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¿He apostado demasiado por este diseño de PCB?

Estoy haciendo mi primer diseño de PCB (usando Altium) y finalmente he pasado la etapa de auto-enrutador. El resultado es un desastre y hay algunas redes que faltan y violaciones de las reglas de diseño. ¿He metido demasiados componentes en esta placa o tengo que replantearme la colocación de los mismos?

El tablero tiene dos capas.

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Estoy atascado con un recinto muy específico y no será capaz de hacer el tablero más grande en el eje x-y.

Esta es una placa de hobby, pero tengo un equipo completo de soldadura SMD en casa (bonito osciloscopio y todo). La colocación de los conectores es parte de la caja (de lo contrario esas serían las primeras cosas que se moverían). Es un reemplazo para un viejo sistema de monitoreo de motores. Toma medidas principalmente de termopares y termistores. El chip grande en el centro es un ATmega2560 funcionando a 16 MHz.


ACTUALIZACIÓN:

Gracias por todas las aportaciones. Reorganicé el tablero y pasé a 4 capas. Luego lo fresé todo a mano. Ahora se ve mucho mejor.

New board layout

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brian Puntos 1

Supongo que utilizas el autorouter porque crees que te ahorrará tiempo. Pero tengo malas noticias: se dice que el diseño de PCB es 80% colocación de componentes, 20% enrutamiento. No puedes simplemente colocar componentes, tienes que pensar en cómo se conectan las señales y si colocas los componentes correctamente, el diseño "fluirá" a partir de esta colocación. Así que si tienes una buena colocación, ya tienes el trazado y puedes hacerlo tú mismo (o al menos gran parte de él) mientras haces el diseño.

Los autorouters son un coñazo. Nunca he visto a la gente usarlos con mucho éxito - especialmente los incorporados como lo que se encuentra en Altium (aunque estaban mostrando una nueva herramienta recientemente, por lo que podría ayudar ). Además, la colocación de los componentes es vital.

Uno de los problemas de cualquier diseño automático o síntesis de circuitos es que el programa sólo hará lo que tú le digas, y si no se lo dices todo, hará cosas estúpidas. Tus reglas deben ser perfecto . Sus limitaciones deben ser completa . Todas sus necesidades deben plasmarse en normas y directrices. La conexión entre el condensador de desacoplamiento y la patilla de alimentación del chip debe ser lo más corta posible y no serpentear por un montón de circuitos analógicos, y la lista continúa.

Su colocación parece descuidada - tomemos este ejemplo:

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Si voltearas R17 la traza que va de R17 a R18 no necesitaría cruzar la traza que va de R17 a D1. R19 parece estar en paralelo con C12 - tal vez esto es algo que se puede utilizar para simplificar el diseño, poniéndolos físicamente en paralelo entre sí. Mover R19 por encima o por debajo de C12 también facilitaría el trazado de C18. C17 también parece que podría ser volteado 180 grados de tal manera que no requiere el cruce de trazas. Girar D1 90 grados en el sentido de las agujas del reloj podría facilitar el trazado desde el pin "central" hasta R17. Y tienes un montón de espacio no utilizado debajo de estos componentes, ¿por qué no usarlo y mover todo el conjunto hacia abajo un poco? ¿Recuerdas lo que dije sobre el 80% de colocación y el 20% de trazado real?

Además, parece que tu autorouter se ha rendido. Por ejemplo: Odd error

Hay mucho espacio para separar estas trazas. Esto no debería ser un problema, y cualquiera puede ver que sólo hay que mover la traza izquierda una fracción hacia la izquierda, y el error se solucionaría.

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RelaXNow Puntos 1164

A diferencia de lo que han dicho otros, usar el autoenrutador no es el problema. Tienen razón en que no se puede lanzar un diseño completo al enrutador automático y esperar que lo resuelva todo por ti. Pero, cuando se utilizan correctamente, los enrutadores automáticos son herramientas legítimas que ahorran tiempo. No hagas caso a los que dicen que no hay que utilizar el enrutador automático.

Tu problema es que has intentado meter demasiadas cosas en un tablero de 2 capas. Esperar encaminar tantos pines a tan poca distancia en 2 capas es muy poco realista.

La otra cuestión es que no hayas considerado el diseño con suficiente detenimiento. Esto es más difícil de evaluar viendo las imágenes, pero parece bastante probable.

Para empezar, hay muy poco espacio alrededor del chip denso. Incluso con múltiples capas, habrá congestión alrededor de ese chip. A veces incluso enruto a mano las trazas lejos de un chip denso para expandirlas un poco, y luego veo cómo el auto-enrutador puede manejarlo.

Sin embargo, la primera regla de un buen trazado es un buen diseño . No se puede simplemente colocar las piezas en algún lugar, y luego conectarlas de alguna manera en el trazado posterior. Un buen diseño es algo que aprenderás e intuirás a medida que realices más diseños. Para los primeros diseños, es útil disponer de mucho espacio. No lo has hecho.

Las piezas grandes suelen ser flexibles en la asignación de sus patillas. Esto suele ocurrir con los microcontroladores y las FPGA. En algunos casos he impreso una imagen de la asignación de pines de una pieza grande. A continuación, he hecho anotaciones a su alrededor correspondientes a la ubicación aproximada de las cosas a las que tenía que conectarse en la placa. Taché todos los pines fijos, como alimentación, masa, MCLR, etc. A continuación, asigné cuidadosamente los pines blandos en función de su proximidad al elemento al que debían conectarse.

Puede ser un proceso iterativo. Puede que recorras parte de la pieza y te des cuenta de que te falta un pin en una dirección. Eso puede requerir la reasignación de pines en el otro lado de la pieza para cambiar las cosas.

Para las piezas grandes, como los microcontroladores, las coloco en una gran zona vacía y, a continuación, sólo coloco a su alrededor las piezas inmediatamente conectadas. Esto incluye las tapas de derivación y el cristal con sus tapas, si las hay. A continuación, orientar y mover todo ese grupo de piezas juntas como una unidad a partir de entonces.

Es perfectamente normal colocar algunas piezas sólo en posiciones aproximadas, para luego volver y empaquetarlas de forma más eficiente a medida que se colocan más piezas. De nuevo, todo el proceso es iterativo. Cuando hayas adquirido cierta experiencia e intuición, estos pasos serán más rápidos. Es de esperar que los primeros diseños, sobre todo los más densos, tarden un poco.

Una vez que tengas un trazado razonable con cables aéreos que no se crucen por todas partes, haz un pequeño encaminamiento manual de las señales importantes. Yo suelo hacer primero todas las tapas de derivación, que por supuesto ya deberían estar cerca de los pines de alimentación y tierra que están derivando. Si usted tiene un plano de tierra, entonces el siguiente paso es conectar la mayoría de los puntos de tierra al plano de tierra con vías. Esto deja solo los cables de aire que seran trazas ruteables.

En este punto, dependiendo de tu experiencia, enruta algunas cosas que puedas ver que serán problemas, o simplemente deja que el auto-enrutador vuele.

Sin embargo, todavía no está utilizando el auto-enrutador para crear la ruta final, sólo para mostrarle los puntos problemáticos. Un buen enrutamiento automático es también un proceso iterativo. Ejecutas el enrutador automático, ves dónde tiene problemas, haces algún enrutamiento manual y tal vez cambios de colocación como resultado, ejecutas el enrutador automático de nuevo, etc. Al final se llega a una ruta completa. El enrutador automático te ha ahorrado mucho tiempo al hacer gran parte del trabajo pesado por ti.

Cuando tengas una solución con la que te sientas razonablemente cómodo, examina todo con cuidado y limpia manualmente las cosas obvias. Por ejemplo, si tienes un plano de tierra, quieres que no haya vías agrupadas. Muchas islas pequeñas son mejores que unas pocas islas grandes en el plano de tierra.

Pero, de nuevo, no escuches a todos los religiosos viscerales. Sigue adelante y utiliza el enrutador automático, pero hazlo con cuidado y responsabilidad. Yo me dedico profesionalmente a la ingeniería eléctrica, y he utilizado el auto-enrutador de alguna manera en probablemente más del 95% de todas las placas que he diseñado. Cuanto más complicada es la placa, más valioso es el auto-enrutador para hacer el trabajo duro por ti. Pero no esperes que haga todo el trabajo. Y, tienes que empezar con una buena colocación.

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JukesOnYou Puntos 398

El auto-enrutador no es mágico. Y no se debe utilizar para hacer tablas completas. Primero tienes que enrutar las partes importantes tú mismo. Como alimentación, alta velocidad y bypass. Entonces puedes dejar que el auto-enrutador haga las cosas tediosas.
Las reglas de diseño deben configurarse sin errores para que el autoenrutador funcione correctamente.

Ahora parece que has colocado los componentes al azar. Obtendrás resultados mucho mejores si agrupas los componentes, o al menos los colocas en una cuadrícula. Por ejemplo,

  • U3, que es muy probablemente un regulador de voltaje, tendrá algunas C cerca. Estos no se ven muy cerca.
  • Lo más probable es que U7 y U8 tengan una tapa de derivación. ¿Dónde están?
  • Hay una colección de R a la derecha. Si son para una red de resistencias, ¿por qué no ponerlas en una rejilla cuadrada? Si dejas algo de espacio entre ellas, a menudo podrás enrutarlas bien a mano.
    Por ejemplo:
    example square grid routing

Yo recomendaría ver algunas placas profesionales (desmontar algunos equipos de prueba), o hardware abierto de calidad y tal vez algunos videos de diseño de pcb. Desde el EEVblog por ejemplo.

Al menos estás trabajando con un tamaño de tablero definido con monturas, ¡bien! Es un error clásico de principiantes fresar una placa sin limitaciones de tamaño y pensar en la caja cuando la placa ya está hecha.

14voto

derstrom8 Puntos 1708

Has cometido uno de los mayores errores que puede cometer un novato, y es confiar en que el autorouter haga el trabajo por ti. Este es un gran malentendido entre los aficionados, y es que el autorouter es para principiantes. En realidad es exactamente lo contrario. Sólo los usuarios expertos de Altium (y otros paquetes) pueden usarlo correctamente, y para cuando se convierten en expertos a menudo es más fácil para ellos trazar a mano de todos modos. Los principiantes SIEMPRE deben empezar a mano. NO USES EL AUTOROUTER.

Para ayudarte a encaminar tu placa, te sugiero que empieces colocando las piezas de posición crítica (conectores, principalmente). Cualquier cosa que sepas que necesitas colocar en un lugar exacto y que no se pueda mover ni unos milímetros. A continuación, empieza a agrupar el resto de componentes en pequeñas secciones. Por ejemplo, agrupa todos los componentes directamente conectados o relacionados con el CI U1 (fuera de la placa), colócalos de forma que los hilos conductores sean cortos y rectos (no se crucen), y luego dirígelos juntos (fuera de la placa). Haz esto con todos los módulos (o al menos con unos cuantos a la vez), y luego mueve los módulos a la placa como grupos de componentes a un lugar que tenga sentido. A medida que mueves los módulos ya enrutados a la placa, podrás reposicionar los grupos de modo que los cables de aire entre ellos sean cortos y rectos, y repetir el proceso para enrutar los "módulos" juntos al igual que hiciste con los componentes dentro de cada módulo. Sigue así y al final tendrás un diseño limpio y bien pensado, con un mínimo de vías y un flujo de señales lógico.

Y para responder a su pregunta real, no - no hay demasiado en ese tablero. De hecho, es bastante escasa en comparación con algunas en las que he trabajado. Sólo tienes que ser inteligente acerca de la colocación de los componentes para reducir al mínimo el número de vías que necesita y el número de pistas en bucle alrededor. Como otros han mencionado, reduce las vías. Un taladro de 0,2 mm es suficiente para la mayoría de las vías.

11voto

ShaneB Puntos 1384

Una perspectiva económica:

Se trata de un proyecto de hobby.

En este caso, considere el número de horas que dedicará a la maquetación frente al coste de una placa ligeramente más grande. Algunos fabricantes (como pcbway) incluso le cobrarán lo mismo por una placa de 80x100mm que por una de 100x100mm, por lo que el aumento de tamaño puede salirle gratis.

Si dedica un día de esfuerzo a intentar encajarlo en una placa más pequeña para ahorrarse 2 dólares en costes de PCB, ¡relájese! Haz tu placa más grande. No importa si hay espacio sin usar. No tiene que parecer todo ordenado y apretado...

...lo anterior es ahora obsoleto ya que usted dijo que su recinto y la colocación del conector se fijaron, por lo tanto:

Si este fuera mi proyecto de hobby iría a 4 capas ($50, vale la pena, tiempo vs dinero) para mantener un plano de tierra saludable y no tener que pasar mucho tiempo pensando en EMI. Sé que suena un poco absurdo, pero 4 capas es tan barato en estos días que realmente tiene sentido en un contexto de hobby cuando se quiere que funcione la primera vez sin dolores de cabeza, problemas de EMI, y sin gastar demasiado tiempo. También ayuda de forma sutil: las posibilidades de que cometas un gran error de ruido/EMI serán mucho menores.

Si se encuentra en un entorno automovilístico, es de esperar que haya mucho ruido (como el de las bujías...), por lo que se recomienda una placa de masa completa. Especialmente si quieres obtener bajo ruido en las lecturas ADC. Recuerde GND es decir, 0V es su referencia, por lo que los rastros de tierra flacos garantizan prácticamente alta impedancia en GND, por lo tanto GND está en diferentes voltajes en todas partes dependiendo de la corriente que fluye en ella, por lo tanto muy ruidosas lecturas ADC (si es que funciona).

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