Systemy Wbudowane. Wprowadzenie do projektowania urządzeń elektronicznych. Po co projektować? Rys historyczny. Rys historyczny

Transkrypt

1 Po co projektować? 1. Stworzenie ideowej dokumentacji projektu, 2. Łatwiejsze wprowadzanie rozszerzeń i poprawek, 3. Dostosowanie projektu do produkcji bądź montażu z uwzględnieniem żądanych elementów składowych (obudowy elementów, sposób montażu), 4. Zaprojektowanie płytki drukowanej, 5. Stworzenie schematu montażowego. Systemy Wbudowane Wprowadzenie do projektowania urządzeń elektronicznych Wersja 2017 mgr inż. Marek Wilkus Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej AGH Kraków 1 Rys historyczny 2 Rys historyczny Montaż przestrzenny: Montaż przestrzenny: 3 Budowa końcowego egzemplarza 4 Schemat ideowy Płytka uniwersalna, Zawiera graficzną (oraz logiczną) reprezentację projektowanych obwodów, przedstawiając sposób w jaki ich elementy są ze sobą połączone. Zawiera również podstawowe techniczne informacje na temat układu Montaż wymaga ścisłego zaplanowania, Nieprofesjonalne, lecz skuteczne, Płytka tzw. veroboard Łatwiejszy montaż niż w przypadku płytki uniwersalnej, Wyższa cena, często konieczność zaprojektowania, Dedykowana płytka drukowana: Po zaprojektowaniu i wykonaniu płytki pozostaje tylko składanie, Niezbędny proces produkcji płytki, 5 6

2 Schemat montażowy Netlista Zawiera szkic płytki montażowej oraz informacje na temat połączeń między elementami, ich obudów oraz położenia lub Zawiera jedynie listę elementów oraz połączenia między nimi zdefiniowane w schemacie ideowym, w końcowej wersji zawiera również wykorzystane obudowy elementów, ustawień. Generowana automatycznie ze schematu ideowego oraz informacji od projektanta, Możliwy jest jego eksport do formatów przydatnych w produkcji masowej (np. Gerber). Możliwa optymalizacja (tzw. gateswap) pod kątem efektywnego montażu. Oprócz ścieżek i odcisków elementów zawiera informacje o otworach, metalizacji, lakierowaniu opisów (tzw. silkscreen), niewytrasowanych połączeń (tzw. ratsnest). 7 8 W czym projektować? Programy CAD/CAM/CAE, np.: B.O.M. KiCAD Eagle Altium Designer Proteus DipTrace Zawiera listę elementów użytych w projekcie, ich ilości oraz parametry, obudowy, numery referencyjne dla zamówień, Generowana automatycznie ze schematu korzystając z szablonów (w KiCAD skrypty języka Python). Programy bardziej rysunkowe : DIYLC LibreOffice Draw MSPAINT.EXE Eagle Pełna dokumentacja techniczna: Proteus Zawiera wszystkie powyższe elementy oraz opis urządzenia, zasady działania i uwagi montażowe. Również opisy wyprowadzeń złącz (tzw. pin-out), oraz schematy blokowe i logiczne. Jeżeli jest to wymagane, zawiera dokumentację CAD elementów mechanicznych.9 Programy do projektowania Altium Wspomaganie projektowania DipTrace KiCAD DW DIYLC Rysowanie LO Draw 10 DIYLC Proteus: Otwartoźródłowy, wieloplatformowy (Java) prosty program do projektowania schematów ideowych oraz montażowych, szczególnie schematów montażu na płytkach uniwersalnych i prototypowych. Brak mechanizmu netlist, + Duża biblioteka elementów, + Łatwa obsługa, + Symulator, - Cena (2-6K ), - Niska kompatybilność schematów, - Symulator. KiCAD: + Darmowy, w ciągłym rozwoju, + Duża biblioteka elementów, generowanie z not katalogowych, + Kompatybilność schematów, - Nieintuicyjna obsługa, wymagający DRC/ERC, - Przechwytywanie schematów, nie tworzenie, - Przepychanki wśród twórców

3 DIYLC DIYLC Otwartoźródłowy, wieloplatformowy (Java) prosty program do projektowania schematów ideowych oraz montażowych, szczególnie schematów montażu na płytkach uniwersalnych i prototypowych. Brak mechanizmu netlist, Praktyczny do robienia szybkich notatek oraz efektownych rysunków do dokumentacji i prezentacji, szkiców prototypów, wizualizacji. W przeciwieństwie do programu Fritzing wizualizacja umożliwia wykorzystanie wszystkich pól płytki uniwersalnej (w 100% widok z góry) KiCAD Typowe działania w programie KiCAD Edytor schematów i PCB używany do tworzenia projektów większych układów, często gdy projektujemy również płytkę, Umożliwia przechwytywanie schematów, generowanie netlisty, przypisywanie obudów jak i projektowanie płytek drukowanych przy pomocy informacji ze schematu, Możliwe jest tworzenie własnych obudów układów korzystając z technicznych rysunków w notach katalogowych, Moduł podstawowych kalkulacji dla PCB oraz do rozwiązywania typowych problemów. 15 Biblioteka elementów Bitmap2Component Eeschema Footprint Editor Schemat Netlista Biblioteka footprintów CvPcb Pliki Gerber Projekt płytki GIT (aktualizacja) Netlista + obudowy PCbnew Pogrubiono nazwy programów Wydruk 16 Eeschema: Podstawowe skróty klawiszowe Eeschema: Edycja schematu Znacznie łatwiej przerysować schemat ze szkiców elementów prototypu, niż tworzyć go od początku, Najpierw ustawianie elementów i połączeń, na końcu wprowadzanie wartości. Jeżeli nie jest wymagany konkretny pin-out złącza, warto zastanowić się nad jego separacją dla łatwiejszego umieszczenia na PCB, Budowę schematu kończymy dodając znaczniki Niepodłączone do niepodłączonych wyprowadzeń oraz oznaczając magistrale zasilania PWR_FLAG. 17 A Add dodawanie elementu, W Wire dodawanie połączenia, P Power dodawanie końcówki zasilania lub masy, Del usuwanie elementu pod kursorem, M Move przemieszczanie samego elementu pod kursorem, G Drag przemieszczanie elementu pod kursorem z uwzględnieniem połączeń (co nie zawsze działa), R Rotate obrócenie elementu pod kursorem o 90 stopni, X, Y Odbicie symbolu elementu, V Value - Edycja wartości elementu, E Edycja parametrów elementu (oznaczenie, nazwa, typ), Q dodawanie oznaczenia Niepodłączone, J Junction dodawanie połączenia między połączeniami (z reguły dodawane automatycznie). 18

4 Najczęściej występujące błędy Eeschema: Generowanie netlisty Na końcu numerujemy komponenty przy użyciu automatycznej funkcji, Aby wygenerować poprawną netlistę, schemat musi przejść testy DRC. O ile nie popełniono poważnych błędów i oznaczono zasilanie PWR_FLAG, wynik testu z reguły jest akceptowalny, Oznaczenia PWR_FLAG: OK Brak numeracji! Oznaczenie niepodłączonych: OK Netlistę zapisujemy do pliku.net w katalogu projektu. 19 CvPcb przypisujemy obudowy do elementów Footprint reprezentacja obudowy elementu na projekcie płytki drukowanej, Dokładnie sprawdzić zgodność footprintu z rzeczywistością (np. w nocie katalogowej)! Pomagać sobie podglądem (1) oraz filtrami (2), Na koniec jeszcze raz upewnić się, czy kolejność pinów na footprintach jest prawidłowa i zapisać listę. 20 CvPcb Czy na pewno jest poprawnie? Upewniamy się np. tak: CvPcb Pcbnew 22 Pcbnew Zaczynamy zawsze wybierając warstwę Edge.Cuts i na tej warstwie rysując obrys płytki. Obrys musi tworzyć zamknięty kształt, Importujemy netlistę, Wprowadzamy reguły projektowe, Ustawiamy footprinty w żądany sposób mając na uwadze: Po wybraniu obudowy zapisujemy schemat. Informacje o użytych obudowach już w nim są, ale nie ma ich w liście dla edytora PCB. W tym celu ponownie generujemy netlistę z poziomu edytora schematów, nadpisując poprzednią. W przypadku, gdy obudowa w trakcie projektowania PCB okaże się niewłaściwa, będzie można ją jeszcze zmienić i te zmiany przenieść do schematu. Dopuszczalną grubość ścieżek, Unikanie przecinania się ścieżek (na płytkach jednowarstwowych to niemożliwe bez kłopotliwych przelotek), Ustawienie elementów Łączymy footprinty przy użyciu ścieżek

5 Pcbnew: Podstawowe skróty klawiszowe Pcbnew Import netlisty (1) Rozdzielenie elementów w równe odstępy w celu wygodniejszego ich przemieszczania (2) T Take umieszcza pod kursorem żądany element, R, M, G, Del jak w Eeschema, X Wykreśla ścieżkę, V Via w trakcie edycji ścieżki tworzy przelotkę na drugą warstwę, PgUp, PgDn zmiana warstwy miedzi, Pcbnew: Reguły projektowe Definiują wynikającą z procesu technologicznego preferowaną szerokość ścieżek, średnicę otworów, przelotek, punktów nawiercania itp. Domyślne reguły są stosowane do profesjonalnego wyrobu płytek, znacznie utrudniona jest produkcja takich płytek w domowych warunkach. Można zastosować różne reguły dla różnych klas połączeń, np. ścieżki zasilania prowadzić szersze niż sygnałowe. Maks. odległość Szer. ścieżki 26 Pcbnew: Zmiana obudowy Średnica przelotki Skrót klawiszowy E, Change footprints View footprint - uruchamia przeglądarkę Lub wpisać ręcznie/wkleić nazwę obudowy Jeżeli chcemy mieć nową obudowę zapisaną na schemacie: Export footprint Association file A w Eeschema: Back-import component footprint fields..., po czym wybieramy plik.cmp 27 Pcbnew: Koniec projektowania Sprawdzenie końcowe Pod koniec warto: Uporządkować etykiety elementów (co przyda się przy drukowaniu schematu montażowego), Dodać wymagane otwory montażowe, Dodać na warstwie komentarza wymiary płytki, Nałożyć ewentualne obszary wypełnienia w warstwach miedzi, Nałożyć ewentualne opisy lub logotypy w warstwach miedzi. 28 Przed produkcją można sprawdzić z wizualizacją (Pcbnew menu View 3D Viewer ) 29 30

6 Wskazówki przy projektowaniu PCB Wyrób płytki drukowanej Produkcja w zakładzie: Niektóre elementy mają nadmiarowe, połączone ze sobą wyprowadzenia. Można ich użyć jak przelotek. W przypadku klawiatur matrycowych opartych na microswitch ach można w ten sposób całkowicie wyeliminować górną warstwę miedzi. Aby oszczędzić wytrawiacz, większe fragmenty miedzi można pozostawić wypełnione. Podłączenie ich do masy powoduje często efekt ekranowania. Podczas projektowania należy zachować odpowiednie szerokości ścieżek w zależności od płynącego przez nie prądu. Należy unikać umieszczania elementów jeden na drugim. Płytkę trzeba będzie złożyć, a często serwisować. + Duża dokładność, mało błędów + Możliwości niedostępne przy produkcji w domowych warunkach (np. metalizacja otworów, soldermaska) - Bardzo wysokie ceny jednostkowej produkcji, - Długie czasy realizacji, - W polskich zakładach jakość jest często gorsza od domowych metod, Metoda fotochemiczna: + Bardzo dobre oddawanie szczegółów, + Możliwość nanoszenia grafiki całkiem niezłej jakości, - Konieczność pracy ze żrącymi chemikaliami - Wysoka cena emulsji - Niezbędne źródło ultrafioletu, 31 Wyrób płytki drukowanej (c.d.) 32 Wytrawianie PCB Metoda termotransferowa: Chlorek żelaza: Trwały Żrący Łatwo o zabrudzenia + Łatwa w wykonaniu, + Szybsza niż fotochemiczna, + Brak chemikaliów poza wytrawiaczem, Nadsiarczan sodu: - Łatwo o błąd (odklejony toner, niedokładne wyczyszczenie), - Trudności przy płytkach dwustronnych, Mniej trwały, Znacznie mniej brudzący, Cena porównywalna z chlorkiem, Nie jest tak żrący jak FeCl3 Metoda malarska : Kwas + Woda utleniona + sól + Poza lakierem i wytrawiaczem nie wymaga innych substancji, Tani i łatwo dostępny, Znacznie penetrujący (odkleja toner), Nie jest żrący, - Słaba dokładność, - Czaso- i pracochłonna, - Płytki dwustronne? Kwas stężony 33 Szybko wytrawia ale również lakier, Żrący, niebezpieczny w przechowywaniu i obsłudze, Podtrawia niemal zawsze. 34 Obróbka końcowa Wiercenie Sprawdzanie Cynowanie Montaż Uruchamianie Dziękuję za uwagę 35 36