LS-Sb89581

Номера выводов микросхем и их позиционные обозначения подписываются у стрелок, символизирующих подключение. Показанный прием необязателен к использованию, но облегчает чтение схем в ряде случаев.

ния зачастую также именуются «портами питания». Схемы могут содержать сразу несколько видов графических обозначений портов питания, однако каждому виду должен соответствовать свой уникальный смысл. Например, если схема содержит отдельные блоки – аналоговый и цифровой, для обозначения «земли» в аналоговой части можно использовать одно начертание, а в цифровой части – другое. Несмотря на то, что электрически это может быть и одна цепь, различные начертания являются указанием на то, что при трассировке соединений печатной платы объединение «аналогового» и «цифрового» сегмента цепи «земля» должно выполняться с учетом особых требований, для обеспечения, например, низкого уровня помех, наводимых на аналоговую часть схемы от цифровой.

Цепи питания допускается обозначать как символами латинского алфавита («VCC», «VDD»), так и прямым указанием на напряжение этой цепи («+5 V», «+5»). Рекомендуется изначально выбрать стиль обозначения именования цепей питания и придерживаться его в течение всего времени работы над проектом.

Суффиксы «D», «А» после имени цепи питания (GND, VCC) обычно указывают на то, что данная цепь предназначена для питания только цифровой или только аналоговой части схемы. В случае когда в схемах существует

21

Допускается одновременное использование всех трех приемов изображения подключений узлов к цепям (прорисованные соединения, надписи, «порты»), при этом порты рекомендованы для соединений между различными листами схем или блоками одного листа, внутри одного блока рекомендуется прорисовывать соединения либо использовать объекты, аналогичные объектам «Net Label» САПР Altium Designer.

Не рекомендуется использовать для имен цепей кириллические символы и транслитерацию русскоязычных названий, так как это чревато проблемами совместимости с САПР и затрудняет перевод документации на иностранные языки. Наилучший вариант – использовать адекватные смыслу цепей имена, записанные на английском языке. Вместо символа «пробел» рекомендуется использовать символ подчеркивания «_», что опять же снижает риск возникновения проблем совместимости с различными компонентами САПР и внешним ПО.

При пересечении двух соединений схемы наличие электрического контакта (подключения) обозначается точкой или небольшой закрашенной окружностью, отсутствие подключения не обозначается никак либо обозначается «мостиком» (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Обозначения подключения

Допускается использование обоих способов обозначения отсутствия подключения в точке пересечения соединительных линий. При этом способ обозначения должен быть един для всех узлов схемы и всех листов альбома схем. В случае когда САПР позволяет разместить на схемах объекты, управляющие процессом разработки топологии печатной платы или облегчающие этот процесс, но не имеющие схемотехнического или, как говорят, «электрического» смысла (директивы, указания, классы цепей, комментарии и прочее), их наличие в схемах всячески приветствуется. Однако использование этих объектов требует комментариев в текстовой части пояснительной записки к междисциплинарному проекту: что это за объекты, зачем они нужны и какие функции выполняют.

23

3.5. Разбиение схемы принципиальной электрической на листы

Настоятельно рекомендуется не разрабатывать схемы принципиальные электрические на листах, превышающих размер А3. В случае если какой-то набор схемотехнических узлов или какой-то узел требует большего размера рабочего листа, рекомендуется разбить его по смыслу на несколько блоков, размещенных на разных листах и соединенных при помощи объектов, аналогичных объекту «порт» в САПР Altium Designer. Например, сложную аналоговую схему можно разбить на такие блоки, как «предусилитель», «блок фильтров», «выходной усилитель». Имена файлов схем, где размещены блоки, следует задавать по смыслу блока, желательно без использования кирил-

лических символов, например: «pre_amp», «filers», «output_amp».

Каждый лист альбома схем должен иметь основную надпись (рис. 3.5), содержащую следующую информацию: название проекта; название листа; номер листа и их общее количество; имя автора; дата, условный номер.

Рис. 3.5. Основная надпись листа альбома схем

Названия листа в основной надписи следует выбирать исходя из предназначения схемы, на нем изображенной, например: «блок питания», «блок индикации», «блок микроконтроллера». Допускается использование любого набора символов. В качестве источника шаблонов для оформления листов схем принципиальных электрических допускается использование библиотеки, предоставляемой пользователю в составе выбранной САПР.

3.6. Состав документации на электрические принципиальные схемы

Документация на разработанный комплект электрических принципиальных схем должна быть включена в текст и приложения к пояснительной записке и содержать следующее:

24

–блок-схему разработанного устройства (составляется в произвольной форме, помещается в основную часть пояснительной записки) с указанием наименований блоков, их предназначения, листов схем в приложении к пояснительной записке, где изображены соответствующие блоку элементы и соединения;

–сами электрические принципиальные схемы (все листы, помещаются в приложении);

–список компонентов, необходимых для сборки прибора. Список компонентов (спецификация) оформляется по общим правилам составления конструкторской документации и помещается в приложении к пояснительной записке. Спецификация представляет собой таблицу. Одному виду компонентов (сочетанию его типа и номинала) должна соответствовать одна строка

втаблице. В каждой строке указывается: тип компонента, например «Резистор 0603»; номинал, например «2.2 кОм» (для микросхем и дискретных компонентов номинал не указывается); количество таких компонентов.

Допускается указывать наименования электронных компонентов в спецификации как на русском, так и на английском языках (например, «Резистор 0603» или «Resistor 0603»). По необходимости в спецификацию также можно добавить информацию о корпусе компонента. В частности, описание «Резистор 0603» автоматически подразумевает, что используется планарный корпус с размерами 1.6 × 0.8 мм (приблизительно 0.06 × 0.03 дюйма), однако многие микросхемы выпускаются в корпусах DIP или SOIC, PLСC, QFP или BGA, и выбор конкретного типа корпуса остается за инженером. Информация о выбранном корпусе может содержаться в наименовании компонента в виде суффикса (например, если указано AD8542AR). Если в наименовании компонента не содержится суффикс, указывающий на конкретный корпус, информацию о корпусе можно указать в отдельной колонке спецификации, например: «компонент – AD8542, корпус – SO-8».

4.РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИИ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

4.1. Общие правила разработки и оформления документации

Приложения к пояснительной записке междисциплинарного проекта должны содержать чертежи слоев разработанной топологии печатной платы (ПП) и ряд отчетов САПР, связанных с особенностями разработанной платы

25

и предполагаемой технологии ее производства.

Топологию следует разрабатывать в одной из специализированных САПР, рекомендуется использовать ПО Altium Designer. Перед созданием топологии печатной платы следует:

–подобрать или разработать библиотеку моделей корпусов электронных компонентов, использующихся в схеме;

–выбрать ограничения и требования, предъявляемые конкретной технологией производства печатной платы;

–оценив количество компонентов на плате и их габариты, выбрать конкретную серийную модель приборного корпуса, в который должен устанавливаться разрабатываемый прибор.

При разработке платы следует руководствоваться ранее изученными правилами, касающимися выбора ширины проводников, способа их подключения к выводам электронных компонентов, создания полигонов печатной платы, обеспечивающих высокий уровень электромагнитной совместимости изделия и т. д.

При разводке платы следует придерживаться единого стиля и подхода. Например, все цепи питания разведены проводниками шириной не менее 20 mil, все несиловые цепи – проводниками 12 mil, все фаски (повороты проводников) выполнены под углом 45°, позиционные обозначения в слое шелкографии изображены единым шрифтом с одинаковой толщиной линии и высотой символа, и т. д.

При выборе корпусов электронных компонентов следует отдавать предпочтение компактным планарным корпусам во всех неспецифических случаях. Исключением из этого правила являются случаи, когда для резисторов требуется большая рассеиваемая мощность, для конденсаторов – сочетание большой емкости и высокого пробивного напряжения, для дросселей – сочетание большой индуктивности и высокого рабочего тока.

Располагать компоненты следует в одном слое печатной платы, что заметно облегчает сборку изделия и удешевляет ее. Исключением из этого правила являются лишь случаи высокой плотности монтажа при использовании компактного корпуса для прибора. Тогда применение двухстороннего монтажа требуется отдельно обосновать, сославшись на специфический пункт задания на междисциплинарный проект.

Аналогично, во всех стандартных случаях требуется разработать печатную плату, содержащую два сигнальных слоя – верхний и нижний (ДПП или

26

двухслойная печатная плата). В специфических случаях можно приступать к разработке МПП (многослойной печатной платы), предварительно обосновав выбор многослойного стека. Критерием для такого выбора является наличие в схеме высокоплотных или высокоскоростных компонентов. Наличие таких компонентов может быть обусловлено только прямым указанием в задании на проектирование, на что требуется сослаться.

Количество слоев шелкографии на плате – обычно один (с той же стороны, с которой располагаются компоненты), количество слоев печатной маски – два (верхний и нижний), переходные отверстия рекомендуется закрывать паяльной маской.

Практически во всех случаях рекомендуется выбирать толщину слоя фольги (металлизации) 18 мкм, реже – 35 мкм. Более толстая металлизация обеспечивает протекание по проводникам бо́льших токов без их нагрева, но заметно ухудшает точность изготовления ПП. Выбирать иную (нестандартную) толщину металлизации следует только при наличии специфических требований в задании на проектирование, с обязательной ссылкой на эти требования в тексте пояснительной записки.

4.2. Правила проектирования печатной платы

Перед тем, как приступить к разработке печатной платы, требуется выбрать технологию ее производства. Ограничения технологий производства ДПП и МПП доступны на Интернет-сайтах всех производителей печатных плат. Далее приведен пример таких ограничений.

Минимальная ширина проводника/минимальный зазор для фольги:

Минимальный отступ полигона от КП/проводника для фольги:

Минимальный диаметр отверстия/минимальная площадка на переходном отверстии – 0.2/0.6 мм.

Минимальный диаметр монтажного отверстия – 0.6 мм.

Размер минимальной контактной площадки для металлизированных отверстий:

27

–0.3…1.1 мм – +0.5 мм;

–1.2…1.6 мм – +0.55 мм;

–свыше 1.6 мм – +0.8 мм.

Минимальная толщина линии шелкографии (маски) – 0.15 мм. Минимально допустимое отторжение маски от КП – 0.1 мм. Минимальная высота шрифта шелкографии – 1.5 мм. Толщина медной фольги – 18, 35, 70, 105 мкм.

Отступ металла от края платы – 1.5 мм.

Правила проектирования печатной платы не исчерпываются перечисленными ограничениями. Ряд правил вытекают из особенностей электрических схем, ряд правил проектирования требуется задать исходя из специфических особенностей изделия (например, при наличии скоростных дифференциальных линий передачи данных, скоростных компонентов, при использовании полигонов в сигнальных слоях платы для охлаждения электронных компонентов и т. д.).

Наконец, не следует разводить печатную плату с настолько тонкими проводниками и маленькими зазорами между ними, насколько в принципе позволяет выбранная технология. Дело в том, что технологические ограничения, пример которых показан ранее, сформированы исходя из приемлемости процента выхода годных с линии производства ПП. Это не отменяет простого соображения: при прочих равных условиях выход годных плат будет тем выше, чем жестче требования, установленные при проектировании топологии. В данном случае «жестче» означает более «грубую» топологию платы, т. е. бо́льшие ширины проводников, бо́льшие зазоры, бо́льшие габариты переходных отверстий и диаметры их сверловки. Выбирать окончательные ограничения для правил проектирования топологии стоит, оценив, какова геометрия наиболее плотного корпуса микросхемы в проекте. Более того, чем толще проводник на печатной плате, тем меньше его сопротивление и тем меньшее значение на работу схемы оказывает его неидеальность.

4.3. Габариты платы и корпус

Корпус, в который будет устанавливаться изделие, задает точные габариты печатной платы, ее форму и наличие монтажных отверстий и вырезов. Выбирать корпус следует с некоторым запасом по количеству свободного места, после создания комплекта схем и выбора компонентов, грубо оценив

28

требуемые размеры платы при помощи программы редактора плат.

Выбор корпуса следует осуществлять, используя мировые либо российские Интернет-каталоги подобных изделий. Наибольшей полнотой отличаются веб-сайты таких производителей приборных корпусов, как, например, «Bopla» или «Gainta», и такие каталоги электронных компонентов, как

RS Components, Farnell, Elfa, Digikey.

Используя чертеж корпуса, доступный на сайте производителя либо в каталоге, следует изобразить контур печатной платы, расставить монтажные отверстия и приступить к разводке ПП. При расстановке компонентов следует учесть, что разъемы ввода-вывода, индикаторы и органы управления прибора должны быть выведены на его панели. В этой связи следует выбирать поворотные разъемы, которые устанавливаются на край печатной платы и под которые в панелях прибора требуется сделать соответствующие вырезы. На рис. 4.1 показан пример установки разъема типа D-SUB на печатную плату так, что он может быть выведен на панель прибора, для чего в панели изготавливается вырез специфической формы.

Панель

приборного

корпуса

Печатная

плата

Рис. 4.1. Установка разъема на печатную плату

Требуется изобразить чертеж контура печатной платы и положения монтажных отверстий в каком-либо механическом слое файла платы. Также рекомендуется указать на этом чертеже положения разъемов, индикаторов, органов управления прибора, выводимых на его панели.

4.4. Состав документации на печатную плату

Документация на разработанную печатную плату должна быть включена в приложения к пояснительной записке и содержать:

– комплект чертежей слоев печатной платы, каждый слой – на отдельном листе: сигнальные слои (для ДПП – верхний и нижний, например, Top Layer, Bottom Layer); слои паяльной маски (например, Top Solder, Bottom

29

Solder); слои шелкографии, обычно один (например, Top Overlay); механические слои, т. е. чертеж, включающий в себя контур печатной платы, размерные линии, обозначающие габариты платы, положения вырезов в плате, монтажных отверстий и элементов, выводимых на панели прибора. Рекомендуется поместить чертеж выбранного корпуса (его вид сверху) на одном из механических слоев и включить этот слой в данный лист отчетной документации;

–общий обзорный чертеж печатной платы (все слои на одном чертеже);

–отчет об использованных правилах проектирования печатной платы;

–отчет о результате автоматической проверки разработанной топологии печатной платы на соответствие использованным правилам проектирования (может быть объединен с отчетом о правилах проектирования);

–изображение трехмерной модели печатной платы (необязательно). Рекомендуется разместить на каком-либо механическом слое файла пе-

чатной платы легенду, описывающую стек слоев, под который была разработана топология. Обычно такая легенда представляет собой таблицу, в которой перечислены все физические слои платы, содержимое которых имеет значение для ее производства.

Также на каком-либо механическом слое следует поместить стандартный чертежный штамп с основной надписью, согласно вышеперечисленным требованиям, и включить этот слой во все чертежи данного приложения.

Отчеты о заданных правилах проектирования и результатах проверки платы на соответствие этим правилам генерируется соответствующим модулем САПР (в Altium Designer – «Batch DRC»). Очевидно, что в результате проверки ошибок выявлено быть не должно.

Список рекомендуемой литературы

Аксенов А. И., Нефедов А. В. Элементы схем бытовой радиоаппаратуры. Конденсаторы. Резисторы: Справочник. – М.: Радио и связь, 1995.

Аксенов А. И., Нефедов А. В. Отечественные полупроводниковые приборы. – М.: Солон-Пресс, 2008.

Аналоговая и цифровая схемотехника / Ю. А. Быстров, Е. А. Колгин, Д. К. Кострин, А. А. Ухов. – СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2011.

Бабич Н. П., Жуков И. А. Компьютерная схемотехника. Методы построения и проектирования. – Киев: МК-Пресс, 2004.

30