Nejčastější chyby při návrhu PCB

předchozím článku jsme se zaměřili na nejčastější chyby při tvorbě schémat. Pečlivě připravené schéma je totiž pro návrh PCB zásadní. Samo o sobě ale rozhodně nestačí. Pojďte se s námi posunout o krok dál – poradíme, jak navrhnout funkční plošný spoj na první dobrou a bez chyb. 

Chyby při tvorbě footprintů

Návrh PCB začíná tvorbou a kontrolou součástek v knihovně (tzv. footprintů). Existují nástroje, které vám jejich přípravu usnadní, abyste je nemuseli kreslit kompletně od nuly. U nás v ASN Plus pracujeme s profesionálním softwarem Altium Designer, který obsahuje funkci PCB Component Wizard. Většinu footprintů dokáže vygenerovat automaticky, a to včetně 3D modelu. Vrstvami, tloušťkami čar či technologickými záležitostmi se vývojář už nemusí zabývat. Stačí, když provede kontrolu součástky.

Na co se zaměřit při kontrole součástky

Při využívání vygenerovaných footprintů je nezbytná jejich kontrola. Na co byste se měli zaměřit? 

Názvy pouzder

V první řadě zkontrolujte přesné názvy pouzder. Dejte si pozor na různé záměny, například TSSOP s TQFP nebo SOIC Narrow se SOIC Wide. Rozměry porovnejte s údaji v datasheetu a zkontrolujte i správnost rozteče (pitch) součástek.

„Mirror mistake“

Při tvorbě footprintů bez využití PCB Component Wizard nebo jiného podobného nástroje může dojít k zrcadlové chybě, tzv. „mirror mistake“. Spočívá v zrcadlovém otočení footprintu, které znemožní správné osazení součástky.

Špatná polarita

Ke špatnému natočení pouzdra součástky dochází zpravidla nejednoznačným označením v osazovacím výkresu. Důvodem může být i přímá chyba ve výrobě, kdy osazování nekoresponduje s osazovacím výkresem.  

Proto doporučujeme dodat výrobci i 3D pohled PCB, případně dokument ve formátu *.3dpdf. U nás v ASN Plus tyto soubory s pomocí Altium Designeru generujeme automaticky. Minimalizujeme tak riziko chyby při osazování a předcházíme případným finančním ztrátám našich klientů.

Správné rozmístění součástek

Vždy je potřeba najít kompromis mezi mechanickou, elektrickou a termální stránkou navrhovaného plošného spoje. Právě na termální stránku, tedy teplotní vlivy, se při rozmísťování součástek často zapomíná. Je nezbytné zajistit, aby se výkonné komponenty dobře chladily. Je potřeba podpořit rozvod tepla, ať už pomocí proudění vzduchu, použití mědi na PCB, nebo rozmístění chladičů.

Rozměry a tvar PCB i pozice konektorů či montážních děr bývají zpravidla součástí zadání. Papírové modely pro kontrolu rozmístění součástek se dnes prakticky nepoužívají. Efektivnější cestou je využívání exportu modelů PCBA přímo do programů typu Autocad. Nabízí se také možnost importu mechanických modelů do softwaru pro vývoj PCB. Do návrhu PCB po elektrické stránce se pusťte až poté, co získáte požadovaný tvar desky a rozmístíte na ni konektory, případně integrované obvody.

Elektromagnetická kompatibilita a systémové chyby

Při navrhování desky plošných spojů zohledňujte rozložení PCB. Dodržujte správné izolační vzdálenosti (clearance a creepage) a použité komponenty umísťujte s ohledem na napěťové úrovně signálů. Je to důležité nejen z důvodu správné funkčnosti, ale také bezpečnosti. Bez znalostí běžných odborných doporučení se neobejdete.

Minimalizujte délky smyček i kmitočtové spektrum, napájení filtrujte a používejte vhodné blokovací kondenzátory.

Přemýšlejte nejen o horizontální, ale také vertikální struktuře plošného spoje. U vícevrstvých PCB se zaměřte na stack-up, který udává přesný popis všech vrstev včetně použitých prokovů. Nezapomeňte, že stack-up má vliv i na impedanci diferenciálních párů. Při návrhu vícevrstvých plošných spojů doporučujeme vycházet z nabídky výrobců a parametry vedení samostatně dopočítat (manuálně, nebo pomocí vývojového prostředí).

Vývojové prostředí a design rules

Ať už využíváte jakékoliv vývojové prostředí, nastavte si „release procedure“. Co nejvíc pak využívejte „design rules“ a související automatickou kontrolu DRC (Design Rule Check), která na problémy upozorní. Také nezapomínejte na silkscreen, tedy první vrstvu, která pomůže rozlišit jednotlivé součásti, testovací body nebo výstražné symboly. Silkscreen využijte například pro značení názvů signálů na konektorech.

Open-source projekty jako bohatý zdroj inspirace

Stále na sobě pracujte a nepropadejte panice, vždyť žádný učený z nebe nespadl. Pokud se chcete v navrhování PCB posunout o velký krok vpřed, sledujte práci ostatních. K dispozici je řada open-source projektů, které můžete prozkoumat, zanalyzovat a kriticky zhodnotit. 

Pro efektivní návrh PCB je důležitá dobrá volba vývojového prostředí a jeho perfektní znalost. My jsme vsadili na Altium Designer a tento profesionální nástroj rozhodně doporučujeme i ostatním. Na závěr pro vás máme několik tipů na zdroje, kde open-source projekty pro Altium Designer najdete ke stažení. Poslouží jako cenný zdroj inspirace pro začátečníky i pokročilé vývojáře.

Projekty zpracované v Altium Designeru najdete ke stažení na:


Sdílet článek