Sudahkah saya menempatkan terlalu banyak pada tata letak PCB ini?

Saya melakukan layout PCB pertama saya (menggunakan Altium) dan akhirnya melewati tahap auto-router. Hasilnya berantakan dan ada beberapa jaring yang hilang dan pelanggaran aturan desain. Apakah saya sudah terlalu banyak berkemas di papan ini atau apakah saya hanya perlu memikirkan kembali penempatan komponen saya?

Papan adalah dua lapisan.

Saya terjebak dengan penutup yang sangat spesifik dan tidak akan dapat membuat papan lebih besar di sumbu xy.

Ini adalah papan hobi, tetapi saya memiliki pengaturan solder SMD penuh di rumah (lingkup bagus dan semua). Penempatan konektor adalah bagian dari penutup (jika tidak itu akan menjadi hal pertama yang dipindahkan). Ini pengganti drop-in untuk sistem pemantauan engine yang lebih lama. Dibutuhkan pengukuran sebagian besar dari termokopel dan termistor. Chip besar di tengah adalah ATmega2560 yang berjalan pada 16 MHz.

MEMPERBARUI:

Terima kasih atas semua masukannya. Saya menata ulang papan dan pindah ke 4-layer. Lalu saya mengarahkan semuanya dengan tangan. Terlihat jauh lebih baik sekarang!

Saya berasumsi bahwa Anda menggunakan autorouter karena Anda pikir itu akan menghemat waktu Anda. Tapi saya punya kabar buruk: dikatakan bahwa tata letak PCB adalah penempatan komponen 80%, routing 20%. Anda tidak bisa hanya menampar komponen, Anda perlu memikirkan bagaimana sinyal terhubung dan jika Anda menempatkan komponen dengan benar, tata letak akan "mengalir" dari penempatan ini. Jadi, jika Anda memiliki penempatan yang baik, Anda memiliki perutean langsung dan mungkin melakukannya sendiri (atau setidaknya sebagian besar) saat melakukan tata letak ini.

Autorouter menyebalkan. Saya belum pernah melihat orang menggunakannya dengan sangat sukses - terutama yang terpasang seperti yang Anda temukan di Altium (meskipun mereka menunjukkan alat baru baru-baru ini, sehingga mungkin bisa membantu?). Selain itu, penempatan komponen sangat penting.

Satu masalah dengan tata letak otomatis atau sintesis sirkuit adalah bahwa program hanya akan melakukan apa yang Anda katakan - dan jika Anda tidak mengatakan semuanya, itu akan melakukan hal-hal bodoh. Aturan Anda harus sempurna . Kendala Anda harus lengkap . Setiap persyaratan yang Anda miliki harus diletakkan dalam bentuk aturan dan arahan. Seringkali Anda mungkin tidak menyadari seberapa banyak yang Anda ketahui / butuhkan secara implisit - Jangan merutekan sinyal daya sepenuhnya di papan - Koneksi antara kapasitor pelepasan dan pin pasokan chip harus sesingkat mungkin dan tidak pergi meliuk-liuk sekelompok sirkuit analog - daftar berjalan

Penempatan Anda tampaknya ceroboh - ambil contoh ini:

Jika Anda membalik R17, jejak yang beralih dari R17 ke R18 tidak perlu melewati jejak yang beralih dari R17 ke D1. R19 tampaknya sejajar dengan C12 - mungkin ini adalah sesuatu yang dapat Anda gunakan untuk menyederhanakan tata letak, dengan secara fisik menempatkan mereka sejajar satu sama lain. Memindahkan R19 di atas atau di bawah C12 juga akan memudahkan rute C18 dengan baik. C17 juga sepertinya bisa diputar 180 derajat sehingga tidak membutuhkan jejak penyeberangan. Memutar D1 90 derajat searah jarum jam mungkin membuatnya lebih mudah untuk merutekan jejak itu dari pin "tengah" ke R17. Dan Anda memiliki banyak ruang yang tidak digunakan di bawah komponen-komponen ini, mengapa tidak menggunakannya dan gerakkan seluruh unit sedikit? Ingat hal yang saya katakan tentang penempatan 80%, rute aktual 20%?

Selain itu, sepertinya autorouter Anda baru saja menyerah. Ambil contoh:

Ada banyak ruang untuk memisahkan jejak-jejak ini. Ini seharusnya tidak menjadi masalah, dan siapa pun dapat melihat bahwa Anda hanya perlu memindahkan sedikit jejak kiri ke kiri, dan kesalahan akan diperbaiki.

Tidak seperti yang dikatakan orang lain, menggunakan router otomatis bukanlah masalah. Mereka benar bahwa Anda tidak bisa begitu saja melempar seluruh desain ke auto-router dan mengharapkannya untuk menyelesaikan segalanya untuk Anda. Tetapi, ketika digunakan dengan benar, router otomatis adalah alat yang sah dan menghemat waktu. Jangan dengarkan selutut yang mengatakan tidak menggunakan router otomatis.

Masalah Anda adalah bahwa Anda mencoba menjejalkan terlalu banyak barang ke papan 2 layer. Berharap untuk merutekan bahwa banyak pin yang berjarak 2 lapisan sangat tidak realistis.

Masalah lainnya adalah Anda tidak mempertimbangkan tata letak dengan cukup hati-hati. Ini lebih sulit untuk dievaluasi dengan melihat gambar Anda, tetapi tampaknya sangat mungkin.

Untuk satu hal, ada sedikit ruang di sekitar chip padat. Bahkan dengan multi-layer, akan ada kemacetan di sekitar chip itu. Kadang-kadang saya bahkan melacak rute jauh dari chip padat untuk sedikit memperluasnya, kemudian melihat bagaimana router otomatis bisa menanganinya.

Namun, aturan pertama dari perutean yang baik adalah tata letak yang baik . Anda tidak bisa begitu saja menyelipkan bagian di suatu tempat, lalu menghubungkannya entah bagaimana dalam perutean nanti. Tata letak yang baik adalah sesuatu yang Anda akan pelajari dan dapatkan intuisi ketika Anda melakukan lebih banyak desain. Untuk beberapa desain pertama, ada banyak ruang untuk Anda sendiri. Kamu belum.

Bagian besar sering fleksibel dalam penugasan pin mereka. Ini biasanya berlaku untuk mikrokontroler dan FPGA. Dalam beberapa kasus saya benar-benar mencetak gambar pinout sebagian besar. Saya kemudian membuat catatan di sekitarnya sesuai dengan penempatan kasar hal-hal yang harus terhubung ke papan tulis. Saya mencoret semua pin tetap, seperti power, ground, MCLR, dll. Kemudian saya dengan hati-hati menetapkan pin lunak berdasarkan kedekatan dengan hal yang harus mereka hubungkan.

Ini bisa menjadi proses berulang. Anda mungkin mendapatkan bagian di sekitar bagian dan menyadari bahwa Anda adalah satu pin pendek dalam satu arah. Itu mungkin memerlukan penugasan pin di sisi lain bagian untuk menggeser hal-hal di sekitar.

Untuk bagian besar seperti mikronkontrol, saya letakkan di area kosong yang besar, lalu letakkan hanya bagian yang terhubung langsung di sekitarnya. Ini termasuk topi pintas, dan kristal dengan tutupnya, jika ada. Anda kemudian mengarahkan dan memindahkan seluruh kelompok bagian tersebut menjadi satu kesatuan sejak saat itu.

Sangat normal untuk menempatkan beberapa bagian hanya pada posisi kasar, lalu kembali dan kemas lebih efisien karena lebih banyak bagian ditempatkan. Sekali lagi, seluruh proses itu berulang. Setelah Anda mendapatkan pengalaman dan intuisi, langkah-langkah ini akan berjalan lebih cepat. Harapkan beberapa desain pertama, terutama yang padat, membutuhkan waktu.

Setelah Anda memiliki tata letak yang wajar dengan kabel udara yang tidak melintasi semua tempat, lakukan sedikit perutean manual sinyal penting. Saya biasanya melakukan semua topi bypass terlebih dahulu, yang tentu saja harus sudah dekat dengan pin power dan ground yang mereka bypass. Jika Anda memiliki bidang tanah, maka langkah selanjutnya adalah menghubungkan sebagian besar titik tanah ke bidang tanah dengan vias. Ini hanya menyisakan kabel udara yang akan menjadi jejak perute aktual.

Pada titik ini, tergantung pada pengalaman Anda, Anda merutekan beberapa hal yang dapat Anda lihat akan menjadi masalah, atau biarkan saja router otomatis tersebut terbang.

Namun, Anda belum menggunakan auto-router untuk membuat rute terakhir, hanya untuk menunjukkan kepada Anda titik-titik masalahnya. Perutean otomatis yang baik juga merupakan proses berulang. Anda menjalankan auto-router, melihat di mana ia mendapat masalah, melakukan beberapa routing manual dan mungkin perubahan penempatan sebagai hasilnya, jalankan auto-router lagi, dll. Akhirnya Anda bertemu pada rute yang sudah selesai. Auto-router masih menghemat waktu Anda yang signifikan dengan melakukan banyak pekerjaan kasar untuk Anda.

Setelah Anda memiliki solusi yang Anda rasa cukup nyaman, Anda melihat semuanya dengan hati-hati dan secara manual membersihkan hal-hal yang jelas. Misalnya, jika Anda memiliki bidang tanah, Anda ingin tidak memiliki vias yang berkelompok. Banyak pulau kecil lebih baik daripada beberapa pulau besar di tanah.

Sekali lagi, jangan dengarkan semua penganut agama yang suka berselisih. Silakan dan gunakan router otomatis, tetapi lakukan dengan hati-hati dan bertanggung jawab. Saya melakukan teknik elektro secara profesional, dan telah menggunakan auto-router dalam beberapa cara, mungkin lebih dari 95% dari semua papan yang saya rancang. Semakin rumit papan, semakin banyak router otomatis adalah alat yang berharga dalam melakukan pekerjaan kasar untuk Anda. Hanya saja, jangan berharap untuk melakukan semua pekerjaan. Dan, Anda harus mulai dengan penempatan yang baik.

Auto-router bukanlah sihir. Dan seharusnya tidak digunakan untuk melakukan papan penuh. Pertama-tama Anda perlu merutekan bit-bit penting itu sendiri. Seperti kekuatan, kecepatan tinggi dan topi pintas. Kemudian Anda dapat membiarkan auto-route melakukan hal-hal yang membosankan.
Aturan desain harus disetel tanpa cacat agar router otomatis berfungsi dengan benar.

Sekarang sepertinya Anda telah menempatkan komponen secara acak. Anda mendapatkan hasil yang jauh lebih baik jika Anda mengelompokkan komponen, atau setidaknya meletakkannya di kotak. Sebagai contoh,

• U3, yang kemungkinan besar merupakan regulator tegangan, akan memiliki beberapa C di dekat. Ini tidak terlihat sangat dekat.
• U7 dan U8 kemungkinan besar memiliki bypass cap. Dimana itu?
• Ada koleksi R di sisi kanan. Jika ini untuk jaringan resistor, mengapa tidak meletakkannya di kotak persegi? Jika Anda menyimpan beberapa ruang di antara Anda sering dapat mengarahkan mereka dengan tangan halus.
  Contoh:
  

Saya akan merekomendasikan melihat beberapa papan profesional (teardown beberapa alat uji), atau kualitas perangkat keras terbuka dan mungkin beberapa video layout PCB. Dari EEVblog misalnya.

Setidaknya Anda bekerja dengan ukuran papan yang ditentukan dengan tunggangan, bagus! Ini adalah kesalahan pemula klasik yang merutekan papan tanpa batasan ukuran dan memikirkan penutup ketika papan sudah dibuat.

Anda telah membuat salah satu kesalahan terbesar yang bisa dilakukan seorang pemula, dan itu adalah kepercayaan autorouter untuk melakukan pekerjaan Anda untuk Anda. Ini adalah kesalahpahaman besar di antara penggemar, dan itu adalah bahwa autorouter adalah untuk pemula. Pada kenyataannya itu adalah kebalikannya. Hanya pengguna ahli Altium (dan paket lainnya) yang dapat menggunakannya dengan benar, dan pada saat mereka menjadi ahli, mereka lebih mudah untuk merutekan dengan tangan. Pemula harus SELALU memulai dengan tangan. JANGAN GUNAKAN AUTOROUTER.

Untuk membantu Anda mengarahkan papan Anda, saya sarankan mulai dengan menempatkan bagian yang diposisikan secara kritis (konektor, terutama). Apa pun yang Anda TAHU Anda perlu diposisikan di tempat yang tepat dan tidak dapat dipindahkan bahkan beberapa milimeter. Kemudian mulailah mengelompokkan komponen yang tersisa menjadi beberapa bagian kecil. Misalnya, kelompok semua komponen yang terhubung langsung atau terkait dengan U1 IC bersama-sama (dari papan), mengaturnya sehingga kabel udara pendek dan lurus (tidak bersilangan), dan kemudian merutekannya bersama (dari papan ). Lakukan ini untuk semua modul yang berbeda (atau setidaknya beberapa sekaligus), dan kemudian pindahkan modul ke papan sebagai kelompok komponen ke tempat yang masuk akal. Saat Anda memindahkan modul yang sudah dialihkan ke papan, Anda akan dapat memposisikan ulang kelompok sehingga kabel udara di antara mereka pendek dan lurus, dan Anda mengulangi proses untuk merutekan "modul" bersama-sama seperti yang Anda lakukan pada komponen dalam setiap modul. Lanjutkan ini dan akhirnya Anda akan memiliki desain bersih yang dipikirkan dengan matang dengan vias minimal dan aliran sinyal logis.

Dan untuk menjawab pertanyaan Anda yang sebenarnya, tidak - tidak ada terlalu banyak di papan itu. Bahkan, itu sangat jarang dibandingkan dengan beberapa yang saya kerjakan. Anda hanya perlu pandai tentang penempatan komponen Anda untuk meminimalkan jumlah vias yang Anda butuhkan dan jumlah trek yang berputar-putar. Seperti yang orang lain katakan, susutkan vias Anda. Bor 0.2mm banyak untuk sebagian besar vias.

Perspektif ekonomi:

Jadi, ini adalah proyek hobi.

Dalam hal ini, pertimbangkan jumlah jam yang akan Anda habiskan untuk melakukan tata letak Anda versus biaya papan yang sedikit lebih besar. Beberapa produsen (seperti pcbway) bahkan akan membebankan biaya yang sama untuk papan 80x100mm atau 100x100mm, sehingga peningkatan ukuran bisa gratis.

Jika Anda menghabiskan satu hari berusaha untuk memasangnya di papan yang lebih kecil untuk menghemat $ 2 pada biaya PCB, santai saja! Buat papan Anda lebih besar. Tidak masalah jika ada ruang yang tidak digunakan. Itu tidak harus terlihat rapi dan sempit ...

... di atas sekarang sudah usang karena Anda mengatakan bahwa penutup dan penempatan konektor Anda telah diperbaiki, oleh karena itu:

Jika ini adalah proyek hobi saya, saya akan pergi 4 layer ($ 50, sepadan, waktu vs uang) untuk menjaga pesawat yang sehat dan tidak harus menghabiskan terlalu banyak waktu untuk memikirkan EMI. Saya tahu ini kedengarannya agak aneh, tetapi 4 layer sangat murah akhir-akhir ini sehingga sangat masuk akal dalam konteks hobi ketika Anda ingin bekerja pertama kali tanpa sakit kepala, masalah EMI, dan tanpa menghabiskan terlalu banyak waktu. Ini juga membantu dengan cara yang halus: kemungkinan Anda membuat kesalahan besar dalam kebisingan / EMI akan jauh lebih rendah.

Jika berada di lingkungan otomotif harapkan banyak kebisingan (seperti busi ...) sehingga Anda benar-benar ingin pesawat tanah penuh. Terutama jika Anda ingin mendapatkan noise rendah pada bacaan ADC. Ingat GND yaitu 0V adalah referensi Anda, jadi jejak tanah yang kurus cukup menjamin impedansi tinggi pada GND, sehingga GND berada pada voltase berbeda di mana-mana tergantung pada arus yang mengalir di dalamnya, sehingga bacaan ADC sangat bising (jika bahkan berfungsi).

Dalam hal pertanyaan Anda tentang penempatan komponen. Penempatan komponen (seperti yang orang lain katakan juga) adalah 80% dari rute. Pra-dipikirkan penempatan bagian yang tepat dan segala sesuatu yang lain jatuh ke tempatnya

Setelah komponen ditempatkan secara strategis, Anda akan menemukan dua hasil di sini. 1) Mendidik Altium auto-router akan membutuhkan lebih banyak waktu daripada hanya melakukan routing secara manual. 2) Routing hanya jatuh pada tempatnya dengan pengurangan via hitungan dan tidak ada perjalanan wisata (X, Y & Z) dengan Cu. jejak / konduktor.

Belum lagi pembersihan setelah router otomatis melakukannya; Saya telah melihat banyak hal aneh yang dilakukan auto-router dan itu benar-benar membuat saya takut. Ya, saya telah menggunakan AR (dalam waktu singkat) tetapi hanya pada barang misc tunggal dan sejenisnya.

IMHO, bawa Altium auto-router ke Kutub Utara, potong lubang di es dan lemparkan.