PCB -sid kasutavad paremad projektid: 6 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

Kui olete veetnud aega elektroonikaprojektidega töötades, siis teate, kui lõbus ja põnev see võib olla. Miski pole nii virgutav, kui näete oma ringraja elavnemist otse teie silme all. See muutub veelgi põnevamaks, kui teie projekt muutub kasulikuks vidinaks, mille soovite oma kodu või kontori ümber püsivalt kinnitada. Aga mis on parim viis selle saavutamiseks? Leivalaud pole kindlasti lahendus ja keerulise vooluahela ehitamine proto-plaadile võib muutuda üsna tüütuks. Mõlemal tööriistal on oma koht, kuid need ei ole ideaalsed realistlikuks tootmiseks.

Lahendus? Tehke oma projekt trükkplaadi (PCB) abil. Kuna tegijate ja harrastajate arv kasvab iga päev, teevad tootjad professionaalse taseme teenuseid kõigile kättesaadavaks (ja taskukohaseks). Omal ajal oli PCBde projekteerimine ja valmistamine uskumatult kallis. Kvaliteetne CAD -tarkvara on mõnel juhul tasuta saadaval ja tehased, mis valmistavad väikeseid prototüüpplaate juba 5 dollari eest pluss saatmiskulud. On väga vähe põhjuseid, miks neid teenuseid mitte kasutada.

Minu eesmärk on viia teid selle projekti kõrgel tasemel läbi. Kuna iga CAD -tarkvara on pisut erinev, peate selle saavutamiseks koguma mõningaid teadmisi muudest allikatest. Postitan lingid mõnele ressursile, mis mulle abiks olid. Enne kui hakkate muretsema nende oskuste õppimiseks kuluva aja pärast, lubage mul öelda, et alustasin täiesti nullide teadmiste ja kogemustega ning tegin edukaid kujundusi pärast seda, kui veetsin veebiavarustest õppides vähem kui 8 tundi.

Olen isiklikult kasutanud kõiki neid kolme CAD-tarkvara paketti, kuid soovitan teil tutvuda nende tutvustusvideotega, et saada aimu, kuidas igaüks neist on üles seatud.

• Sissejuhatus KICADi
• Eagle CAD veebiseminari sissejuhatus
• Altiumi tutvustus

Doktor Peter Dalmarisel on suurepärane kursus, mis põhineb KICADil ja mille olen lõpetanud ning soovitan soojalt, kui see on teie valitud tarkvara. Tema selgitusi kõigi funktsioonide toimimise kohta on lihtne järgida ja need on väga täielikud. Siin on link tema klassile Tech Explorationsis.

Teine võimalus, mida kaaluda (kuigi ma pole seda ise kasutanud) on EasyEDA. Olen näinud, et teised tegijad kasutavad seda veebitarkvara väga kindlate kujunduste tegemiseks.

Hakkame disainima!

Tarvikud

• Arvuti CAD tarkvaraga
• Jootekolb
• Flux
• 1 ESP-32 moodul (WROOM-32D)
• 2 MCP 23017 (SOIC -pakett)
• 5 -voldine regulaator (L7805)
• 3,3 -voldine regulaator (AP2114H)
• üldine alalisvoolutoru pistik 2,1 mm pistiku jaoks
• Meeste või naiste nööpnõelad (valikuline)
• Röstriahi ja jootepasta (valikuline)
• Puur (valikuline)

Samm: planeerimine ja kujundamine

On väga oluline, et igal projektil oleks kindel alus. Väike planeerimisele kuluv aeg võib säästa tunde pettumust.

Hea koht alustamiseks on funktsioonide ja funktsioonide loendi koostamine, mida soovite oma kujunduses kasutada. Allpool on loetelu, mida kasutasin selle näidisprojekti loomisel.

• ESP-32 põhinev plaat, mis ühildub olemasolevate ESP-32 disainidega
• Rohkem digitaalseid kontakte kui tavaline ESP-32 Dev komplekt
• Saadaval 5v ja 3v3 trükkplaadile kinnitatud tarvikute toiteks
• Programmeerimisport, et saaksin seadet tulevikus värskendada
• Võimalus töötada 6 kuni 12 voldise sisendiga

Teiseks kogutakse nimekiri osadest, mida soovite kasutada, ja leidke kergesti kättesaadav allikas. Viimane asi, mida soovite teha, on teha trükkplaat, mille osi ei saa osta. Samuti peaksite koguma tootjate andmelehed iga osa kohta, mida kavatsete kasutada (uskuge mind, see on VÄGA oluline ja ma selgitan hiljem).

Lõpuks koguge kõik selle kujunduse jaoks loodud märkmed ja joonised. See hõlmaks kõiki võimalikke füüsilisi piiranguid. Näiteks soovite, et teie plaat ühilduks Arduino kilbiga või sobiks konkreetse korpusega. Kogu seda teavet on vaja protsessi erinevates etappides.

2. etapp: PCB skeem CAD -i abil

Alustame oma skeemi koostamist!

Üldiselt mulle meeldib lisada kõik oma osad skeemile ja paigutada need minu jaoks mõistlikul viisil. Sel hetkel, kui need paigutate, ei mõjuta see PCB füüsilist asukohta, nii et saate seda paindlikkust oma huvides kasutada. Kui teil pole kõigi komponentide jalajälgi, soovitan soojalt SnapEDA ja Ultralibrarian. Nendes ressurssides on hämmastav valik saadaolevaid osi peaaegu iga CAD -tarkvara jaoks, mida võite kasutada. Lihtsalt otsige üles komponendi osa number ja laadige alla sobivad failid. Neil on õpetused, kuidas neid faile importida, kui te veel ei tea, kuidas seda teha.

Enne osade ühendamist on kõige parem kontrollida iga komponendi pistikute täpsust. Seetõttu on osade andmelehtede omamine oluline, kuna mul on terve partii PCB -sid hävitatud (mäletate neid pettumustunde?), Kuna jätsin selle sammu vahele. Kui te ei teinud osa ise (ja mõnikord isegi siis, kui tegite), kontrollige ALATI topeltkontrolli.

Kui lähete skeemi juhtmestikku, olen leidnud, et ühenduste loomiseks on kasulik kasutada võrgusilte. Kui teil on igal pool palju juhtmeid, on seda raske jälgida ja see suurendab ka ühenduse loomise võimalusi kusagil, kus te ei peaks (rohkem tunde pettumust). Juhtmete ja võrgusiltide tasakaal on tavaliselt parim, lihtsalt kasutage kindlasti võrgusiltide loendit, mis on disaini vaadates mõistlik. See muudab elu lihtsamaks, kui tulete selle kujunduse juurde tagasi ja soovite tulevikus muudatusi teha või algse kujunduse tõrkeotsingut teha.

Skeem on ka hea koht märkmete jätmiseks selle kohta, kuidas vooluringi erinevad osad peaksid töötama. See on hea viis jälgida kõiki vajalikke üksikasju, et asi toimiks nii nagu peab. Selle projekti näide on see, et programmeerimiseks on vaja hüppajat ESP -mooduli lubatava tihvti ja 3,3 V toite vahel. Kuigi see pole ilmselt ainus koht, kus peaksite sellist teavet dokumenteerima, on kindlasti hea harjuda KÕIK üles kirjutama.

Enne järgmise sammu juurde liikumist kontrollige oma skeemi põhjalikult. See peab olema õige, et PCB paigutusprotsess sujuks. Aeglane ja metoodiline lähenemine annab teile alati parima lõpptulemuse. Vaadake üle kõik võimalikud märkmed ja kontrollige neid kõiki skemaatiliselt.

3. samm: PCB paigutus

Enne kui hakkame oma komponente korraldama, on kõige parem vaadata jalajälgi ja veenduda, et need on nende osade jaoks, mida kavatsete kasutada, õiged. Näiteks mõned osad on saadaval aukude ja SMD variantidega, veenduge, et kasutate ainult neid osi, mida saate installida. Mooduli EPS-32 all on padi, mis vajab erilist käsitlemist (sellest lähemalt hiljem). Veenduge, et teil on nende olukordade jaoks plaan. Pärast meie komponentidele sobivate pakettide valimist peaksite uuesti kontrollima iga osa pistikupesasid andmelehe järgi (kas olete siin trendi märganud?) Uskuge mind, kui ütlen, et need võivad olla valed ja see teeb pika päeva kui peate hiljem nendele probleemidele jälile jõudma

Komponentide paigutamisel veenduge, et võtate arvesse kõiki neid füüsilisi piiranguid, mida ma varem mainisin. Mõnel juhul võib osutuda vajalikuks paigutada esmalt teatud osad, kuna nende asukoht on kriitiline ja kõik muu nende ümber mahub. Ärge unustage paigutada ühendatud osi üksteise lähedale, kuid jätke ka kokkupanemise ajal piisavalt ruumi. Kui teil on konkreetne ümbris, mida kavatsete kasutada, võib olla mõttekas kõigepealt luua plaadi profiil ja puurida augud.

Kui kõik teie komponendid asuvad soovitud kohas, on aeg alustada teie radade marsruutimist. Seda tehes tuleb meeles pidada mõnda põhipunkti.

• Üldiselt on parim lühim jälg
• Suurem on tavaliselt parem (eriti toiteliinide puhul)
• Peate teadma, kui palju voolu antud rada peaks juhtima, ja veenduge, et teie valitud suurus saab seda summat ohutult käsitseda (see on väga oluline ohutusprobleem, ülevool võib põhjustada kuumutamist ja olla tuleohtlik)
• Teadke, milliseid tolerantse teie tootja suudab säilitada, ja järgige neid juhiseid. Siin on link ühe tootja võimaluste lehele (teie CAD -tarkvaral võib olla disainieeskirjade kontrollija, mis teavitab teid kõikidest kohtadest, mis ei vasta tehase standarditele)

Kuigi marsruutide marsruutimine võib olla lõbus mõistatus, võivad meie kujundused mõnikord keeruliseks muutuda, muutes selle äärmuslikuks väljakutseks. Sellistel juhtudel võib automaatse marsruutimise tarkvara kasutamine säästa märkimisväärselt aega. Siin on link Auto-ruuterile, mida olen kasutanud mitmetes projektides. Automaatne ruuter impordib teie projekti ja kasutab teie projekteerimisreegleid kõigi teie võrkude jaoks sobivate jälgede leidmiseks. Tavaliselt lasen automaatruuteril oma tööd teha, seejärel käsitsi muuta mõnda asja, mida võiksin soovida eristada. Samuti saate suunata jälgi, mida soovite teatud asukohtades, ja automaatne ruuter töötab nende olemasolevate radade ümber, nagu see toimib ülejäänud võrkude puhul.

4. samm: viimane puudutus ja valmistamine valmistamiseks

Kui osad on paigutatud ja rajad käivad, on teie trükkplaat peaaegu valmis. Praegu on hea aeg anda kogu kujundusele kordamööda hea. Järgige jälgi, kasutades skeemina juhendit ja veenduge, et kõik vajalikud ühendused on tehtud.

Samuti peaksite kaaluma graafika lisamist oma plaadile siiditrükikihis. Teie nimi või mõni muu tegija märk on hea viis teistele teada anda, et olete oma töö üle uhke. Usun ka, et märgin enamiku, kui mitte kõiki oma ühenduspunkte sellega, milleks need on mõeldud. See aitab, kui lähete pärast kokkupanekut asja üles haakima, ja teistel on lihtsam nende ühenduspunktide funktsioonidest aru saada.

Teine asi, mida tuleb kaaluda, on redaktsiooni identifikaatori märkimine, eriti kui see on tahvel, mida kavatsete teha rohkem kui üks kord. Nii saate tulevikus vooluringis muudatusi teha ja lühidalt öelda, millise plaadi versiooniga te töötate.

Kui see kõik on tehtud, on teie disain kavandatud/eksportitud ja see tootjale saadetud. Üldiselt on need Gerberi failid ja tavaliselt tuleks need kõik salvestada ühte.zip kausta. See laaditakse PCB -tellimuse esitamisel üles.

Siin on link minu näidisprojekti Gerberi failidele GitHubis

Samm: trükkplaatide tellimine

Selle jaoks on saadaval rohkem võimalusi kui varem. See on muutunud nii lihtsaks, et igaüks saab oma disainilahendused professionaalselt teha suurtes tehastes ja uskumatult mõistliku hinnaga.

Olen projekteerinud üle 35 trükkplaadi ja kõik need on tootnud JLCpcb (https://jlcpcb.com)

Väga hea ettevõte, kellega mul pole kunagi olnud kvaliteediprobleeme. Siin on link videole, mis tutvustab nende rajatist ja selgitab üksikasjalikult trükkplaatide valmistamise protsessi. Tehase ringkäik

Minge nende veebisaidile ja tehke hinnapakkumine. Seejärel laadige oma Gerberi failide.zip üles. Pärast üleslaadimise lõppu peaksite nägema oma kujunduse renderdamist. Valige oma kogus, värv ja muud kriteeriumid, mida soovite praegu täpsustada. Siis on lihtne minna kassasse. Saate hõlpsasti oma Gerberi failid tasuta Gerberi veebivaatajasse üles laadida ja vaadata, kuidas need failid renderdamisel välja näevad.

Tavaliselt proovin saata mitu kujundust korraga, et neid saadetises kombineerida. Tavaliselt eeldan, et saan need kätte 1-2 nädala jooksul pärast tellimuse esitamist. See võib muidugi varieeruda sõltuvalt paljudest teguritest, kuid need annavad teile värskendusi teie tellimuste edenemise kohta oma veebisaidi kaudu ja jälgimisnumbrit pärast tellimuse saatmist.

6. samm: ehitame selle üles

On aeg kokku panna!

Mäletate varem, et mainisin, et ESP-32 mooduli jootmisel on trikk? Kui vaatate trükkplaadil olevat jalajälge, märkate komponendi all suurt padja. Noh, see võib olla natuke väljakutse, kuid ma pean leidma viisi, kuidas saate töö tehtud.

Valik 1: kasutage jootepastat ja väikest röstriahju.

See on tõesti otse edasi ja see annab teile kindlasti parimaid tulemusi. See video selgitab protsessi. Veenduge, et mõistate kasutatava jootepasta temperatuurinõudeid ja saate ilma palju vaeva nägemata päris uskumatuid tulemusi. See hoolitseb enamiku, kui mitte kõigi SMD komponentide jootmise eest. Boonuspunktid, kui teie röstriahi pärineb rämpshunnikust ja seda tuleb enne kasutamist parandada.

Variant 2: Minge puurist välja!

See valik töötab kindlasti, kuid see pole kõige ideaalsem. Selle padja keskel oleva PCB -sse väikese augu ettevaatlik puurimine võimaldab teil selle joota plaadi tagaküljelt nagu läbi augukomponendi. Selle lähenemisega võivad asjad üsna kergesti valesti minna, nii et võtke aega ja kasutage kvaliteetset puurit. Kui te ei kavatse kasutada tagasivooluahju, saate oma kujunduses selliste probleemidega hakkama saada, lisades selle padja keskele kaetud auk. See võimaldab teil triikrauaga jootma hakata ilma plaati kahjustamata.

Joodage järelejäänud aukude osad (ja SMD, kui te ei kasutanud tagasivoolumeetodit). Tihvtide päiste jaoks jootan ühe tihvti, et seda paigal hoida, samal ajal kui plaati ümber pööran, veendumaks, et see on sirge. Samuti on hea kontrollida kõigi SMD osade jootmist väga hoolikalt, kasutades mingit tüüpi luubi. Kui leiate midagi, mis vajab parandamist, kasutage mõnda voogu (uskuge mind, et see on suur erinevus) ja soojendage jooteühendus uuesti. Leidsin oma näidiskujunduse põhjal, et ESP-32 moodulil oli mitu kohta, mis vajasid ümbertöötamist. Pange tähele ka seda, et ma ei lisanud sellele plaadile tahtlikult ühtegi nööpnõela, kuna kavatsen oma välisseadmete juhtmeid otse jootma hakata. See ei ole alati parim lähenemisviis, kuid minu jaoks pole see probleem.

See on kõik! algusest lõpuni võtsime ringkontseptsiooni ja tegime selle projekti jaoks oma kohandatud trükkplaadi. Kui olete sellest aru saanud, on võimalused peaaegu lõputud. Loodan, et see juhend on andnud teile häid ideid ja juhtinud teid tähelepanu mõnele kasulikule ressursile, mis aitavad teil trükkplaatide valmistamisel. Täname lugemise eest!

Head valmistamist ja ärge laske suitsu välja! (Tõsiselt vajab see maagilist suitsu)