Le breadboard sono ottime per i circuiti di prototipazione, ma non sono così buone per utilizzare effettivamente la cosa che stai costruendo. Ad un certo punto, probabilmente vorrai rendere un progetto più permanente. Il modo migliore per farlo è metterlo su un PCB.
In questo tutorial, ti guiderò attraverso il processo di progettazione di un layout PCB e di ottenerlo stampato da un produttore di PCB personalizzato., Le prestazioni del tuo circuito dipenderanno molto da come è disposto sul PCB, quindi ti darò molti consigli su come ottimizzare il tuo design.
Puoi sempre incidere PCB a casa con un processo simile allo sviluppo di stampe da pellicole fotografiche. Ma questo metodo è disordinato e utilizza un sacco di sostanze chimiche. È molto più facile (e più economico) ottenere il PCB realizzato da un produttore professionale. Per dimostrare il processo, userò un servizio online chiamato EasyEDA per progettare un layout PCB per un amplificatore audio LM386, quindi lo farò produrre e mostrerò i risultati., Il loro software di progettazione online gratuito è facile da usare e le tariffe sono molto convenienti.
Tutto inizia con uno schema
Prima di iniziare a progettare il PCB, è una buona idea fare uno schema del circuito. Lo schema servirà come modello per la posa delle tracce e il posizionamento dei componenti sul PCB. Inoltre, il software di editing PCB può importare tutti i componenti, le impronte e i fili nel file PCB, il che renderà più semplice il processo di progettazione (ne parleremo più avanti).,
Avviare il login al EasyEDA, e creare un nuovo progetto:
una Volta che siete nella pagina iniziale, fare clic su “nuovo schema” scheda:
Ora vedrete una tela bianca sulla quale è possibile disegnare lo schema:
È meglio posizionare tutti i vostri simboli schematici sulla tela prima di tirare i fili. In EasyEDA, i simboli schematici si trovano in “Librerie”., La libreria EasyEDA predefinita ha la maggior parte dei simboli comuni, ma ci sono anche “Librerie generate dall’utente” con molti altri simboli:
Ogni simbolo schematico che usi deve avere un footprint PCB associato ad esso. L’impronta del PCB definirà le dimensioni fisiche del componente e il posizionamento dei pad in rame o dei fori passanti. Ora è un buon momento per decidere quali componenti utilizzerai.,
I simboli schematici in EasyEDA libreria già impronte associati con loro, ma che può essere modificato se la sta utilizzando una diversa dimensione o tipologia:
Per modificare l’impronta associato un simbolo schematico, di ricerca in “User Generated” librerie per un ingombro che corrisponde al componente che si sta utilizzando., Una volta trovato, fare clic sull’icona a forma di cuore per “Preferito” è:
Poi copiare il nome del componente:
Ora, fare clic sul simbolo schematic editor, e incollare il nome del nuovo footprint in un “pacchetto” di campo nella barra laterale destra del menu (guarda il video qui sotto per una dimostrazione):
una Volta che tutti i simboli sono posizionati su una schematica e hai ricevuto impronte per ogni simbolo, è il momento di iniziare a disegnare i fili., Piuttosto che spiegare i dettagli di tutto ciò che in questo articolo, ho fatto un video in modo da poter guardare me disegnare lo schema per il mio amplificatore audio LM386:
Dopo tutto il cablaggio è fatto, è una buona idea per etichettare i simboli. Le etichette verranno trasferite sul layout PCB e infine stampate sul PCB finito. Ogni simbolo ha un nome (R1, R2, C1, C2 ecc.) e valore (10 µF, 100 Ω, ecc.) che può essere modificato facendo clic sull’etichetta.,
Il passo successivo è quello di importare lo schema nell’editor PCB, ma prima di farlo, parliamo di alcune cose da tenere a mente quando si progetta il PCB.
PCB Design Optimization
Identificare ciò che ogni parte del vostro circuito fa, e dividere il circuito in sezioni in base alla funzione. Ad esempio, il mio circuito amplificatore audio LM386 ha quattro sezioni principali: un alimentatore, un ingresso audio, l’LM386 e un’uscita audio. Potrebbe essere utile disegnare alcuni diagrammi a questo punto per aiutarti a visualizzare il disegno prima di iniziare a stenderlo.,
Tenere i componenti in ogni sezione raggruppati nella stessa area del PCB per mantenere le tracce conduttive brevi. Tracce lunghe possono raccogliere radiazioni elettromagnetiche da altre fonti, che possono causare interferenze e rumore.
Le diverse sezioni del circuito devono essere disposte in modo che il percorso della corrente elettrica sia il più lineare possibile. I segnali nel circuito dovrebbero fluire in un percorso diretto da una sezione all’altra, che manterrà le tracce più brevi.
Ogni sezione del circuito deve essere alimentato con tracce separate di uguale lunghezza., Questo è chiamato una configurazione a stella, e assicura che ogni sezione ottiene una tensione di alimentazione uguale. Se le sezioni sono collegate in una configurazione a margherita, la corrente prelevata dalle sezioni più vicine all’alimentazione creerà una caduta di tensione e si tradurrà in tensioni più basse nelle sezioni più lontane dall’alimentazione:
Forma e dimensione del PCB
Non è raro vedere forme rotonde, triangolari o altre interessanti PCB. La maggior parte dei PCB sono progettati per essere il più piccolo possibile, ma non è necessario se l’applicazione non lo richiede.,
Se si prevede di inserire il PCB in un involucro, le dimensioni potrebbero essere limitate dalle dimensioni dell’alloggiamento. In tal caso, è necessario conoscere le dimensioni dell’involucro prima di stendere il PCB in modo che tutto si adatti all’interno.
I componenti utilizzati avranno anche un effetto sulla dimensione del PCB finito. Ad esempio, i componenti montati in superficie sono piccoli e hanno un profilo basso, quindi sarete in grado di rendere il PCB più piccolo. I componenti del foro passante sono più grandi, ma sono spesso più facili da trovare e più facili da saldare.,
Interfacce utente
La posizione di componenti come connessioni di alimentazione, potenziometri, LED e jack audio nel progetto finito influenzerà il modo in cui il PCB è disposto. Avete bisogno di un LED vicino a un interruttore di alimentazione per indicare che è acceso? O avete bisogno di mettere un potenziometro del volume accanto a un potenziometro di guadagno? Per la migliore esperienza utente potrebbe essere necessario fare alcuni compromessi e progettare il resto del PCB intorno alle posizioni di questi componenti.,
Strati PCB
I circuiti più grandi possono essere difficili da progettare su un PCB a singolo strato perché è difficile instradare le tracce senza intersecarsi l’un l’altro. Potrebbe essere necessario utilizzare due strati di rame, con tracce instradate su entrambi i lati del PCB.
Le tracce su un livello possono essere collegate all’altro livello con una via. Una via è un foro placcato rame nel PCB che collega elettricamente lo strato superiore allo strato inferiore., È anche possibile collegare le tracce superiore e inferiore al foro passante di un componente:
Strati di terra
Alcuni PCB a doppio strato hanno uno strato di terra, dove l’intero strato inferiore è coperto da un piano di rame collegato a terra. Le tracce positive vengono instradate sulla parte superiore e le connessioni a terra sono realizzate con fori passanti o vie. Gli strati di terra sono buoni per i circuiti che sono soggetti a interferenze, perché la vasta area di rame funge da scudo contro i campi elettromagnetici. Aiutano anche a dissipare il calore generato dai componenti.,
Spessore dello strato
La maggior parte dei produttori di PCB ti consente di ordinare diversi spessori dello strato. Il peso del rame è il termine che i produttori usano per descrivere lo spessore dello strato e viene misurato in once. Lo spessore di uno strato influenzerà la quantità di corrente che può fluire attraverso il circuito senza danneggiare le tracce. La larghezza della traccia è un altro fattore che influenza la quantità di corrente che può fluire in modo sicuro attraverso il circuito (discusso di seguito). Per determinare valori sicuri per larghezza e spessore, è necessario conoscere l’amperaggio che fluirà attraverso la traccia in questione., Utilizzare un calcolatore di larghezza traccia online per determinare lo spessore e la larghezza della traccia ideali per un determinato amperaggio.
Tracce PCB
Se si guarda un PCB dal design professionale, probabilmente si noterà che la maggior parte delle tracce di rame si piega ad angoli di 45°. Una ragione di ciò è che gli angoli di 45° accorciano il percorso elettrico tra i componenti rispetto agli angoli di 90°., Un altro motivo è che i segnali logici ad alta velocità possono essere riflessi sul retro dell’angolo, causando interferenze:
Se il tuo progetto utilizza la logica digitale o protocolli di comunicazione ad alta velocità superiori a 200 MHz, dovresti probabilmente evitare angoli e vias di 90° nelle tue tracce. Per i circuiti a velocità più lenta, le tracce a 90 ° non avranno molto effetto sulle prestazioni del circuito.
Trace Width
Come lo spessore dello strato, la larghezza delle tracce influirà sulla quantità di corrente che può fluire attraverso il circuito senza danneggiare il circuito.,
La vicinanza delle tracce ai componenti e alle tracce adiacenti determinerà anche la larghezza delle tracce. Se stai progettando un piccolo PCB con molte tracce e componenti, potrebbe essere necessario restringere le tracce affinché tutto si adatti.
Creazione del layout PCB
Ora che abbiamo discusso alcuni dei modi in cui è possibile ottimizzare il design PCB, vediamo come layout di un PCB in EasyEDA.,
Apri il tuo schema nell’editor schematico e fai clic sul pulsante “Converti progetto in PCB”:
Le impronte associate a ciascun simbolo schematico verranno automaticamente trasferite all’editor PCB:
Nota le sottili linee blu che si collegano i componenti. Queste sono chiamate linee ratsnest. Le linee Ratsnest sono fili virtuali che rappresentano le connessioni tra i componenti., Ti mostrano dove devi instradare le tracce in base ai collegamenti elettrici creati nel tuo schema:
Ora puoi iniziare a organizzare i componenti, tenendo presente i suggerimenti di progettazione sopra menzionati. Potresti voler fare qualche ricerca per scoprire se ci sono requisiti di progettazione speciali per il tuo circuito. Alcuni circuiti funzionano meglio con determinati componenti in posizioni specifiche. Ad esempio, in un circuito amplificatore LM386 i condensatori di disaccoppiamento dell’alimentazione devono essere posizionati vicino al chip per ridurre il rumore.,
Dopo aver organizzato tutti i componenti, è il momento di iniziare a disegnare le tracce. Utilizzare i fili ratsnest come guida approssimativa per il routing di ogni traccia. Tuttavia, non sempre ti mostreranno il modo migliore per instradare le tracce, quindi è una buona idea fare riferimento al tuo schema per verificare le connessioni corrette.
Tracce possono anche essere instradati automaticamente utilizzando auto-router del software. Per i circuiti complicati, è generalmente meglio instradare le tracce manualmente, ma provare l’auto-router su disegni più semplici e vedere che cosa si presenta con. È sempre possibile regolare le singole tracce in seguito.,
Questo video ti mostrerà come disegnare tracce nell’editor PCB di EasyEDA:
Ora è il momento di definire la dimensione e la forma del contorno del PCB. Fare clic sul contorno della scheda e trascinare ogni lato fino a quando tutti i componenti sono all’interno:
L’ultima cosa da fare prima di effettuare l’ordine è eseguire un controllo delle regole di progettazione. Un controllo della regola di progettazione ti dirà se alcuni componenti si sovrappongono o se le tracce vengono instradate troppo vicine tra loro., Il controllo della regola di progettazione può essere trovato facendo clic sul pulsante “Design Manager”nella finestra a destra:
Gli elementi che non riescono il controllo della regola di progettazione saranno elencati sotto la cartella” Errori DRC”.,CB vista:
È possibile specificare le impostazioni per il design rule check facendo clic sul menu a discesa nell’angolo in alto a destra e andando a Varie > Regola di Progettazione Impostazioni:
si aprirà una finestra in cui è possibile impostare le regole di progettazione per la larghezza della traccia, la distanza tra le tracce, e altri parametri utili:
A questo punto è una buona idea di controllare il layout del PCB contro il tuo schema per assicurarsi che tutto è collegato correttamente., Se sei soddisfatto del risultato, il passo successivo è ordinare il PCB. EasyEDA rende questa parte davvero facile…
di Ordinare il PCB
Avvia facendo clic sul pulsante “Fabbricazione di Uscita” pulsante nel menu in alto di PCB editor:
Questo vi porterà ad un’altra schermata in cui è possibile scegliere le opzioni per il vostro PCB ordine:
È possibile selezionare il numero di Pcb che si desidera ordinare, il numero di strati di rame, il PWB di spessore, peso di rame, e anche il colore del PWB., Dopo aver effettuato le selezioni, fai clic su “Salva nel carrello” e verrai indirizzato a una pagina in cui puoi inserire l’indirizzo di spedizione e le informazioni di fatturazione.
È anche possibile scaricare i file Gerber del PCB se si desidera inviarli a un produttore diverso:
I file Gerber sono un insieme di file di immagine che contengono i modelli utilizzati per produrre il PCB. Tutti i file sono compressi in un unico .file zip., C’è un file separato per le tracce di rame, la serigrafia e le posizioni dei fori e delle vie:
Ho ordinato 15 PCB per il mio circuito amplificatore audio LM386 e il costo è stato di circa USD 15 USD. La produzione e la spedizione hanno richiesto circa due settimane. I PCB erano ben fatti e non sono riuscito a trovare alcun difetto. Dopo aver saldato i componenti e testato l’amplificatore, ha funzionato alla grande. È possibile clonare il mio LM386 amplificatore schematico e PCB qui se si desidera.
Fare il proprio PCB personalizzato è molto divertente, ed i risultati possono essere molto gratificante., Speriamo che questo articolo vi aiuterà a ottenere il vostro circuito prototipo su un PCB. Fateci sapere nei commenti se avete domande e fateci sapere quali progetti di progettazione PCB avete pianificato. Se ti è piaciuto questo tutorial e vuoi saperne di più, assicurati di iscriverti!