PADS PCB: projektowanie płytki krok po kroku

Projektowanie PCB w PADS zacznij od schematu i doboru elementów, następnie zaplanuj płytkę, rozmieść części i poprowadź połączenia. Przed przekazaniem projektu do produkcji sprawdź zgodność schematu z płytką oraz przygotuj dokumentację. Poniższy poradnik omawia tę kolejność pracy i pokazuje, na co zwrócić uwagę na poszczególnych etapach.

Czym jest PADS PCB?

PADS to rodzina narzędzi do projektowania płytek drukowanych, związana z firmą Mentor Graphics. Mentor Graphics został przejęty przez Siemens; przejęcie zakończyło się w marcu 2017 roku. W praktyce projektanta istotne jest przede wszystkim uporządkowanie pracy: od opisu połączeń elektrycznych po rozmieszczenie elementów i przygotowanie danych płytki.

Schemat i projekt PCB opisują ten sam układ z różnych stron. Schemat przedstawia elementy oraz ich połączenia, a projekt płytki określa ich fizyczne rozmieszczenie i przebieg ścieżek. Podczas pracy trzeba kontrolować zgodność tych informacji. Samo poprawne narysowanie schematu nie kończy projektu, podobnie jak estetyczne rozmieszczenie części nie zastępuje sprawdzenia połączeń.

Od schematu do rozmieszczenia elementów

Przygotuj założenia elektryczne i mechaniczne

Zanim zaczniesz rysować, określ funkcję układu i wymagania dotyczące jego umieszczenia w urządzeniu. Uwzględnij obrys płytki, położenie złączy, miejsce na elementy oraz ograniczenia wynikające z obudowy. Jeśli w projekcie występują osłony lub radiatory, również weź je pod uwagę. Część może pasować do schematu elektrycznego, a jednocześnie kolidować z innym elementem urządzenia.

Założenia mechaniczne warto rozpatrywać razem z elektrycznymi przez cały czas projektowania. Przeniesienie złącza wpływa na rozmieszczenie części i przebieg połączeń, a zmiana elementu może wymagać ponownej oceny dostępnego miejsca. Zapisuj takie ustalenia, aby przy kolejnej zmianie wiedzieć, które fragmenty projektu wymagają ponownego sprawdzenia.

Narysuj schemat i uporządkuj dane części

Na schemacie umieść potrzebne elementy i połącz je zgodnie z założeniami obwodu. Uzupełnij oznaczenia, wartości, tolerancje i informacje pozwalające rozpoznać wybrane części. Schemat powinien być czytelny także dla osoby, która nie uczestniczyła w jego tworzeniu. Staranny opis ułatwia późniejsze sprawdzanie projektu i przygotowanie zestawienia materiałowego BOM.

Przy doborze części korzystaj z ich dokumentacji. Porównuj właściwości potrzebne w danym obwodzie, zamiast kierować się wyłącznie podobną nazwą. Uporządkowane dane komponentów pomagają zachować spójność między schematem a zestawieniem materiałowym. Jeżeli zmieniasz wybraną część, sprawdź, czy zmiana została uwzględniona wszędzie, gdzie jest ona opisana.

Biblioteka elementów porządkuje informacje, ale nie zastępuje oceny projektu. Sprawdzenie danych bibliotecznych, sprawdzenie połączeń i ocena działania obwodu to odrębne zadania. Nie traktuj zakończenia synchronizacji biblioteki jako potwierdzenia, że układ będzie działał poprawnie. Przed przejściem do płytki przejrzyj schemat i wyjaśnij zauważone niezgodności.

Rozmieść elementy z uwzględnieniem obudowy

Na płytce rozmieść wybrane części w obrębie przyjętego obrysu. Uwzględnij zarówno połączenia elektryczne, jak i położenie elementów wynikające z konstrukcji urządzenia. Zwróć uwagę na dostępne miejsce wokół złączy, osłon i radiatorów. Kontrola mechaniczna powinna obejmować całość urządzenia, a nie tylko sam widok płytki.

Oceniaj rozmieszczenie przed rozpoczęciem prowadzenia ścieżek i wracaj do niego, gdy pojawiają się trudności. Przesunięcie elementu może ułatwić połączenia, lecz wymaga ponownego sprawdzenia jego otoczenia. Projektowanie jest procesem uzgadniania wymagań, dlatego nie warto traktować początkowego rozmieszczenia jako niezmiennego.

Co przedstawiają warstwy płytki drukowanej?

Płytka drukowana jest strukturą złożoną z warstw przewodzących i izolacyjnych. Na warstwach miedzi znajdują się ścieżki, płaszczyzny oraz inne elementy przewodzące. Miedź jest związana z nieprzewodzącym podłożem, a jej wzór powstaje przez usunięcie wybranych obszarów podczas trawienia. Zwykle wykorzystuje się przy tym warstwę światłoczułą naświetlaną zgodnie z przygotowanym obrazem.

W projekcie trzeba więc rozróżniać połączenie na schemacie od jego realizacji w miedzi. Linia na schemacie wskazuje połączenie elektryczne. Na płytce projektant określa przebieg ścieżki i warstwę, na której się ona znajduje. Płaszczyzna masy lub zasilania również należy do zaplanowanej struktury przewodzącej, a nie stanowi jedynie graficznego tła.

Takie rozróżnienie pomaga przy przeglądaniu projektu. Oceniaj warstwy osobno, aby rozumieć ich przeznaczenie, a następnie rozpatruj je jako części tej samej płytki. Obraz pojedynczej warstwy pokazuje tylko fragment całej konstrukcji. Dokumentacja przekazywana do produkcji musi odpowiadać przyjętemu podziałowi warstw.

Prowadzenie ścieżek i kontrola zgodności ze schematem

Po rozmieszczeniu elementów poprowadź ścieżki zgodnie z połączeniami schematu. Uwzględnij przy tym przyjęty plan masy i zasilania oraz ograniczenia mechaniczne. Pracuj na podstawie spójnych danych: jeżeli podczas prowadzenia połączeń zmienisz schemat lub dobór części, wróć do kontroli zgodności projektu płytki.

Sprawdzanie reguł projektowych jest częścią weryfikacji. Przejrzyj zgłoszone niezgodności i ustal, czego dotyczą, zamiast traktować komunikaty jako formalność. Ocenę połączeń uzupełnij przeglądem rozmieszczenia i odległości między obiektami. Nie przypisuj pojedynczemu sprawdzeniu roli pełnej oceny elektrycznej oraz mechanicznej urządzenia.

Po poprawkach ponownie przejrzyj zmieniony obszar. Zwróć uwagę na to, czy rozwiązanie problemu z prowadzeniem ścieżek nie naruszyło wcześniejszych ustaleń dotyczących położenia części. W ten sposób kontrola pozostaje związana z rzeczywistymi zmianami w projekcie, a nie tylko z końcowym etapem przygotowania dokumentacji.

Przykład: podział warstw płytki czterowarstwowej

Poniższa tabela przedstawia przykład przy założeniu płytki czterowarstwowej. Przyjmujemy 2 zewnętrzne warstwy sygnałowe oraz 2 wewnętrzne przeznaczone na masę i zasilanie. Jest to ilustracja podziału funkcji warstw, a nie gotowy układ zalecany dla każdego projektu.

Bilans warstw w tym założonym przykładzie wynosi: 2 warstwy sygnałowe + 2 warstwy wewnętrzne = 4 warstwy miedzi. To wyłącznie sprawdzenie przyjętego podziału. Nie jest obliczeniem parametrów elektrycznych i nie potwierdza poprawności konkretnego obwodu.

Najważniejsze jest świadome przypisanie funkcji warstwom. W opisie projektu zapisz, gdzie planujesz sygnały, masę i zasilanie, a następnie sprawdź, czy obrazy warstw odpowiadają temu opisowi. Dzięki temu podczas przeglądu dokumentacji można odnieść każdą warstwę do przyjętych założeń.

Jak przygotować dane produkcyjne PCB?

Dane produkcyjne obejmują pliki Gerber opisujące obrazy poszczególnych warstw oraz dane wiercenia. Producent otrzymuje zwykle komplet dokumentacji spakowany do archiwum ZIP. Przygotowanie takiego zestawu jest odrębnym etapem pracy: trzeba upewnić się, że pliki opisują płytkę, którą zamierzasz zamówić.

Sprawdź zawartość pakietu, odnosząc ją do planu warstw. Zwróć uwagę, czy uwzględniono wszystkie potrzebne obrazy oraz dane wiercenia i czy pochodzą one z tej samej wersji projektu. Samo utworzenie archiwum nie potwierdza kompletności dokumentacji. Czytelne nazwy plików oraz opis ich przeznaczenia ułatwiają przegląd przygotowanych materiałów.

Przed przekazaniem dokumentacji uzgodnij jej zakres z producentem PCB. W razie niejasności wyjaśnij przypisanie warstw i zawartość zestawu, zanim trafi on do realizacji. Schemat, zestawienie części i obrazy warstw pełnią różne funkcje; nie należy zakładać, że pojedynczy dokument zastąpi pozostałe informacje potrzebne w danym zleceniu.

Lista kontrolna przed przekazaniem projektu

Końcowy przegląd przeprowadź na aktualnej wersji projektu. Poniższa lista porządkuje opisane etapy i pomaga sprawdzić, czy przygotowana dokumentacja jest z nimi zgodna:

• Schemat: czy połączenia, oznaczenia oraz wartości elementów odpowiadają przyjętym założeniom?
• Dane części: czy wybór komponentów jest spójny ze schematem i zestawieniem materiałowym?
• Mechanika: czy rozmieszczenie uwzględnia obudowę, złącza, osłony i radiatory występujące w urządzeniu?
• Ścieżki: czy połączenia płytki odpowiadają schematowi po ostatnich zmianach?
• Warstwy: czy ich przeznaczenie jest opisane, a plan masy i zasilania zgodny z projektem?
• Weryfikacja: czy zgłoszone niezgodności zostały przejrzane, a poprawione obszary ponownie sprawdzone?
• Dokumentacja: czy zestaw zawiera potrzebne obrazy warstw i dane wiercenia z aktualnej wersji projektu?
• Archiwum: czy sprawdzono zawartość ZIP i uzgodniono zakres przekazywanych danych?

Jeżeli przegląd ujawni potrzebę zmiany, popraw projekt i przygotuj odpowiadającą mu dokumentację. Nie pozostawiaj w przekazywanym zestawie plików opisujących wcześniejsze rozwiązanie.

FAQ — pytania o projektowanie PCB w PADS

Od czego zacząć projekt w PADS?

Od określenia funkcji układu i ograniczeń mechanicznych. Następnie przygotuj schemat, dobierz części i sprawdź ich dane. Rozmieszczanie elementów oraz prowadzenie ścieżek oprzyj na tych ustaleniach.

Czy poprawny schemat oznacza gotową płytkę?

Nie. Schemat opisuje połączenia elektryczne, natomiast płytka wymaga rozmieszczenia elementów, zaplanowania warstw i poprowadzenia ścieżek. Trzeba też sprawdzić zgodność z obudową i przygotować dane produkcyjne.

Czy płytka czterowarstwowa musi mieć osobne płaszczyzny masy i zasilania?

Opisany podział jest przykładem opartym na przyjętych założeniach. Pokazuje możliwe wykorzystanie warstw wewnętrznych. Nie należy traktować go jako obowiązkowego rozwiązania dla każdej płytki czterowarstwowej.

Co sprawdzić przed wysłaniem plików do producenta?

Sprawdź zgodność dokumentacji z aktualnym projektem, kompletność obrazów warstw i danych wiercenia oraz zawartość archiwum ZIP. Zakres przekazywanych materiałów uzgodnij z producentem.

Podsumowanie

Praca nad PCB w PADS wymaga spójnego schematu, uporządkowanych danych części i kontroli fizycznego projektu płytki. Zaplanuj warstwy, sprawdzaj połączenia po zmianach i przejrzyj dokumentację przed przekazaniem jej do produkcji. Opisany przykład warstw oraz lista kontrolna mogą pomóc uporządkować ten proces.

Gotową dokumentację możesz przekazać OurPCB do wyceny produkcji i montażu PCB.