производства, сборки и тестирования. К таким инструментам относятся проверка электрических правил (Electrical Rules Check, ERC) и проверка правил разводки (Design Rules Check, DRC), они проверяют, удовлетворяет ли дизайн установленным ограничениям. Эти две системы контроля позволяют просто управлять зазорами, шириной проводников, общими шагами производства, требованиями к высокоскоростным цепям.

Когда тесты ERC и DRC [3, 4] покажут отсутствие ошибок, рекомендуется на всякий случай проверить трассировку каждого сигнала, чтобы убедиться в том, что ничего не упустили. Собственно для этой цели и выполняется рисование принципиальной схемы в таких системах разработки плат, как Altium Designer и других подобных. Если принципиальная схема создана правильно то наверняка и печатная плата не будет содержать грубых ошибок после успешного прохождения тестов ERC и DRC.

Убедитесь, что печатная плата содержит качественную маркировку шелкографией важных мест, и имеются специальные маркеры, предназначенные для автоматизированной сборки и тестирования. Размещение шелкографии и SMD-компонентов только на верхней стороне платы не только удешевляет производство самой платы, но и еще позволяет быстрее определить верхнюю сторону платы при ручном монтаже.

Некоторые интегрированные системы разработки создают трехмерные модели готовой, смонтированной печатной платы [7]. 3D-модель еще до сборки помогает лучше разобраться в технологичности платы, позволяет бросить общий взгляд на готовое изделие и выявить недостатки, которые были незаметны на этапе разработки. Например, компоненты с металлическим корпусом (радиатор, кварцевый резонатор, батарея) могут вызвать неожиданные замыкания с токопроводящим рисунком. Трехмерная модель позволяет лучше выявить места возможных проблем.

[Ссылки]

1. Top 5 PCB Design Guidelines Every PCB Designer Needs to Know site:altium.com.
2. Trace Width Calculator site:4pcb.com.
3. Electrical Rules Check (ERC) site:altium.com.
4. Design Rules Check (DRC) site:altium.com.
5. Использование Altium Designer для разводки печатных плат.
6. Эффективная трассировка печатных плат в Eagle.
7. Eagle3D: как сделать объемную модель печатной платы.
8. Классы точности печатных плат (PCB).
9. The Top 10 PCB Routing Tips for Beginners site:autodesk.com.
10. JLCPCB Capabilities.
11. 7 правил проектирования печатных плат site:habr.com.