Breadboards är bra för prototypkretsar, men de är inte så bra för att faktiskt använda det du bygger. Vid något tillfälle vill du förmodligen göra ett projekt mer permanent. Det bästa sättet att göra det är att sätta det på en PCB.
i den här handledningen går jag igenom processen att designa en PCB-layout och få den tryckt av en anpassad PCB-Tillverkare., Prestandan hos din krets beror mycket på hur det läggs ut på PCB, så jag ger dig massor av tips om hur du optimerar din design.
Du kan alltid etsa PCB hemma med en process som liknar att utveckla utskrifter från fotografisk film. Men den metoden är rörig och den använder mycket kemikalier. Det är mycket lättare (och billigare) att få din PCB gjord av en professionell tillverkare. För att visa processen använder jag en onlinetjänst som heter EasyEDA för att designa en PCB-layout för en LM386-ljudförstärkare, då ska jag få den tillverkad och visa resultaten., Deras gratis online design programvara är lätt att använda och priserna är mycket prisvärd.
allt börjar med ett schematiskt
innan du börjar designa din PCB är det en bra idé att göra en schematisk av din krets. Den schematiska kommer att fungera som en ritning för att lägga ut spåren och placera komponenterna på PCB. Dessutom kan PCB redigeringsprogram importera alla komponenter, fotspår och ledningar i PCB-filen, vilket kommer att göra designprocessen enklare (mer om detta senare).,
börja med att logga in på EasyEDA och skapa ett nytt projekt:
När du är på startsidan klickar du på fliken ”Ny schematisk”:
nu ser du en tom duk där du kan rita den schematiska:
det är bäst att placera alla dina schematiska symboler på duken innan du ritar några ledningar. I EasyEDA finns schematiska symboler i ”bibliotek”., Standardbiblioteket EasyEDA har de flesta vanliga symbolerna, men det finns också ”användargenererade bibliotek” med många andra symboler:
varje schematisk symbol du använder måste ha ETT PCB-fotavtryck associerat med det. PCB fotavtryck kommer att definiera komponentens fysiska dimensioner och placering av koppar kuddar eller genomgående hål. Nu är en bra tid att bestämma vilka komponenter du ska använda.,
de schematiska symbolerna i EasyEDA-biblioteket har redan fotspår associerade med dem, men de kan ändras om du använder en annan storlek eller stil:
för att ändra fotavtrycket som är associerat med en schematisk symbol, sök i biblioteken ”användargenererat” efter ett fotavtryck som matchar komponenten du använder., När du hittat det, klicka på ikonen hjärta till ”Favorit” det:
kopiera sedan namnet på komponenten:
Klicka nu på symbolen i den schematiska redigeraren och klistra in namnet på det nya fotavtrycket i fältet ”paket” i menyn till höger sidofält (titta på videon nedan för en demonstration):
När alla dina symboler är placerade på schematiska och du har tilldelat fotspår till varje symbol, är det dags att börja rita trådarna., I stället för att förklara detaljerna om allt som I den här artikeln har jag gjort en video så att du kan se mig rita schematiken för min LM386-ljudförstärkare:
När allt ledningar är klart är det en bra idé att märka symbolerna. Etiketterna kommer att överföras till PCB layout och så småningom skrivas ut på den färdiga PCB. Varje symbol har ett namn (R1, R2, C1, C2 etc.) och värde (10 µF, 100 Ω, etc.) som kan redigeras genom att klicka på etiketten.,
nästa steg är att importera schematiska till PCB editor, men innan vi gör det, låt oss tala om några saker att tänka på när du utformar din PCB.
PCB design Optimization
identifiera vad varje del av din krets gör, och dela kretsen i sektioner enligt funktion. Min LM386 – ljudförstärkarkrets har till exempel fyra huvuddelar: en strömförsörjning, en ljudingång, LM386 och en ljudutgång. Det kan hjälpa till att rita några diagram vid denna tidpunkt för att hjälpa dig att visualisera designen innan du börjar lägga ut den.,
Håll komponenterna i varje avsnitt grupperade tillsammans i samma område av PCB för att hålla de ledande spåren korta. Långa spår kan hämta elektromagnetisk strålning från andra källor, vilket kan orsaka störningar och ljud.
de olika delarna av din krets bör ordnas så att vägen för elektrisk ström är så linjär som möjligt. Signalerna i din krets ska flöda i en direkt väg från en sektion till en annan, vilket kommer att hålla spåren kortare.
varje sektion av kretsen ska levereras ström med separata spår av samma längd., Detta kallas en stjärnkonfiguration, och det säkerställer att varje sektion får lika matningsspänning. Om sektioner är anslutna i en daisy-chain-konfiguration kommer strömmen som dras från sektioner närmare utbudet att skapa ett spänningsfall och resultera i lägre spänningar vid sektioner längre från utbudet:
PCB form och storlek
det är inte ovanligt att se runda, triangulära eller andra intressanta PCB former. De flesta PCB är utformade för att vara så små som möjligt, men det är inte nödvändigt om din ansökan inte kräver det.,
om du planerar att sätta PCB i ett hölje, måtten kan begränsas av storleken på huset. I så fall måste du veta höljets dimensioner innan du lägger ut PCB så att allt passar inuti.
de komponenter du använder kommer också att påverka storleken på den färdiga PCB. Till exempel, ytmonterade komponenter är små och har en låg profil, så du kommer att kunna göra PCB mindre. Genom hålkomponenter är större, men de är ofta lättare att hitta och lättare att lödda.,
användargränssnitt
placeringen av komponenter som strömanslutningar, potentiometrar, lysdioder och ljudingångar i ditt färdiga projekt kommer att påverka hur din PCB läggs ut. Behöver du en LED nära en strömbrytare för att indikera att den är på? Eller behöver du sätta en volympotentiometer bredvid en förstärkningspotentiometer? För bästa användarupplevelse kan du behöva göra några kompromisser och designa resten av din PCB runt platserna för dessa komponenter.,
PCB-lager
större kretsar kan vara svåra att designa på ett enda lager PCB eftersom det är svårt att styra spåren utan att skära varandra. Du kan behöva använda två kopparskikt, med spår dirigeras på båda sidor av PCB.
spåren på ett lager kan anslutas till det andra lagret med en via. A via är ett kopparpläterat hål i PCB som elektriskt förbinder toppskiktet till bottenskiktet., Du kan också ansluta övre och nedre spår vid en komponents genomgående hål:
marklager
vissa dubbla lager PCB har ett marklager, där hela bottenskiktet är täckt med ett kopparplan anslutet till marken. De positiva spåren dirigeras på toppen och anslutningar till marken görs med genomgående hål eller vias. Jordlager är bra för kretsar som är benägna att störa, eftersom det stora området koppar fungerar som en sköld mot elektromagnetiska fält. De hjälper också till att sprida värmen som genereras av komponenterna.,
skikttjocklek
de flesta PCB-tillverkare låter dig beställa olika lagertjocklekar. Koppar vikt är termen tillverkare använder för att beskriva skikttjockleken, och det mäts i uns. Skiktets tjocklek kommer att påverka hur mycket ström som kan strömma genom kretsen utan att skada spåren. Spårbredd är en annan faktor som påverkar hur mycket ström kan säkert strömma genom kretsen (diskuteras nedan). För att bestämma säkra värden för bredd och tjocklek måste du veta strömstyrkan som kommer att strömma genom spåret i fråga., Använd en online trace width calculator för att bestämma den perfekta spårtjockleken och bredden för en given strömstyrka.
PCB spår
om man tittar på en professionellt utformad PCB, kommer du förmodligen att märka att de flesta av koppar spår böja vid 45° vinklar. En orsak till detta är att 45° vinklar förkorta den elektriska vägen mellan komponenter jämfört med 90 ° vinklar., En annan anledning är att höghastighetslogiksignaler kan reflekteras från vinkeln och orsaka störningar:
om ditt projekt använder digital logik eller höghastighetskommunikationsprotokoll över 200 MHz, bör du förmodligen undvika 90° vinklar och vias i dina spår. För långsammare hastighetskretsar, 90 ° spår kommer inte att ha mycket av en effekt på prestanda för din krets.
spårvidd
liksom skikttjocklek kommer bredden på dina spår att påverka hur mycket ström som kan strömma genom din krets utan att skada kretsen.,
närheten av spår till komponenter och intilliggande spår kommer också att avgöra hur breda dina spår kan vara. Om du designar en liten PCB med massor av spår och komponenter, kan du behöva göra spåren smala för allt att passa.
skapa PCB Layout
Nu när vi har diskuterat några av de sätt du kan optimera din PCB design, låt oss se hur man layouten en PCB i EasyEDA.,
Öppna schematiken i schematikredigeraren och klicka på knappen ”Konvertera projekt till PCB”:
fotavtrycken som är associerade med varje schematisk symbol överförs automatiskt till PCB-redigeraren:
Lägg märke till de tunna blå linjerna som förbinder komponenterna. Dessa kallas ratsnest linjer. Ratsnest linjer är virtuella ledningar som representerar anslutningarna mellan komponenter., De visar dig var du behöver dirigera spåren enligt de ledningsanslutningar du skapade i din schematiska:
Nu kan du börja ordna komponenterna, med tanke på de designtips som nämns ovan. Du kanske vill göra lite forskning för att ta reda på om det finns några speciella designkrav för din krets. Vissa kretsar presterar bättre med vissa komponenter på specifika platser. Till exempel, i en LM386 förstärkarkrets måste strömförsörjningen frikopplingskondensatorer placeras nära chipet för att minska bruset.,
När du har ordnat alla komponenter är det dags att börja rita spåren. Använd ratsnest trådarna som en grov guide för att dirigera varje spår. Men de kommer inte alltid visa dig det bästa sättet att dirigera spåren, så det är en bra idé att hänvisa tillbaka till din schematiska för att verifiera rätt anslutningar.
spår kan också dirigeras automatiskt med hjälp av Programvarans Auto-router. För komplicerade kretsar är det i allmänhet bättre att dra spår manuellt, men prova Auto-routern på enklare mönster och se vad det kommer upp med. Du kan alltid justera enskilda spår senare.,
den här videon visar hur du ritar spår i Easyedas PCB editor:
Nu är det dags att definiera storleken och formen på PCB-konturen. Klicka på kartongens kontur och dra varje sida tills alla komponenter är inuti:
det sista du behöver göra innan du gör beställningen är att köra en designregelkontroll. En designregelkontroll kommer att berätta om några komponenter överlappar varandra eller om spår dirigeras för nära varandra., Designregelkontrollen kan hittas genom att klicka på ”Design Manager” – knappen i fönstret till höger:
objekt som misslyckas med designregelkontrollen kommer att listas under mappen ”DRC Errors”.,CB view:
Du kan ange dina egna inställningar för designregelkontrollen genom att klicka på rullgardinsmenyn i övre högra hörnet och gå till diverse > Designregelinställningar:
detta kommer att ta upp ett fönster där du kan ställa in designregelinställningar:
regler för spårbredd, avstånd mellan spår och andra användbara parametrar:
vid denna tidpunkt är det en bra idé att dubbelkolla din PCB-layout mot din schematiska för att se till att allt är korrekt anslutet., Om du är nöjd med resultatet är nästa steg att beställa PCB. EasyEDA gör den här delen väldigt enkel…
beställer PCB
börja med att klicka på ”Fabrication Output” – knappen i PCB-redigerarens övre meny:
det här tar dig till en annan skärm där du kan välja alternativen för din PCB-order:
Du kan välja antalet PCB du vill beställa, antalet kopparskikt, PCB tjocklek, koppar vikt, och även PCB färg., När du har gjort dina val, klicka på ”Spara i varukorgen” och du kommer att tas till en sida där du kan ange din leveransadress och faktureringsinformation.
Du kan också ladda ner PCB: s Gerber-filer om du vill skicka dem till en annan tillverkare:
Gerber-filer är en uppsättning bildfiler som innehåller de mönster som används för att tillverka din PCB. Alla filer komprimeras till en enda .zip-fil., Det finns en separat fil för koppar spår, silk screen, och platser för borrhål och Vias:
jag beställde 15 PCB för min LM386 ljudförstärkarkrets och kostnaden kom ut till ca $15 USD. Tillverkning och frakt tog ungefär två veckor. PCB var välgjorda, och jag kunde inte hitta några defekter. När jag Lödde på komponenterna och testade förstärkaren fungerade det bra. Du kan klona min LM386 förstärkare schematisk och PCB här om du vill.
att göra din egen anpassade PCB är mycket roligt, och resultaten kan vara mycket givande., Förhoppningsvis denna artikel kommer att hjälpa dig att få din prototyp krets till en PCB. Låt oss veta i kommentarerna om du har några frågor, och låt oss veta vad PCB designprojekt du har planerat. Om du gillade den här handledningen och vill få mer som det, var noga med att prenumerera!