27.05.2013. 1 Projektovanje elektronskih kola Sadržaj: I. Uvod - osnovni pojmovi II. Analiza el. kola primenom računara III. Optimizacija el. kola IV. Logička simulacija V. Osnove fizičkog projektovanja (projektovanje štampanih ploča) 27.05.2013. 2 Osnove fizičkog projektovanja Projektovanje štampanih ploča Sadržaj: –Šta su štampane ploče? –Tipovi štampanih ploča –Proces projektovanja štampane ploče –Izazovi fizičkog projektovanja •Integritet signala •Razvođenje napajanja •Temperaturski efekti Projektovanje štampanih ploča 27.05.2013. 3 Šta su štampane ploče ? Sistem provodnih veza ugrađenih na izolacionoj podlozi koja mehanički obezbeđuje električnu vezu između elektronskih komponenata: otpornika, kondenzatora, integrisanih kola, konektora, napajanja, kućišta uređaja. Projektovanje štampanih ploča 27.05.2013. 4 Šta su štampane ploče? Projektovanje štampanih ploča Osnova Komponenta Konektori Mehanički spoj
22
Embed
Sadržaj: I. Uvod - osnovni pojmovi Osnove fizi kog ...leda.elfak.ni.ac.rs/education/PEK_stari/literatura/predavanja PEK EMT... · Planiranje rasporeda (Floor Planning) Projektovanje
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
27.05.2013. 1
Projektovanje elektronskih kola
Sadržaj:I. Uvod - osnovni pojmoviII. Analiza el. kola primenom
računaraIII. Optimizacija el. kolaIV. Logička simulacijaV. Osnove fizičkog projektovanja
(projektovanje štampanih ploča)
27.05.2013. 2
Osnove fizičkog projektovanjaProjektovanje štampanih ploča
Šta su štampane ploče ?Sistem provodnih veza ugrađenih na izolacionoj podlozi koja mehanički obezbeđuje električnu vezu između elektronskih komponenata: otpornika, kondenzatora, integrisanih kola, konektora, napajanja, kućišta uređaja.
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 4
Šta su štampane ploče?
Projektovanje štampanih ploča
Osnova
Komponenta
Konektori
Mehanički spoj
27.05.2013. 5
Šta su štampane ploče?
Štampana ploča = Printed Circuit Board (PCB)
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 6
Šta su štampane ploče?Štampana ploča = Printed Circuit Board (PCB)
Provodna (bakarna) traka koja električno povezuje komponente
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 14
Izazovi fizičkog projektovanjaParametri veza
w- širinat – debljinah- udaljenost od
donjeg provodnogsloja
Od ovih dimenzija zavisi otpornost veze (DC) karakteristična impedansa veze (VF)
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 15
Izazovi fizičkog projektovanjaTipovi veza
Projektovanje štampanih ploča
VezaIzolatorMasa ili napajanje
VezaIzolator
Masa ili napajanje
Masa ili napajanje
27.05.2013. 16
Izazovi fizičkog projektovanjaTipovi vezaDiferencijalne veze
Projektovanje štampanih ploča
VezaIzolatorMasa ili napajanje
Izolator
27.05.2013. 17
Izazovi fizičkog projektovanjaTipovi veza
Minimalnu širinu trake daje proizvođač:širina/rastojanje do susedne 10/8 thouŠirina zavisi od struje koju treba da vode i specifične otpornosti provodnog slojaPreporuka za početnike MINIMUM:
- Signal 25 mils- Napajanje (PWR=VDD/VCC, GND) 50 mils- Između nožica IC 10-15 mils
ŠTO ŠIRE VEZE – jeftinije, pouzdanije
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 18
Izazovi fizičkog projektovanjaTipovi veza
Tipovi veza
Projektovanje štampanih ploča
oz=ounce (unca), koristi se za opis debljine bakra
Proces projektovanja:Tri ulazna parametra1. Električna šema
Kako su komponente međusobno povezane2. Spisak materijala (Bill of Material – BOM)
Spisak svih komponenata po tipu i vrednostima3. Dimenzije (Outline)
Ograničenje sa stanovišta dimenzija i oblika ploče
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 32
Proces projektovanja:Ostali neophodni parametri 1. Tlocrt komponenata (Part Footprints)
• Podaci o fizičkim dimenzijama svake komponente (veličina i rastojanje između stopica)
2. Podaci o slojevima (Layer Stacks)Broj sloja, tip sloja, razmak ...
3. Specifikacija veza i via • Dimenzije svakog tipa veze u svakom sloju i via (veza između dva
sloja)
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 33
Proces projektovanja:Na kraju projektovanja dobija se tri tipa
podataka:1. GERBER fajlovi
• Podaci o poziciji svake veze – podaci o trasiranim vezama: oblik, veličina, položaj, sloj,... služe za izradu svih veza u svim slojevima na štampanoj ploči
2. Montažna šema• Pozicija svake komponente tokom montaže
služi za automatsko pozicioniranje komponenata 3. Podaci za bušenje (Drill lists)
• Specifikacija o poziciji i veličini svih rupa na pločisluži za automatsko pozicioniranje i izbor svrdla na bušilici.
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 34
Proces projektovanja:Tokom projektovanja (generalno) od projektanata
se zahteva da nađe kompromisno rešenje kojim će ispuniti projektne zahteve u okviru raspoloživih resursa sa potrebnim kvalitetom.
Ukoliko su zahtevi fiksni (koje komponente i kako povezati) do većeg kvaliteta može da se dođe samo ukoliko se nađu bolji resursi.
Kvalitet: Resursi:Integritet signala, Bolja tehnologijaEMI, Više slojeva metalaOdvođenje toplote Duže vreme projekt.
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 35
Proces projektovanja:Resursi:Tip ploče FR-2 (Phenolic cotton paper),FR-3 (Cotton paper and epoxy),
FR-4 (Woven glass and epoxy), FR-5 (Woven glass and epoxy), FR-6 (Matte glass and polyester), G-10 (Woven glass and epoxy), CEM-1 (Cotton paper and epoxy), CEM-2 (Cotton paper and epoxy), CEM-3 (Woven glass and epoxy), CEM-4 (Woven glass and epoxy), CEM-5 (Woven glass and polyester).
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 36
Proces projektovanja:Resursi: Proizvođači/Tipovi ploča
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 37
Proces projektovanja:1. Selekcija komponenata, tehnologije2. Crtanje električne šeme3. Verifikacija el. šeme (analiza kola)4. Raspored elemenata (Floor planning)5. Povezivanje (Automatsko-ručno)6. Provera pravila projektovanja7. Izrada
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 38
Proces projektovanja:1. Selekcija komponenata, tehnologije2. Crtanje električne šeme3. Verifikacija el. šeme (analiza kola)4. Raspored elemenata (Floor planning)5. Povezivanje (Automatsko-ručno)6. Provera pravila projektovanja7. Izrada
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 39
Proces projektovanja:1. Selekcija komponenata, tehnologije2. Crtanje električne šeme3. Verifikacija el. šeme (analiza kola)4. Raspored elemenata (Floor planning)5. Povezivanje (Automatsko-ručno)6. Provera pravila projektovanja7. Izrada
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 40
Proces projektovanja:4. Raspored elemenata (Floor planning)
Podesi softver za projektovanje (alat) nasnap grid
Postavi na radnu površinu (ploču) sve elementePostavi sve komponente logički u odnosu na:
• protok signala, (pravac ulaz-izlaz)
• funkciju u kolu, (analogni, digitalni, frekvencija)
• osetljivost (na temperaturu, smetnje)
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 41
Proces projektovanja:4. Raspored elemenata (Floor planning)
Identifikuj kritične vezePoređaj elemente uredno, simetrično, poravnaj - alajniraj (aline)Ako lepo izgleda, radiće lepoDobar raspored je 90% posla
Proces projektovanja:1. Selekcija komponenata, tehnologije2. Crtanje električne šeme3. Verifikacija el. šeme (analiza kola)4. Raspored elemenata (Floor planning)5. Povezivanje (Automatsko-ručno)6. Provera pravila projektovanja7. Izrada
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 44
Proces projektovanja:5. Povezivanje (Automatsko-ručno)
Setuj Electrical grid = snap to center;sve veze na istom potencijalu = čvor ili mreža (net)
Svaka mreža što kraća;Koristi uglove od po 45 (zbog proizvodnje);
Koristi celu površinu ploče;Centriraj vezu sa stopicama;
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 45
Proces projektovanja:5. Povezivanje (Automatsko-ručno)
Koristi veze od 100mils kad god može;Između dve stopice stavi 2 veze samo ako ne postoji drugo rešenje (obiđi);Suzi vezu između stopica;Za veze između dva sloja kroz koje protiče veća struja koristi višestruki prolaz – via;
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 46
Proces projektovanja:5. Povezivanje (Automatsko-ručno)
Ne postavljaj prolaze (vije) ispod komponenata (neće moći da im se priđe kada se postavi komponenta)Koristi nožicu komponente umesto vijekad god može (pouzdanije, kraće vreme montaže)
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 47
Proces projektovanja:5. Povezivanje (Automatsko-ručno)
Ukoliko su PWR, GND kritični, prvo njih trasiraj;Veze PWR i GND proširi koliko možePWR i GND što bliža jedna drugoj;Simetriraj veze;Ne ostavljaj nepovezan bakar (veži za GND ili ga ukloni)
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 48
Proces projektovanja:5. Povezivanje (Automatsko-ručno)PrimeriLoše PWR, GND
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 49
Proces projektovanja:5. Povezivanje (Automatsko-ručno)Primeri
Dobro
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 50
Proces projektovanja:5. Povezivanje (Automatsko-ručno)Primeri
Loše
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 51
Proces projektovanja:5. Povezivanje (Automatsko-ručno)Primeri
Dobro
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 52
Proces projektovanja:5. Povezivanje (Automatsko-ručno)Završna šminka:
Na T kontaktima dodaj proširenje
Na stopicama i viama vezanim za tanke trake dodaj proširenje
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 53
Proces projektovanja:5. Povezivanje (Automatsko-ručno)Završna šminka:
Proveri prostor za montažu (šrafovi)Proveri dimenzije otvora (da li komponenta može da prođe)Proveri dimenzije via i stopicaProveri fizički razmak između komponenataMinimizuj broj različitih dimenzija otvora
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 54
Proces projektovanja:1. Selekcija komponenata, tehnologije2. Crtanje električne šeme3. Verifikacija el. šeme (analiza kola)4. Raspored elemenata (Floor planning)5. Povezivanje (Automatsko-ručno)6. Provera pravila projektovanja7. Izrada
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 55
Proces projektovanja:6. Provera pravila projektovanja
Proces projektovanja:1. Selekcija komponenata, tehnologije2. Crtanje električne šeme3. Verifikacija el. šeme (analiza kola)4. Raspored elemenata (Floor planning)5. Povezivanje (Automatsko-ručno)6. Provera pravila projektovanja7. Izrada štampane ploče
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 57
Proces projektovanja:7. Izrada štampane pločeOsim “provodnih slojeva” generišu se i slojevi/maske za:• oznke komponenata na gornjoj ploči (C1, R1,...)
“Silkscreen”/ “top/bottom overlay”/ “component layer” • lemljenje “solder mask” štiti ostatak ploče od lemne
paste. Prekriva sve sem površina na koje se nanosi tinol (stopica i via sa proširenjem od nekoliko milsa). Sprečava kratak spoj između veza tokom lemljenja.
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 58
Proces projektovanja:7. Izrada štampane pločeOsim “provodnih slojeva” generišu se i slojevi/maske za:• mehanički sloj “Mechanical Layer” definiše oblik i
dimenziju ploče (odvajanje od susednih ploča)• “Keepout” sloj definiše deo ploče na kome nema
bakra (npr. razmak između visokonaponskih komponenata)
• Sloj (maska) za poravnanje (alajniranje) “Alignment Layer” koristi proizvođač da podesi sve ostale slojeve
• Netlista – lista veza (mreža) “Netlist”svi podaci koji se nalaze na električnoj šemi
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 59
Proces projektovanja:7. Izrada štampane ploče (punjenje pločice)
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 60
Proces projektovanja:7. Izrada štampane ploče (punjenje pločice SMD)
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 61
Proces projektovanja:7. Izrada štampane ploče (punjenje pločice SMD)
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 62
Izazovi fizičkog projektovanjaRazvođenje mase
• Koristiti poseban sloj za GND, ako postoji
• Kod višeslojnih, GND što bliže gornjem sloju
• Što veća površina bakra
• Koristi višestruke vie da bi smanjio impedansu do mase
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 63
Izazovi fizičkog projektovanjaZašto je važno razvođenje napajanja?
Pri promeni stanja u digitalnim kolima dešavaju se nagle promene struje.
Kondenzatori se pune/prazne. Potrebnu količinu naelektrisanja obezbeđuju izvori – baterije koji NISU IDEALNI
Veze imaju konačnu otpornostMenja se pad napona VDD/VSS i to
neravnomerno duž ploče. Jedno kolo utiče na drugo – dolazi do interakcije preko napona napajanja.
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 64
Izazovi fizičkog projektovanjaZašto je važno razvođenje napajanja? Elektromagnetna interferencija
Projektovanje štampanih ploča
27.05.2013. 65
Izazovi fizičkog projektovanjaZašto je važno razvođenje napajanja? Uticaj konačneotpornosti ploča