Del esquemático al PCB: Flujo de trabajo completo con Altium Designer

PCB, abreviatura de Printed Circuit Board (Placa de Circuito Impreso), se fabrica mediante tecnología de impresión electrónica y es responsable de proporcionar conexión eléctrica para los componentes. El diagrama esquemático es el único principio al que debe ceñirse el diseño de PCB, determinando el número de capas de la PCB según la complejidad del esquemático y el tamaño de la PCB para finalmente implementar las funciones establecidas por los diseñadores de circuitos. En cuanto al número de capas, las PCB se pueden clasificar en monocapa, bicapa, cuatro capas, seis capas y otros tipos de PCB multicapa. Con el desarrollo de la tecnología electrónica, las PCB se han aplicado ampliamente en todos los campos y están presentes en casi todos los dispositivos electrónicos.

Existen muchos tipos de software de diseño de PCB con sus propias ventajas y desventajas, y en este artículo se utiliza Altium Designer 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 producto, se debe realizar un diseño del esquema, planificar el módulo básico del circuito, dibujar el diagrama de circuito, todo lo cual puede completarse manualmente. Luego se aplicará un diseño simple como ejemplo para indicar el proceso de diseño de PCB.

• Diseño del esquemático del circuito

Todo comienza con una idea. Luego viene el diagrama esquemático del circuito y finalmente el diseño de PCB. El diseño del diagrama esquemático es la base del diseño de PCB, correlacionado con el efecto del diseño de PCB, por lo que si algo sale mal en el diagrama esquemático, algunos errores tendrán lugar en las PCB. Por lo tanto, es ante todo determinar la corrección y precisión del diseño del diagrama esquemático.

• Establecimiento del diagrama esquemático

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

Según prioridad, haga clic en Archivo >> Nuevo >> Proyecto >> Proyecto PCB y complete el establecimiento de un proyecto antes de guardar este archivo. Una ventaja del establecimiento del archivo de proyecto radica en que es conveniente para usted administrar archivos que incluyen archivos de símbolos de diagrama esquemático (.schlib), archivos de encapsulado PCB (.pcblib), archivo de diagrama esquemático (.SCH) y archivo PCB (.PCB) que están todos contenidos en el archivo de proyecto. Después de la traducción y edición del diagrama esquemático, la lista de redes se introducirá en la PCB para que el diagrama esquemático y la PCB se consideren correlacionados y se pueda realizar una operación interactiva entre archivos. Si no se colocan en el mismo archivo de proyecto, la PCB y los diagramas esquemáticos se considerarán independientes entre sí y la lista de redes del diagrama esquemático no se introducirá automáticamente en el archivo PCB. Si no hay un archivo de proyecto, se debe encontrar la ruta al diagrama esquemático en el proceso de introducir la lista de redes en la PCB. En cierta medida, es más conveniente establecer un archivo de proyecto.

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

En el archivo de proyecto, haga clic en Archivo >> Nuevo >> Bibliotecas >> Bibliotecas esquemáticas y guarde. Mientras en el archivo de diagrama esquemático, establezca ordenadamente los símbolos esquemáticos requeridos. En el circuito de este artículo, interruptor, LEDs y zócalo están contenidos 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 la biblioteca integrada. En el proceso de establecimiento de la biblioteca, tendrá que encontrar las especificaciones de los componentes correspondientes basándose en las cuales su diseño será capaz de asegurar la corrección de los nombres de pines y marcas como ánodo y cátodo de un LED o tres terminales de un transistor.

3). Establecimiento del encapsulado PCB.

Haga clic en Archivo >> Nuevo >> Bibliotecas >> Bibliotecas PCB (.pcblib) y guarde. Si el encapsulado PCB está bien establecido determina la fabricabilidad de las PCB. Además de la coincidencia entre ánodo y cátodo y símbolos esquemáticos mencionados anteriormente, muchos detalles deben enfocarse también. Por ejemplo, se debe prestar mucha atención al encapsulado QFP en que las especificaciones suelen proporcionar vista posterior, por lo que debe pasar por imagen en el proceso de establecimiento del encapsulado PCB. De lo contrario, la biblioteca establecida será opuesta. El pad para componentes y el tamaño de vía también se ajustan a principios. El tamaño de vías de componentes depende del diámetro de pines de componentes, mientras que el de pad en el tamaño de vía.

Tomemos un ejemplo de encapsulado LED en el que el diámetro del LED es 3mm, espacio entre pines 2.54mm y diámetro de pines 0.6mm. En la interfaz de Bibliotecas PCB:

a. Colocación de pads
①. Diámetro de vía del pad = diámetro de pin de componente + 0.3mm + 0.9mm;
②. El pad se diseña como un círculo. Su diámetro = diámetro de vía del pad 0.9mm + 1.2mm = 2.1mm (generalmente placa de 1 cara + 1.2mm mientras que de 2 caras + 1.0mm);
③. Si se aplica SMT, el pad generalmente se coloca en la capa superior;
④. Coordenada de colocación: X (-1.27mm) e Y (0);
⑤. El pad se define como pin 1 (Designator se define como 1);
⑥. El segundo pad se coloca con el mismo método excepto que su coordenada de colocación es X (1.27mm) e Y (0) y el pad se diseña como pin 2 con designator definido como 2.

Para facilitar la fabricación, el punto original se establece como el centro del componente en el encapsulado de componente, por eso las coordenadas de los pads mencionados arriba son respectivamente 1.27 y -1.27.

b. La serigrafía se dibuja justo después de la colocación de pads.

c. Guarde y nombre el archivo.

4). Cuando los símbolos esquemáticos de componente y el encapsulado PCB están establecidos, lo siguiente es la conexión entre símbolos esquemáticos y encapsulado PCB.

El encapsulado PCB debe conectarse con los símbolos esquemáticos en el atributo de componente. Después del establecimiento de bibliotecas de símbolos esquemáticos y bibliotecas de encapsulado PCB, las bibliotecas correspondientes necesitan ser editadas y traducidas. Mientras tanto, Altium Designer verificará la información de cada componente y si ocurren errores, una ventana de sugerencia aparecerá automáticamente.

5). Dibujo del esquemático.

Después del establecimiento de símbolos esquemáticos y encapsulado PCB, se comienza a dibujar el esquemático. En el archivo de proyecto, haga clic en Archivo >> Nuevo >> Esquemático.

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

Con el diagrama esquemático completado, los errores en el diseño pueden verificarse automáticamente. En el diagrama esquemático, haga clic derecho en el diagrama completado y elija "compilar documento ***.Schdoc" en el menú emergente.

• Establecimiento de archivos PCB

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

1). Dibuje el marco de hoja de PCB y su tamaño puede establecerse según la estructura del sistema. En Mechanical 1, se dibuja el marco de hoja de PCB. En el ejemplo de este artículo, el tamaño de PCB es 62*55mm.

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

3). Configuración de reglas de diseño. En esta parte, se establecen el ancho de línea, distancia entre líneas, ancho de línea de líneas de potencia y tierra.

4). Colocación (Layout). Una buena colocación es la mitad del trabajo. Las reglas a las que debe ceñirse en la colocación deben incluir:
a. Los agujeros de ubicación deben fijarse.
b. Los componentes que necesitan ubicaciones fijas deben fijarse primero para evitar que se muevan al mover otros componentes.
c. La colocación debe realizarse de grande a pequeño, de difícil a fácil basado en módulos de función.

5). Ruteo (Routing). El ruteo es un proceso en el que se colocan líneas y vías en la PCB para conectar componentes:
a. Ruteo interactivo: Haga clic en Colocar >> Ruteo interactivo con el cursor transformado en una cruz para rutear.
b. Ruteo automático: Haga clic en Auto Route >> Todo >> Rutear todo. Luego comienza el ruteo automático.

6). Agregar gota de lágrima (teardrop) y recubrimiento de cobre ayuda a fortalecer la intensidad mecánica entre pistas y pad o entre vías pasantes.

Generalmente, el recubrimiento de cobre de área masiva debe implementarse en la PCB después del ruteo. Ordinariamente, el recubrimiento de cobre se aplica para conectar con líneas de tierra y aumentar el área de líneas de tierra, lo que es beneficioso para disminuir la impedancia de la línea de tierra con el fin de hacer la transmisión de potencia y señal estable.

7). DRC (Verificación de Reglas de Diseño).

Haga clic en Herramientas >> Verificación de Reglas de Diseño. A través del tablero de información, puede revisar la lista de informe de errores basada en la cual puede modificar su diseño de PCB después de lo cual se realiza DRC hasta que no ocurran errores.

Salida de archivos PCB

• Archivo Gerber: se suministra al fabricante de PCB.
• Diagrama de ensamblaje: este archivo se ofrece al taller como manual de operación.
• Coordenadas de componentes: se ofrece al taller para montaje automático en la máquina.
• BOM (Lista de Materiales): se ofrece al departamento de aprovisionamiento y 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 PCB. Este artículo proporciona una visión general de este proceso y más detalles serán descubiertos por usted en su práctica.

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