Una guía desde el esquema hasta el diseño de PCB basado en Altium Designer

PCB, abreviatura de placa de circuito impreso, se fabrica mediante tecnología de impresión electrónica y es responsable de proporcionar la conexión eléctrica de los componentes. El diagrama esquemático es el único principio al que debe atenerse el diseño de PCB, determinando el número de capas de PCB de acuerdo con la complejidad del diagrama esquemático y el tamaño de PCB para finalmente implementar las funciones establecidas por los diseñadores de circuitos. En términos de número de capas, las PCB se pueden clasificar en una sola capa, doble capa, cuatro capas, seis capas y otros tipos de PCB con múltiples capas. Con el desarrollo de la tecnología electrónica, los PCB se han aplicado ampliamente en todos los campos y se instalan en casi todos los dispositivos electrónicos.

Hay muchos tipos de software de diseño de PCB con sus propias ventajas y desventajas y, en este artículo, Altium Designer se aplica en el proceso desde el diseño del diagrama esquemático hasta la generación de archivos de diseño de PCB.

Proceso de diseño

• Diseño del esquema

Antes del diseño de un tipo de productos, se debe realizar un diseño de esquema, un módulo básico de circuito planificado, un diagrama de circuito dibujado, todo lo cual se puede completar manualmente. Luego se aplicará un diseño simple como ejemplo para indicar el proceso de diseño de PCB.

• Diseño esquemático del circuito

Todo comienza con una idea. Luego viene el diagrama esquemático del circuito y finalmente viene el diseño de PCB. El diseño del diagrama esquemático es la base del diseño de PCB, correlacionado con el efecto del diseño de PCB, de modo que si algo sale mal en el diagrama esquemático, se deben producir algunos errores en los PCB. Por lo tanto, lo primero y más importante es determinar la corrección y precisión del diseño del diagrama esquemático.

• Establecimiento del diagrama esquemático

1). Abra Altium Designer e ingrese a la interfaz principal.

De acuerdo con la prioridad, haga clic en Archivo>>Nuevo>>Proyecto>>Proyecto PCB y complete un establecimiento de ingeniería antes de guardar este archivo. Una de las ventajas del establecimiento de archivos de ingeniería radica en que le resulta conveniente administrar archivos, incluidos archivos de símbolos de diagramas esquemáticos (.schlib), archivos de empaquetado de PCB (.pcblib), archivos de diagramas esquemáticos (.SCH) y archivos de PCB (.PCB) que están todos contenidos en el archivo de ingeniería. Después de la traducción y edición del diagrama esquemático, la lista de red se llevará a la PCB para que se considere que el diagrama esquemático y la PCB están correlacionados y se pueda realizar una operación interactiva entre archivos. Si no se colocan en el mismo archivo de ingeniería, los diagramas de PCB y esquemáticos se considerarán independientes entre sí y la lista neta de diagramas esquemáticos no se incluirá automáticamente en el archivo de PCB. Si no hay un archivo de ingeniería, se debe encontrar la ruta al diagrama esquemático en el proceso de lista de red líder en PCB. Hasta cierto punto, es más conveniente establecer un archivo de ingeniería.

2). El diagrama esquemático es completamente a través de la conexión entre los símbolos esquemáticos, por lo que los símbolos del diagrama esquemático deben establecerse primero.

En el archivo de ingeniería, haga clic en Archivo>>Nuevo>>Bibliotecas>>Bibliotecas esquemáticas y guarde. Mientras está en el archivo de diagrama esquemático, establezca ordenadamente los símbolos esquemáticos requeridos. En el circuito de este artículo, el interruptor, los LED y el enchufe están incluidos en el circuito y los símbolos de estos componentes se han mantenido en Altium Designer. Sin embargo, si desea establecer un diseño totalmente compatible con sus requisitos, es mejor establecer una biblioteca propia. De hecho, pocos ingenieros usan una biblioteca integrada. En el proceso de establecimiento de la biblioteca, deberá encontrar las especificaciones de los componentes correspondientes en función de los cuales su diseño será capaz de garantizar la corrección de los nombres de los pines y las marcas, como el ánodo y el cátodo de un LED o tres terminales de un transistor.

3). Establecimiento de envasado de PCB.

Haga clic en Archivo>>Nuevo>>Bibliotecas>>Bibliotecas PCB (.pcblib) y guarde. El hecho de que el empaque de PCB esté bien establecido determina la capacidad de fabricación de los PCB. Además de la coincidencia entre el ánodo y el cátodo y los símbolos esquemáticos mencionados anteriormente, también se deben enfocar muchos detalles. Por ejemplo, se debe prestar mucha atención al paquete QFP en el sentido de que las especificaciones generalmente brindan una vista posterior, por lo que debe pasar la imagen en el proceso de establecimiento del paquete PCB. De lo contrario, la biblioteca establecida es opuesta. La almohadilla para los componentes y el tamaño de la vía también se ajustan a los principios. El tamaño de las vías del componente depende del diámetro de los pines del componente, mientras que el de la almohadilla depende del tamaño de la vía.

Tomemos un ejemplo de paquete de LED en el que el diámetro del LED es de 3 mm, el espacio entre clavijas es de 2,54 mm y el diámetro de las clavijas es de 0,6 mm. En la interfaz de las bibliotecas de PCB:

a. Colocación de la almohadilla
①. A través del diámetro de la almohadilla =diámetro del pasador del componente + 0,3 mm + 0,9 mm;
②. Pad está diseñado para ser un círculo. Su diámetro =almohadilla a través del diámetro 0,9 mm + 1,2 mm =2,1 mm (generalmente tablero de 1 lado + 1,2 mm mientras que 2 lados + 1,0 mm);
③. Si se aplica SMT, la almohadilla generalmente se coloca en la capa superior;
④. Coordenada de colocación:X (-1,27 mm) e Y (0);
⑤. Pad se define como 1 pin (Designator se define como 1);
⑥. La segunda almohadilla se coloca con el mismo método, excepto que su coordenada de ubicación es X (1,27 mm) e Y (0) y la almohadilla está diseñada para tener 2 pines con el designador definido como 2.

Para facilitar la fabricación, el punto original se establece en el centro del componente en el paquete del componente, por lo que las coordenadas de las almohadillas mencionadas anteriormente son respectivamente 1,27 y - 1.27.

b. La serigrafía se dibuja justo después de colocar la almohadilla.

c. Guarde y asigne un nombre al archivo.

4). Cuando se establecen los símbolos esquemáticos del componente y el paquete de PCB, luego viene la conexión entre los símbolos esquemáticos y el paquete de PCB.

El paquete de PCB debe estar conectado con símbolos esquemáticos en el atributo del componente. Después del establecimiento de bibliotecas de símbolos esquemáticos y bibliotecas de paquetes de PCB, las bibliotecas correspondientes deben editarse y traducirse. Mientras tanto, Altium Designer comprobará la información de cada componente y, si se producen errores, aparecerá automáticamente una ventana emergente.

5). Dibujo esquemático.

Después de establecer los símbolos esquemáticos y el paquete de PCB, se comienza a dibujar el esquema. En el archivo del proyecto, haga clic en Archivo>>Nuevo>>Esquema.

En la interfaz del esquema, se selecciona un dibujo A4 (en realidad, se puede elegir un dibujo adecuado de acuerdo con su proyecto). Luego, encuentre los símbolos esquemáticos establecidos y colóquelos en la interfaz esquemática uno por uno. Finalmente, los pines deben conectarse a través de líneas de conexión eléctrica.

Con el diagrama esquemático completo, los errores en el diseño se pueden verificar automáticamente. En el diagrama esquemático, haga clic derecho en el diagrama completo y seleccione "compilar documento ***.Schdoc" en el menú emergente.

• Establecimiento de moscas PCB

En el archivo del proyecto, haga clic en Archivo>>Nuevo>>PCB>>guardar.

1). El marco de hoja de dibujo de PCB y su tamaño se pueden configurar de acuerdo con la estructura del sistema. En Mechanical 1, se dibuja el marco de la hoja de PCB. En el ejemplo de este artículo, el tamaño de la placa de circuito impreso es de 62 x 55 mm.

2). Conduce los componentes. La información de los componentes en el diagrama esquemático y la lista de redes se llevan en la PCB. Haga clic en Diseño>>"Actualizar documento PCB ***.pcbDOC">> "Validar cambios" y "Ejecutar cambios".

3). Establecimiento de reglas de diseño. En esta parte, se establecen el ancho de línea, la distancia entre líneas, el ancho de línea de las líneas eléctricas y las líneas de tierra.

4). Diseño. Un buen diseño está a medio hacer. Las reglas que debe seguir en el diseño deben incluir:
a. Los orificios de ubicación deben repararse.
b. Los componentes que necesitan ubicaciones fijas deben arreglarse primero para evitar que se muevan cuando se mueven otros componentes.
c. El diseño debe realizarse de grande a pequeño, de difícil a fácil en función de los módulos de función.

5). Enrutamiento. El enrutamiento es un proceso en el que se colocan líneas y vías en la PCB para conectar componentes:
a. Enrutamiento interactivo:haga clic en Colocar>>Enrutamiento interactivo con el cursor transformado en una cruz para el enrutamiento.
b. Enrutamiento automático:haga clic en Auto Route>>All>>Route All. Luego comienza el enrutamiento automático.

6). La adición de un revestimiento de lágrima y cobre ayuda a fortalecer la intensidad mecánica entre los conductores y la almohadilla o entre las vías de orificio pasante.

En general, el recubrimiento de cobre de área masiva debe implementarse en PCB después del enrutamiento. Por lo general, el recubrimiento de cobre se aplica para conectar con líneas de tierra y aumentar el área de las líneas de tierra, lo que es beneficioso para disminuir la impedancia de la línea de tierra para que la transmisión de energía y señal sea estable.

7). República Democrática del Congo.

Haga clic en Herramientas>>Comprobación de regla de diseño. A través del panel de información, puede revisar la lista de informes de errores en función de la cual puede modificar su diseño de PCB, luego de lo cual se lleva a cabo DRC hasta que no ocurran errores.

Salida de archivos PCB

• Archivo Gerber:se entrega al fabricante de PCB.
• Diagrama de montaje:este archivo se ofrece al taller como manual de operación.
• Coordenada del componente:se ofrece al taller para montaje automático en la máquina.
• BOM:se ofrece al departamento de compras y al departamento de fabricación.
• Otros archivos con otros tipos de formato si es necesario.

Diseño completado

Hasta ahora, hemos terminado todo el diseño de PCB desde el diagrama esquemático hasta la salida de archivos de PCB. Este artículo proporciona una descripción general de este proceso y usted descubrirá más detalles en su práctica.

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