Preg ă tire TIE PCB-1

1. Pregătire TIEPCB-1 Conf.dr.ing. Gheorghe PANA gheorghe.pana@unitbv.ro

2. CUPRINS • Noţiuni introductive de proiectare a PCB • Structura unei componente virtuale • Fabricarea PCB • Rolul OrCAD Layout în proiectarea PCB • Fişiere de proiectare create cu Layout • Etapele proiectării PCB • Proiectarea schemei • Simularea schemei • Proiectarea layout-ului PCB • Post-procesarea Pregatire TIE - PCB-1

3. Rolul OrCAD Layout in proiectarea PCB • Programul OrCad Layout de proiectare a cablajului imprimat generează descrierea digitală a straturilor plăcii (layere) pentru fotoplotere şi maşinile cu comandă numerică - CNC (Computer Numerical Cntrol) care se folosesc la fabricarea plăcilor. Pregatire TIE - PCB-1

4. Rolul OrCAD Layout in proiectarea PCB Schema-bloc a mediului de realizare a schemelor electronice (sistemul ORCAD) Pregatire TIE - PCB-1

5. Rolul OrCAD Layout in proiectarea PCB Se proiectează layere (straturi) pentru: • Rutarea traseelor de cupru pe top, bottom şi straturileinterne (inner) • Dimensiunile găurilor şi locţia lor • Soldermask • Silk screen • Solder paste • Plasarea componentelor • Dimensiunile plăcii Pregatire TIE - PCB-1

6. Rolul OrCAD Layout in proiectarea PCB Layerele se pot prezenta din perspectiva: • Pozitivă – adică ceea ce se vede cu programulCAD reprezintă ceea ce va rămâne pe placă; • Negativă – adică ceea ce se vede cu programul CAD reprezintă ceea ce se înlătură de pe placă. Pregatire TIE - PCB-1

7. Rolul OrCAD Layout in proiectarea PCB Layere prezentate din perspectiva pozitivă: • Conturul plăcii • Traseele de cupru rutate • Silk screen • Solder paste • Instrucţiunile de asamblare Pregatire TIE - PCB-1

8. Rolul OrCAD Layout in proiectarea PCB Layere prezentate din perspectiva negativă: • Planele de cupru • Găurile (drill holes) • Soldermask-ul Pregatire TIE - PCB-1

9. Rolul OrCAD Layout in proiectarea PCBLayere pozitive Exemplu de trasee rutate: top-verde ,bottom-roşu, inner-albastru Separat, pe un alt layer, se precizează modul de realizare a găurilor – etapă distinctă. Pregatire TIE - PCB-1

10. Rolul OrCAD Layout in proiectarea PCBLayere negative • Diferentţa dintre planul fizic de cupru cu via termic (a) şi reprezentarea negativăîn Layout (b): • Zonele marcate cu galben (b) indică suprafeţele de pe care se înlătură cuprul. Pregatire TIE - PCB-1

11. Rolul OrCAD Layout in proiectarea PCB Layere negative • Exemplu de soldermask (masca de lipire) - se aplică pentru a delimita în cupru zona pad-urilor (a)-soldermask; (b) vedere negativăîn Layout Pregatire TIE - PCB-1

12. Rolul OrCAD Layout in proiectarea PCB Layere negative Exemplu de tipar pentru găuri: • roşu închis=locaţiile şi dimensiunile găurilor (vedere negativă) • roşu deschis=simboluri folosite împreună cu “drill chart” (harta de găurire) Pregatire TIE - PCB-1

13. Rolul OrCAD Layout in proiectarea PCB Layere negative Exemplu de “drill chart”: 0,028x25,4mm=0,71mm 0,034x25,4mm=0,86mm 0,037x25,4mm=0,94mm Pregatire TIE - PCB-1

14. Fisiere de proiectare create cu Layout • Fişierul Layout - *.MAX=formatul proiectului PCB pentru lucru pe computer; • Fişierele Gerber=fişiere prin care Layout postproceseazăa proiectul şi îl converteşte într-un format pe care îl pot utiliza maşinile de fotoprocesare şi cele cu comandă numerică (CNC machines); Pregatire TIE - PCB-1

15. Fişiere de proiectare create cu Layout Fişierele Gerber • Numele “Gerber” provine de la cel al companiei Gerber Scientific Instruments, prima care a utilizat fabricaţie cu fotoplotere. • Standardul care reglementeaza fişierele este EIA RS-274D. Pregatire TIE - PCB-1

16. Fişiere de proiectare create cu Layout • Standardul EIA RS-274D constă din: • Fişier de comandă pentru fiecare layer conductiv sau, simplu, fişier Gerber (comenzi urmate de coordonate XY necesare fotoploterului) • Fişier de descriere tehnică sau fişier de apertură (defineşte dimensiunile pentru trasee, pad-uri şi plăci) • Standardul mai nou (febr.2010) este EIA RS-274X sau X-Gerber (Extendet Gerber Format) Parola pentru a deschide EIA RS-274X: Ucamco_2vt7Jk Pregatire TIE - PCB-1

17. Fişiere de proiectare create cu Layout Tabelul 1. Fişiere Gerber-Extensii Pregatire TIE - PCB-1

18. Fişiere de proiectare create cu Layout Tabelul 1. Fişiere Gerber-Extensii (continuare) Pregatire TIE - PCB-1

19. B. Etapele proiectaării PCBProiectarea layout-ului PCB Proiectarea layout-ului PCB presupune mai mulţi paşi: • Pregătirea schemei şi generarea fişierului netlist (*.MNL) • Pregătirea PCB pentru rutare • Rutarea, care poate fi: • manuală (RECOMANDATĂ) • automată Pregatire TIE - PCB-1

20. Pregatirea schemei si generarea fisierului netlist *.MNL Etape: • Modificarea schemei electrice utilizată la simularea SPICE • Atribuirea de amprente (footprint-uri) lapart-uri • Creare de amprente noi (dacă este cazul) • Verificarea regulilor electrice – DRC • Generarea listei de materiale – BOM (Bill Of Materials) • Generarea fişierului netlist (*.MNL) Pregatire TIE - PCB-1

21. Modificarea schemei electrice (utilizata la simularea SPICE) • Etapă necesară deoarece pe placa de circuit imprimat nu este loc pentru generatorul de semnal, bateria de alimentare, sarcina (difuzorul – în acest caz) • Se adaugă conectoare (cel puţin unul) pentru interconectarea cu elementele eliminate anterior şi/sau pentru interconectarea între modulele componente ale sistemului electronic (dacă este cazul). Pregatire TIE - PCB-1

22. Modificarea schemei electrice (utilizata la simularea SPICE) • Se proiectează placa de circuit imprimat pentru amplificatorul de putere realizat cu 2 circuite LM386 conectate în punte. • Se recomandă utilizarea a 3 conectoare: • 1buc. la intrare (conectare semnal de amplificat); • 1 buc. la ieşire (conectare difuzor); • 1 buc. pentru alimentare de c.c a circuitului. Pregatire TIE - PCB-1

23. Modificarea schemei electrice (utilizata la simularea SPICE) Modificări ce trebuie efectuate: • În locul rezistenţelor de 1GΩ de la pinul 7 al LM386 se pune “Place/No Connect”; • La intrarea amplificatorului în punte se adaugă un potenţiometru pentru ajustarea intensităţii sonore => reglare volum (“pot”); • Semnalul de amplificat se conectează prin intermediul unui conector cu 2 pini (CON2); Pregatire TIE - PCB-1

24. Modificarea schemei electrice (utilizata la simularea SPICE) Modificări(continuare): • Se elimină rezistenţa corespunzătoare difuzorului, RL. Se pune un conector cu 2 pini (CON2); • Se elimină bateria şi se pune un conector cu 2 pini (CON2). • Se adaugă2 condensatoare electrolitice cu rol de decuplare a alimentării: • CF1=100uF/16V la pinii de alimentare a primului LM386 • CF2=100uF/16V la pinii de alimentare a celui de al 2-lea LM386 Pregatire TIE - PCB-1

25. Modificarea schemei electrice (utilizata la simularea SPICE) • Se adaugăîn “Place part” libraria CONNECTOR.OLB. RECOMANDARE: este util ca numele tuturor componentelor să se termine cu o cifră! Pregatire TIE - PCB-1

26. Modificarea schemei electrice Schema modificată Pregatire TIE - PCB-1

27. Atribuirea de amprente • Se selectează desenul din Capture • Ctrl + E • Se deschide fereastra “Property Editor” • Se selectează la Filter by -> Orcad-Layout • Se selecteazăParts (din bara de jos) • În coloana PCB Footprint se lasă denumirile propuse de Orcad sau se trec altele, după necesităţi Pregatire TIE - PCB-1

28. Atribuirea de amprenteProperty Editor Pregatire TIE - PCB-1

29. Atribuirea de amprente • Toate componentele sunt THD (Through-Hole Device) • Toate condensatoarele electrolitice şi cele nepolarizate au pinii dispuşi radial: • 10uF – CYL/D.150/LS.100/.031 • 100uF - CYL/D.300/LS.200/.031 • 47n - RAD/.300X.200/LS.200/.031 • Rezistoarele au pinii dispuşi axial: • AX/.400X.100/.031 Pregatire TIE - PCB-1

30. Atribuirea de amprente(footprint-uri) lapart-uri • Circuitele integrate: • LM386 - DIP.100/8/W.300/L.450 • Conectoarele: • CON2 - BLKCON.100/VH/TM1SQ/W.100/2 • Potentiometrul: • VRES59 Pregatire TIE - PCB-1

31. Atribuirea de amprente • Layout -> Tools -> Library Manager Pregatire TIE - PCB-1

32. Verificarea regulilor electrice – DRC(Design Rules Check) • In fereastra Project manager se selecteaza nume.dsn apoi clic pe Pregatire TIE - PCB-1

33. Verificarea regulilor electrice – DRC(Design Rules Check) • Se bifeazăla “View Output“ Pregatire TIE - PCB-1

34. Verificarea regulilor electrice – DRC(Design Rules Check) • Se deschide fereastra: Pregatire TIE - PCB-1

35. Generarea listei de materiale – BOM • În fereastra Project manager se selecteazănume.dsn apoi clic pe (Bill of materials) • BOM=Bill Of Materials • În fereastra de dialog care se deschide, se completează la “Header:” \tPCB Footprint şi la “Combined property string”: \t{PCB Footprint} Pregatire TIE - PCB-1

36. Generarea listei de materiale – BOM • In cazulproiectului,se obtine: Pregatire TIE - PCB-1

37. Generarea fişierului netlist (*.MNL) • In fereastra Project manager se selecteaza nume.dsn apoi clic pe (Create netlist) • Clic Yes în fereastra de avertizare • Se alege Layout • Se bifează Run ECO to Layout (ECO=Engineering Change Orders) Pregatire TIE - PCB-1

38. Generarea fişierului netlist (*.MNL) Fereastra Create Netlist Pregatire TIE - PCB-1

39. Pregatirea PCB pentru rutare • Lansare Layout • File -> New • La “Input Layout TCH or TPL or MAX file” se alege din Browse _default.tch • La “Input MNL netlist file” se caută fişierul *.MNL creat de utilizator • OBSERVATIE: la “Output Layout MAX file”, numele fişierului cu extensia MAX este la fel cu cel al fişierului MNL, incrementat cu 1. Pregatire TIE - PCB-1

40. Pregatirea PCBpentru rutare Fereastra AutoECO • Clic pe Apply ECO Pregatire TIE - PCB-1

41. Pregatirea PCB pentru rutare • După clic pe “Apply ECO” poate să apară un mesaj de avertizare că lipseşte legătura dintre un tip de componentăşi footprint: Pregatire TIE - PCB-1

42. Pregatirea PCB pentru rutare • Clic pe OK (pentru detalii) şi apare mesajul: Pregatire TIE - PCB-1

43. Pregatirea PCB pentru rutare • Se revine in Capture • Se selecteaza condensatorul electrolitic C34 • Clic dreapta -> Edit Part • Se selectează, pe rând, pinii (unul este de lungime zero!) • Clic dreapta -> Edit Properties… • La Number se schimba P in 1 si N in 2 • Se închide fereastra de editare a part-ului • Clic pe Update All pentru ca modificarea să aibă efect asupra tuturor condensatoarelor • Se generează din nou *.MNL Pregatire TIE - PCB-1

44. Pregatirea PCB pentru rutare • Daca nusunt erorise dă clic peAccept this ECO Pregatire TIE - PCB-1

45. Pregatirea PCB pentru rutare Pregatire TIE - PCB-1

46. Pregatirea PCB pentru rutare • Dreptunghiul trasat cu linie punctată se elimină cu clic pe butonul - Online DRC; • Conexiunile dintre componente (liniile trasate cu galben) se pot elimina cu clic pe butonul - Reconnect Mode. • Zoom In cu tasta I • Zoom Out cu tasta O; Pregatire TIE - PCB-1

47. Pregatirea PCB pentru rutare Alegerea numărului de straturi • Tool>Layer>Select From Spreadsheet… • În fereastra care se deschide, în coloana Layer Type se face dublu clic pe Routing de la TOP, INNER1 şi INNER2 şi, în fereastra care se deschide, se bifează Unused Routing; • Se lasă opţiuneaRouting doar pentru stratul BOTTOM care reprezintă faţa neplantată sau cea care conţine stratul de cupru. Pregatire TIE - PCB-1

48. Pregatirea PCB pentru rutareAlegerea numărului de straturi • Fereastra Layers Pregatire TIE - PCB-1

49. Pregatirea PCB pentru rutare Schimbarea unităţii de măsură • Options>System Settings… sau Ctrl+Gşi în fereastra de dialog se bifează la Millimeters (mm) urmat de OK. Pregatire TIE - PCB-1

50. Pregatirea PCB pentru rutare Modificarea lăţimii traseelor • Tool>Net>Select From Spreadsheet...; • Se selectează Cancel în fereastra de dialog Net Selection Criteria • în coloanase completează în trei ferestre: Min Width, Conn Width şi Max Width cu lăţimea dorită sau impusă. • Pentru acest proiect se poate alege 1mm. Pregatire TIE - PCB-1