Lochraster sind ideal für prototyping-schaltungen, aber Sie sind nicht so gut für die tatsächlich mit dem Ding, das Sie erstellen. Irgendwann möchten Sie wahrscheinlich ein Projekt dauerhafter machen. Der beste Weg, das zu tun, ist es auf einer Leiterplatte zu setzen.
In diesem Tutorial werde ich Sie durch den Prozess der Gestaltung eines PCB-Layouts und bekommen es von einem benutzerdefinierten PCB-Hersteller gedruckt., Die Leistung Ihrer Schaltung hängt stark davon ab, wie sie auf der Leiterplatte ausgelegt ist, daher gebe ich Ihnen viele Tipps zur Optimierung Ihres Designs.
Sie können PCB zu Hause immer mit einem Prozess ätzen, der der Entwicklung von Drucken aus fotografischem Film ähnelt. Aber diese Methode ist chaotisch und verwendet viele Chemikalien. Es ist viel einfacher (und billiger), Ihre Leiterplatte von einem professionellen Hersteller herzustellen. Um den Prozess zu demonstrieren, verwende ich einen Online-Dienst namens EasyEDA, um ein PCB-Layout für einen LM386-Audioverstärker zu entwerfen, dann lasse ich es herstellen und zeige Ihnen die Ergebnisse., Ihre Kostenlose online-design-software ist einfach zu bedienen und die Preise sind sehr erschwinglich.
Alles beginnt mit einem Schaltplan
Bevor Sie mit dem Entwerfen Ihrer Leiterplatte beginnen, ist es eine gute Idee, einen Schaltplan Ihrer Schaltung zu erstellen. Das Schema dient als Blaupause für das Auslegen der Spuren und das Platzieren der Komponenten auf der Leiterplatte. Außerdem kann die PCB-Bearbeitungssoftware alle Komponenten, Fußabdrücke und Drähte in die PCB-Datei importieren, was den Designprozess erleichtert (mehr dazu später).,
Melden Sie sich zunächst bei EasyEDA an und erstellen Sie ein neues Projekt:
Klicken Sie auf der Startseite auf die Registerkarte „Neues Schema“:
Jetzt sehen Sie eine leere Leinwand, auf der Sie das Schema zeichnen können:
Platzieren Sie am besten alle Ihre schematischen Symbole auf der Leinwand, bevor Sie Drähte zeichnen. In EasyEDA befinden sich schematische Symbole in“Bibliotheken“., Die standardmäßige EasyEDA-Bibliothek enthält die meisten gängigen Symbole, aber es gibt auch „benutzergenerierte Bibliotheken“ mit vielen anderen Symbolen:
Jedem von Ihnen verwendeten Schaltplansymbol muss ein PCB-Footprint zugeordnet sein. Der PCB-Fußabdruck definiert die physikalischen Abmessungen der Komponente und die Platzierung der Kupferpads oder Durchgangslöcher. Jetzt ist ein guter Zeitpunkt, um zu entscheiden, welche Komponenten Sie verwenden werden.,
Den schematischen Symbolen in der EasyEDA-Bibliothek sind bereits Fußabdrücke zugeordnet, sie können jedoch geändert werden, wenn Sie eine andere Größe oder einen anderen Stil verwenden:
Um den Fußabdruck zu ändern, der einem schematischen Symbol zugeordnet ist, suchen Sie in den „benutzergenerierten“ Bibliotheken nach einem Fußabdruck, der der Komponente entspricht, die Sie verwenden., Sobald Sie es gefunden haben, klicken Sie auf das Herzsymbol, um es zu „favorisieren“:
Kopieren Sie dann den Namen der Komponente:
Klicken Sie nun auf das Symbol im Schaltplaneditor und fügen Sie den Namen des neuen Footprint in das Feld „Paket“ im rechten Seitenleistenmenü ein (sehen Sie sich das Video unten für eine Demonstration an):
Sobald alle Ihre Symbole auf dem Schaltplan platziert sind und Sie jedem Symbol Fußabdrücke zugewiesen haben, ist es Zeit, mit dem Zeichnen der Drähte zu beginnen., Anstatt die Details von all dem in diesem Artikel zu erklären, habe ich ein Video gemacht, damit Sie mir beim Zeichnen des Schemas für meinen LM386-Audioverstärker zusehen können:
Nachdem die Verkabelung abgeschlossen ist, ist es eine gute Idee, die Symbole zu beschriften. Die Etiketten werden auf das Leiterplattenlayout übertragen und schließlich auf die fertige Leiterplatte gedruckt. Jedes symbol hat einen Namen (R1, R2, C1, C2, etc.) und Wert (10 µF, 100 Ω, etc.), die durch Klicken auf das Etikett bearbeitet werden kann.,
Der nächste Schritt besteht darin, den Schaltplan in den Leiterplatteneditor zu importieren, aber bevor wir das tun, lassen Sie uns über einige Dinge sprechen, die Sie beim Entwerfen Ihrer Leiterplatte beachten sollten.
PCB Design Optimization
Identifizieren Sie, was jeder Teil Ihrer Schaltung tut, und teilen Sie die Schaltung in Abschnitte nach funktion. Zum Beispiel hat meine LM386 – Audioverstärkerschaltung vier Hauptabschnitte: ein Netzteil, einen Audioeingang, den LM386 und einen Audioausgang. Es kann hilfreich sein, an dieser Stelle einige Diagramme zu zeichnen, um das Design zu visualisieren, bevor Sie mit dem Auslegen beginnen.,
Halten Sie die Komponenten in jedem Abschnitt im selben Bereich der Leiterplatte gruppiert, um die leitenden Leiterbahnen kurz zu halten. Lange Spuren können elektromagnetische Strahlung von anderen Quellen aufnehmen, was zu Störungen und Geräuschen führen kann.
Die verschiedenen Abschnitte Ihres Stromkreises sollten so angeordnet sein, dass der Pfad des elektrischen Stroms so linear wie möglich ist. Die Signale in Ihrer Schaltung sollten in einem direkten Weg von einem Abschnitt zum anderen fließen, wodurch die Spuren kürzer bleiben.
Jeder Abschnitt des Stromkreises sollte mit separaten Spuren gleicher Länge versorgt werden., Dies wird als Sternkonfiguration bezeichnet und stellt sicher, dass jeder Abschnitt eine gleiche Versorgungsspannung erhält. Wenn Abschnitte in einer Daisy-Chain-Konfiguration verbunden sind, erzeugt der Strom, der aus Abschnitten gezogen wird, die näher an der Versorgung liegen, einen Spannungsabfall und führt zu niedrigeren Spannungen an Abschnitten, die weiter von der Versorgung entfernt sind:
Leiterplattenform und-größe
Es ist nicht ungewöhnlich, runde, dreieckige oder andere interessante Leiterplattenformen zu sehen. Die meisten Leiterplatten sind so klein wie möglich, aber das ist nicht notwendig, wenn Ihre Anwendung es nicht erfordert.,
Wenn Sie die Leiterplatte in ein Gehäuse einbauen möchten, können die Abmessungen durch die Größe des Gehäuses begrenzt sein. In diesem Fall müssen Sie die Abmessungen des Gehäuses kennen, bevor Sie die Leiterplatte so auslegen, dass alles hineinpasst.
Die von Ihnen verwendeten Komponenten wirken sich auch auf die Größe der fertigen Leiterplatte aus. Zum Beispiel sind oberflächenmontierte Komponenten klein und haben ein niedriges Profil, so dass Sie die Leiterplatte kleiner machen können. Durchgangslochkomponenten sind größer, aber sie sind oft leichter zu finden und leichter zu löten.,
Benutzeroberflächen
Die Position von Komponenten wie Stromanschlüssen, Potentiometern, LEDs und Audiobuchsen in Ihrem fertigen Projekt beeinflusst die Anordnung Ihrer Leiterplatte. Benötigen Sie eine LED in der Nähe eines Netzschalters, um anzuzeigen, dass sie eingeschaltet ist? Oder müssen Sie ein Lautstärkepotentiometer neben ein Verstärkungspotentiometer stellen? Für die beste Benutzererfahrung müssen Sie möglicherweise einige Kompromisse eingehen und den Rest Ihrer Leiterplatte an den Standorten dieser Komponenten entwerfen.,
Leiterplattenschichten
Größere Schaltungen können auf einer einschichtigen Leiterplatte schwierig zu entwerfen sein, da es schwierig ist, die Leiterbahnen zu verlegen, ohne sich zu kreuzen. Möglicherweise müssen Sie zwei Kupferschichten verwenden, deren Spuren auf beiden Seiten der Leiterplatte verlegt sind.
Die Spuren auf einer Ebene können mit einem via mit der anderen Ebene verbunden werden. Ein via ist ein verkupfertes Loch in der Leiterplatte, das die obere Schicht elektrisch mit der unteren Schicht verbindet., Sie können auch obere und untere Leiterbahnen am Durchgangsloch einer Komponente verbinden:
Erdschichten
Einige Doppelschichtplatten haben eine Erdschicht, wobei die gesamte untere Schicht mit einer Kupferebene bedeckt ist, die mit Masse verbunden ist. Die positiven Spuren werden oben verlegt und Verbindungen zur Erde werden mit Durchgangslöchern oder Vias hergestellt. Erdschichten eignen sich gut für störanfällige Schaltungen, da die große Kupferfläche als Abschirmung gegen elektromagnetische Felder dient. Sie helfen auch, die von den Komponenten erzeugte Wärme abzuführen.,
Schichtdicke
Bei den meisten Leiterplattenherstellern können Sie verschiedene Schichtdicken bestellen. Kupfergewicht ist der Begriff, den Hersteller verwenden, um die Schichtdicke zu beschreiben, und es wird in Unzen gemessen. Die Dicke einer Schicht beeinflusst, wie viel Strom durch den Stromkreis fließen kann, ohne die Leiterbahnen zu beschädigen. Die Leiterbahnbreite ist ein weiterer Faktor, der beeinflusst, wie viel Strom sicher durch die Schaltung fließen kann (siehe unten). Um sichere Werte für Breite und Dicke zu bestimmen, müssen Sie die Stromstärke kennen, die durch die betreffende Spur fließt., Verwenden Sie einen Online-Leiterbahnbreitenrechner, um die ideale Leiterbahndicke und-breite für eine bestimmte Stromstärke zu bestimmen.
Leiterplattenspuren
Wenn Sie sich eine professionell gestaltete Leiterplatte ansehen, werden Sie wahrscheinlich feststellen, dass sich die meisten Kupferspuren in einem Winkel von 45° biegen. Ein Grund dafür ist, dass 45° – Winkel den elektrischen Weg zwischen den Komponenten im Vergleich zu 90° – Winkeln verkürzen., Ein weiterer Grund ist, dass Logiksignale mit hoher Geschwindigkeit von der Rückseite des Winkels reflektiert werden können und Störungen verursachen:
Wenn Ihr Projekt digitale Logik oder Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsprotokolle über 200 MHz verwendet, sollten Sie wahrscheinlich 90° – Winkel und Vias in Ihren Spuren vermeiden. Bei langsameren Geschwindigkeitskreisen haben 90° – Spuren keinen großen Einfluss auf die Leistung Ihrer Schaltung.
Leiterbahnbreite
Wie die Schichtdicke beeinflusst die Breite Ihrer Leiterbahnen, wie viel Strom durch Ihre Schaltung fließen kann, ohne die Schaltung zu beschädigen.,
Die Nähe von Spuren zu Komponenten und benachbarten Spuren bestimmt auch, wie breit Ihre Spuren sein können. Wenn Sie eine kleine Leiterplatte mit vielen Leiterbahnen und Komponenten entwerfen, müssen Sie die Leiterbahnen möglicherweise verengen, damit alles passt.
Erstellen des Leiterplattenlayouts
Nachdem wir nun einige Möglichkeiten zur Optimierung Ihres Leiterplattendesigns besprochen haben, sehen wir uns an, wie Sie eine Leiterplatte auf einfache Weise gestalten können.,
Öffnen Sie Ihren Schaltplan im Schaltplaneditor und klicken Sie auf die Schaltfläche „Projekt in PCB konvertieren“:
Die mit jedem Schaltplansymbol verknüpften Fußabdrücke werden automatisch in den Leiterplatteneditor übertragen:
Beachten Sie die dünnen blauen Linien, die die Komponenten verbinden. Diese werden Ratsnestlinien genannt. Ratsnest-Leitungen sind virtuelle Leitungen, die die Verbindungen zwischen Komponenten darstellen., Sie zeigen Ihnen, wo Sie die Leiterbahnen entsprechend den Verdrahtungsverbindungen verlegen müssen, die Sie in Ihrem Schaltplan erstellt haben:
Jetzt können Sie mit der Anordnung der Komponenten beginnen, wobei Sie die oben genannten Designtipps berücksichtigen. Möglicherweise möchten Sie Nachforschungen anstellen, um herauszufinden, ob spezielle Designanforderungen für Ihre Schaltung bestehen. Einige Schaltungen funktionieren mit bestimmten Komponenten an bestimmten Stellen besser. Beispielsweise müssen in einer LM386-Verstärkerschaltung die Entkopplungskondensatoren der Stromversorgung nahe am Chip platziert werden, um Rauschen zu reduzieren.,
Nachdem Sie alle Komponenten angeordnet haben, ist es Zeit, mit dem Zeichnen der Spuren zu beginnen. Verwenden Sie die Ratsnest-Drähte als grobe Anleitung zum Verlegen jeder Spur. Sie zeigen Ihnen jedoch nicht immer den besten Weg, um die Spuren zu routen, daher ist es eine gute Idee, auf Ihren Schaltplan zurückzugreifen, um die richtigen Verbindungen zu überprüfen.
Traces können auch automatisch mit dem Auto-Router der Software geroutet werden. Bei komplizierten Schaltungen ist es im Allgemeinen besser, Spuren manuell zu routen, aber probieren Sie den Auto-Router bei einfacheren Designs aus und sehen Sie, worauf es ankommt. Sie können jederzeit einzelne Spuren später anpassen.,
Dieses Video zeigt Ihnen, wie Sie Spuren im Leiterplatteneditor von EasyEDA zeichnen:
Jetzt ist es an der Zeit, die Größe und Form des Leiterplattenumrisses zu definieren. Klicken Sie auf den Boardumriss und ziehen Sie jede Seite, bis sich alle Komponenten darin befinden:
Das letzte, was Sie vor der Bestellung tun müssen, ist eine Entwurfsregelprüfung durchzuführen. Eine Entwurfsregelprüfung zeigt an, ob sich Komponenten überlappen oder Spuren zu nahe aneinander geroutet werden., Die Entwurfsregelprüfung kann durch Klicken auf die Schaltfläche „Design Manager“ im rechten Fenster gefunden werden:
Elemente, die die Entwurfsregelprüfung nicht bestehen, werden unter dem Ordner „DRC-Fehler“ aufgeführt.,Druckansicht:
Sie können Ihre eigenen Einstellungen für die Entwurfsregelprüfung festlegen, indem Sie auf das Dropdown-Menü oben rechts klicken und zu Verschiedenes gehen > Entwurfsregeleinstellungen:
Dadurch wird ein Fenster angezeigt, in dem Sie Entwurfsregeln für die Entwurfsregel festlegen können.spurbreite, Abstand zwischen den Spuren und andere nützliche Parameter:
An dieser Stelle ist es eine gute Idee, überprüfen Sie Ihr PCB-Layout mit Ihrem Schaltplan, um sicherzustellen, dass alles richtig angeschlossen ist., Wenn Sie mit dem Ergebnis zufrieden sind, bestellen Sie im nächsten Schritt die Leiterplatte. EasyEDA macht diesen Teil wirklich einfach…
Bestellung der Leiterplatte
Klicken Sie zunächst im oberen Menü des Leiterplatteneditors auf die Schaltfläche „Fertigungsausgabe“:
Dies führt Sie zu einem anderen Bildschirm, auf dem Sie die Optionen für Ihre Leiterplattenbestellung auswählen können:
Sie können die Anzahl der Leiterplatten, die Sie bestellen möchten, die Anzahl der Kupferschichten, die Leiterplattenstärke, das Kupfergewicht und sogar die Leiterplattenfarbe., Nachdem Sie Ihre Auswahl getroffen haben, klicken Sie auf „In den Warenkorb speichern“ und Sie werden zu einer Seite weitergeleitet, auf der Sie Ihre Lieferadresse und Rechnungsinformationen eingeben können.
Sie können auch die Gerber-Dateien Ihrer Leiterplatte herunterladen, wenn Sie sie an einen anderen Hersteller senden möchten:
Gerber-Dateien sind eine Reihe von Bilddateien, die die Muster enthalten, die zur Herstellung Ihrer Leiterplatte verwendet werden. Alle Dateien werden in einem einzigen komprimiert .zip-Datei., Es gibt eine separate Datei für die Kupferspuren, den Siebdruck und die Positionen von Bohrlöchern und Vias:
Ich bestellte 15 Leiterplatten für meine LM386-Audioverstärkerschaltung und die Kosten beliefen sich auf etwa 15 USD. Herstellung und Versand dauerte etwa zwei Wochen. Die Leiterplatten waren gut gemacht, und ich konnte keine Mängel finden. Nachdem ich die Komponenten gelötet und den Verstärker getestet hatte, hat es super funktioniert. Sie können klonen meine LM386 verstärker schematische und PCB hier, wenn sie wollen.
Das Erstellen einer eigenen Leiterplatte macht viel Spaß und die Ergebnisse können sehr lohnend sein., Hoffentlich hilft Ihnen dieser Artikel dabei, Ihre Prototypschaltung auf eine Leiterplatte zu bringen. Lassen Sie uns in den Kommentaren wissen, wenn Sie Fragen haben, und lassen Sie uns wissen, welche PCB-Design-Projekte Sie geplant haben. Wenn Ihnen dieses Tutorial gefallen hat und Sie mehr darüber erfahren möchten, abonnieren Sie es unbedingt!