Projetos de PCB – Um guia abrangente para etapas e regras básicas de projeto

Um processo de projeto de placa de circuito envolve etapas que exigem muito tempo e devem ser seguidas ao máximo. A falha em seguir as instruções geralmente custa os projetos de PCB em seus projetos de design.

Portanto, descrevemos regras, etapas de design de PCB e vários softwares de design gratuitos que você pode experimentar para obter melhor durabilidade, desempenho e funcionalidade.

O que é design de PCB?

Um projeto de placa de circuito impresso é um processo que envolve o uso de software de layout para combinar roteamento e posicionamento de componentes. A combinação define ainda mais a conectividade elétrica no PCB, trazendo-o fisicamente à vida.

(processo de projeto de circuito eletrônico)

Regras do processo de design de PCB

Seguir as regras corretas de design da placa geralmente limita atrasos desnecessários e manutenção da placa de circuito impresso e garante uma placa de circuito impresso de alta velocidade. Embora a concentração no projeto do circuito e na seleção de componentes seja crucial, ignorar as regras pode custar seu projeto digital e fisicamente.

Então, quais são algumas das regras durante um projeto de manufaturabilidade?

Regras de projeto de PCB para circuitos analógicos

O processo de layout compreende;

1. Garantir um caminho de retorno claro do sinal analógico e preencher os caminhos com traços curtos e diretos de componentes. Caminhos obstruídos causam ruído desnecessário, pois o sinal analógico de retorno caminha próximo a um plano de terra ao localizar o caminho direto e mais curto para a origem.
2. Em segundo lugar, empregue um plano de aterramento analógico para separá-lo de um plano digital, evitando assim interferências.
3. Em terceiro lugar, mantenha camadas de sinal diretas e curtas. Evita interferência eletromagnética em elementos de PCB devido à discrepância de impedância que causa reflexões em frequências mais altas.
4. Em seguida, separe as seções sobre circuitos analógicos e digitais para minimizar o ruído. Além disso, não roteie divisões de circuitos analógicos para componentes digitais de alta velocidade, pois isso evitará a influência do ruído.
5. Finalmente, coloque seu componente analógico firmemente para obter um roteamento direto simplificado e circuitos digitais e analógicos separados.

Verificação da regra de projeto de PCB SMD

Normalmente, manter um bom espaçamento entre os componentes eletrônicos e alguns números de rastreamento torna mais simples correr a rota da superfície.

(microchip com tecnologia de montagem em superfície)

Regra sobre opções de roteamento

Primeiro, o pacote de componentes de montagem em superfície de sua escolha influencia a opção de roteamento. Além disso, o espaço de fanout e a complexidade da rota podem afetar sua escolha. Portanto, você pode escolher;

Roteamento de PCB de um lado; Usado em circuitos simples e restritivos e deve ter folga suficiente para furos, componentes, borda da placa e traços.

Roteamento de PCB de dupla face; Aqui, o uso das superfícies superior e inferior fornece uma excelente área para os componentes e roteamento.

Regra de seleção de componentes

Conheça o tipo de embalagem correto para SMD usar em componentes de furos passantes ou SMD, pois determina a fabricação da placa e a montagem da PCB.

Dicas de design de PCB de 2 camadas

Os fabricantes geralmente criam placas de design de placa de circuito de 2 camadas com desempenho limitado. Assim, torna-se um desafio rotear pacotes BGA como FPGA ou microprocessadores de ponta na placa de design.

Felizmente, você pode corrigir o desafio seguindo as dicas abaixo;

1. Primeiro, nem sempre siga as diretrizes padrão. Por exemplo, o uso de preenchimento de cobre pode ser desafiador, ao contrário do poder de roteamento como os traços. Além disso, você pode rotear três capacitores com uma indutância de loop baixa (adicionando 22uF) em vez de usar três capacitores distintos para pinos de alimentação (1uF, 10uF e 0.1uF).
2. Sempre que possível, tenha apenas um retorno para cada sinal digital em todos os conectores para evitar ruídos de ressalto/comutação de terra.

Circuito explicando o salto do solo

3. Além disso, coloque os capacitores de desacoplamento de tamanho grande, como 22uF MLCC, perto do pino de alimentação do IC. O capacitor pode estar em um corpo compacto com uma taxa de tensão aproximada de 2x a aplicação em trilho recomendada.
4. Em quarto lugar, crie uma rota curta na camada inferior/plano de cobre, às vezes empregando tiras de retorno para encurtar. O procedimento garante baixa manutenção da indutância mútua no caminho de retorno do sinal (aumento da integridade do sinal).
5. Além disso, empregue traços de sinal espaçados e ajuste de componentes para um roteamento menos congestionado.
6. Em seguida, tenha o retorno de terra e os componentes de rota na segunda camada, enquanto os caminhos de sinal e energia permanecem na primeira camada. Aqui, você usará um plano de aterramento durável abaixo da placa de design.
7. Por último, use 13mils de diâmetro perfurado, 6mils (com 1A de DC) traço de sinal largo e 20mils (segurando 3A de DC) traços largos de potência. Os pequenos recursos atingem uma alta densidade de roteamento a um baixo custo.

Regras de design de PCB de 28 camadas

As diretrizes sobre os designs de PCB de 28 camadas garantem que você minimize o risco de erros, reduzindo o custo durante a fabricação da placa. Além disso, observe que os fabricantes têm requisitos variados. Portanto, a regra da placa de alta potência também pode variar em termos de isolamento de energia, tamanho dos traços e espaçamento.

Regras de fiação de componentes

As propriedades elétricas são as seguintes;

1. Certifique-se de que a linha de sinal não apareça em loopback e que o terra e a linha de energia sejam radiais.
2. Em segundo lugar, a abertura deve ser de 40mil, enquanto o pad deve ser de 60mil em linha dupla.
3. Além disso, o componente do furo passante não deve ser inferior a 30 mil.
4. Em seguida, o espaçamento entre linhas deve ser maior que 10mil, saída e entrada da CPU>8/10mil, cabo de alimentação>18mil (muito largo) e linha de sinal>12mil.
5. Finalmente, desenhe a fiação onde a área de fiação está dentro de 1 mm ao redor do orifício de montagem e ≤ 1 mm da borda da placa de circuito.
6. Design de PCB de 4 camadas

Um design esquemático de PCB de 4 camadas possui traços/sinais de energia + formas, GND de referência, VOUT/VIN dividido e GND de energia. Inunde áreas não utilizadas com uma camada de cobre de Vout, Vin e GND. Em seguida, conecte todos os pads da fonte de alimentação à camada superior.

Guia de design de PCB passo a passo

Como projetista de PCB, use o método de montagem na diretriz para atingir uma meta de projeto de qualidade para sua placa de PCB.

• Sempre compreenda os parâmetros elétricos do seu sistema de layout de placa, por exemplo, limitações de capacitância, circuitos integrados, tensões etc. 
• Em segundo lugar, crie um diagrama esquemático no qual você projetará o PCB no nível elétrico de sua função/propósito.
• Em seguida, crie um layout de PCB com a ferramenta de software de captura de esquemas, como o Altium designer. Ele exibirá onde colocar os componentes e a operação da placa em um dispositivo pretendido.
• Depois, projete sua pilha de PCB, pois ela determinará a impedância (quão rápido/quanta eletricidade percorre um traço de PCB).
• Em quinto lugar, defina os requisitos e regras de projeto por meio dos critérios e padrões de aceitabilidade do IPC. Além disso, você pode encontrar um fornecedor de placas de circuito com conhecimento das regras padrão para limitar os atrasos do projeto e as revisões constantes.
• Agora, coloque suavemente os componentes usando uma folha de dados em cada um deles usando solda derretida. Em seguida, você pode prosseguir com a colocação por meio de um layout mecânico e design de PCB.

(componentes eletrônicos)

• Insira furos dependendo da conexão e dos componentes. Metade das placas de circuito flexível tem lados duplos, o que significa que elas se conectam ao furo na camada inferior.

(circuito flexível)

• Mais tarde, encaminhe os traços individuais depois de amarrar os furos e componentes como componentes passivos. Em seguida, inclua marcações, etiquetas e identificadores no layout da placa para mostrar onde os componentes específicos estão na placa.
• Por último, mas não menos importante, gere seus arquivos de layout/design quando o esboço do quadro estiver completo. Agora você está oficialmente pronto para montagem, fabricação e fabricação de PCB (do conceito à produção).

Melhor software gratuito de design de PCB

Esta seção contém uma lista compilada de softwares/ferramentas de design de placas de circuito legítimos e gratuitos para amadores.

Eles são os seguintes;

1. DipTrace; É um software de design com um recurso fácil de usar que não compromete sua funcionalidade. Além disso, é ideal para todos os níveis de aprendizado e pode operar em sistemas como Linux, Mac e Windows.
2. EasyEDA; Além de ser gratuito, o EasyEDA oferece um colaborador de equipe, ferramenta de gerenciamento de projetos, designer de bibliotecas, editor de PCB e uma poderosa captura esquemática. Além disso, possui funcionalidade irrestrita (funcionando offline e online) e pode funcionar em sistemas operacionais Linux, Mac e Windows.

EasyEDA

3. CircuitMaker; Ele permite que você projete sem restrições nas dimensões do PCB e até 16 camadas planas + 16 sinais. Ele pode ajudar ainda mais na verificação de regras de projeto, visualização 3D nativa e roteamento avançado. No entanto, ele só funciona no Windows.
4. Autodesk Eagle; A ferramenta de design possui um editor de layout de PCB para projetar PCBs e um editor esquemático que projeta diagramas de circuitos. Além de estar disponível em Mac, Linux e Windows, possui recursos como conteúdo abrangente de biblioteca, roteamento de PCB, posicionamento de componentes etc.
5. PCB de Osmond; É o único software de design EDA baseado em MAC e suporta design de layout de PCB e captura esquemática. Além disso, ele pode projetar placas com até 700 pinos e possui várias camadas de placa e tamanhos de placa ilimitados.
6. Fritar; É uma ferramenta de projeto de PCB ideal para vários recursos educacionais porque suporta circuitos simples com o software para traduzir projetos em PCBs, stripboards soldados ou breadboards sem solda.
7. KiCad; KiCad é um programa de design de código aberto popular que se conecta ao FreeCAD para design físico, suporta GitHub para controle de versão e se integra com simulação de circuito (Ngspice). Apesar de ter uma estrutura de biblioteca um pouco antiquada, possui um poderoso conjunto de funcionalidades e recursos para especialistas e iniciantes.
8. Editor de layout gráfico facilmente aplicável (EAGLE); É um programa de design EDA que oferece aos designers conteúdo de biblioteca abrangente, roteamento de PCB, posicionamento de componentes, etc. Além disso, ele pode salvar arquivos de perfuração Sieb &Myer e Excellon, além de arquivos de layout PostScript e Gerber.

Conclusão

Para resumir, podemos ter delineado algumas regras sobre design de PCB e fornecido uma lista de ferramentas de software. No entanto, poderíamos ter esquecido alguns desafios de design. Portanto, se você precisar de ajuda, entre em contato conosco hoje e nós o encaminharemos a um especialista em engenharia de nossa equipe para obter assistência.