إذا سبق لك أن نظرت إلى لوحة دوائر كهربائية وفكرت، نعم لا يمكنني فعل ذلك. يمكنك ذلك.
ليس على الفور. ليس بشكل مثالي من المرة الأولى. ولكن يمكنك بالتأكيد تعلم كيفية تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور الذي يعمل، ويتم تصنيعه دون مشاكل، ولا يتحول إلى كابوس تصحيح الأخطاء الذي يستغرق أسبوعًا كاملاً.
وبصراحة، الجزء الأصعب ليس وضع الأجزاء أو توجيه الآثار. بل معرفة ما يجب القيام به أولاً، وما الذي يجب التحقق منه مرة أخرى، وما الذي سيؤلمك لاحقًا إذا تجاهلته.
إذًا هذا شرح تفصيلي عملي. الطريقة التي سأشرح بها الأمر لصديق لديه مخطط تخطيطي منجز ويريد الآن لوحة حقيقية بين يديه.
ما الذي يتضمنه “تصميم لوحة دوائر كهربائية” في الواقع
يقول الناس “تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور” وكأنها خطوة واحدة. إنها أشبه بسلسلة.
- تحديد المتطلبات والقيود
- إنشاء المخطط (دائرة منطقية)
- تعيين آثار الأقدام (الحزم المادية)
- إنشاء مخطط اللوحة والقيود الميكانيكية
- ضع المكونات بقصد
- آثار المسار والطائرات
- إجراء فحوصات قواعد التصميم والفحوصات الكهربائية
- إنشاء ملفات التصنيع
- قم بتصنيعها وتجميعها
- اختبار، إصلاح، تكرار
يمكنك القيام بالخطوات من 2 إلى 8 داخل أداة CAD PCB. أما الباقي فهو، حسنًا. الحياة الواقعية.
الخطوة 1: ابدأ بمتطلبات واضحة (هذا يوفر عليك لاحقاً)
قبل أن تفتح KiCad أو Altium أو أيًا كان ما تستخدمه، اكتب قائمة مراجعة بسيطة.
- ماذا يفعل المجلس، في جملة واحدة؟
- نطاق جهد الإدخال؟ خطر القطبية العكسية؟
- الحد الأقصى للتيار على أي سكة؟
- ما هو حجم اللوح؟
- كيف سيتم تركيبها؟ مسامير أو مسامير أو مشابك؟
- ما هي الموصلات وأين يجب أن تكون وجهتها؟
- أي إشارات حساسة؟ سرعة عالية، تناظرية، ترددات لاسلكية، ضوضاء منخفضة؟
- البيئة. الحرارة، والاهتزاز، والرطوبة؟
- التكلفة والكمية المستهدفة
هذا يبدو مملاً ولكنه يشكل كل شيء. مثل. ما إذا كنت تحتاج إلى طبقتين أو 4 طبقات. ما إذا كانت آثاركم يمكن أن تكون مكتنزة ومتسامحة أو تحتاج إلى مقاومة مضبوطة.
الخطوة 2: التقاط المخطط (وجعله قابلاً للقراءة)
يبدأ ثنائي الفينيل متعدد الكلور كمخطط تخطيطي. حتى لو كانت دائرتك بسيطة، لا تزال تفعل ذلك بشكل صحيح.
بعض القواعد التي تبدو مزعجة ولكنها تجعل تصحيح الأخطاء أسهل بكثير:
- استخدم الملصقات الشبكية بدلاً من الأسلاك الطويلة في كل مكان
- تجميع حسب الوظيفة: الطاقة، وحدة MCU، وحدة MCU، المستشعرات، الموصلات
- ضع مكثفات الفصل بجوار دبابيس طاقة IC في المخطط أيضًا، وليس فقط على لوحة PCB لاحقًا
- أضف نقاط الاختبار الآن. ستشكر نفسك لاحقاً
- ضع قيم الأجزاء وأرقام الأجزاء في الحقول، وليس في الملاحظات العشوائية
أيضًا، لا تعتمد على الذاكرة للحصول على دبابيس التوصيل. استخدم دائمًا ورقة البيانات أثناء توصيل الرموز. خاصةً للمنظمات و USB وأي شيء يحتوي على عدة أسلاك أرضية أو وسادات مكشوفة.
مرور سريع للعقل قبل المضي قدماً
اسأل نفسك:
- هل لديّ تمارين سحب وسحب عند الحاجة؟
- هل لدي مقاومات الحد من التيار لمصابيح LED؟
- هل قمت بتضمين رؤوس البرمجة أو تصحيح الأخطاء إذا كانت لوحة متحكم دقيق؟
- هل هناك حماية على مدخل الطاقة؟ على الأقل صمام أو صمام متعدد الصمامات، وربما صمام ثنائي TVS إذا كان موصل خارجي
الخطوة 3: اختر المكونات الموجودة في الحياة الواقعية
هذا هو المكان الذي تموت فيه الكثير من اللوحات الأولى. في المخطط، أي جزء يعمل. في التصنيع، لا تعمل إلا الأجزاء ذات البصمات الجيدة والمتوفرة.
عند اختيار القطع، راقب ما يلي:
- حجم العبوة التي يمكنك لحامها فعليًا (0603 مناسب، 0402 مزعج، وQFN قابل للتنفيذ ولكنه يحتاج إلى عناية)
- توافر سلسلة التوريد. حاول ألا تختار أجزاء أحادية القرن
- تصنيفات الجهد والتيار مع الهامش
- بالنسبة للموصلات، تحقق من الرسم الميكانيكي. لا تخمن
إذا كنت تبني شيئًا قد تعيد طلبه لاحقًا، فاختر قطعًا من سلسلة مدعومة جيدًا. ستكون أقل غضباً في المستقبل.
الخطوة 4: آثار الأقدام. المكان الذي تصبح فيه الأخطاء باهظة الثمن
يحتاج كل رمز تخطيطي إلى بصمة تطابق الجزء المادي بالضبط.
وهذا هو الجزء الذي يطلب فيه المبتدئون عن طريق الخطأ عشرة واقيات عليها نحاس.
افعل ذلك بعناية:
- تطابق عدد المسامير وتباعد المسامير
- مطابقة متغير الحزمة (SOIC ليست TSSOP، QFN تأتي بأحجام متعددة)
- تحقق من علامات قطبية الثنائيات، والإلكتروليتات، ودبوس IC 1
- تحقق من الفناء وفتحات قناع اللحام إذا كنت قد صنعت بصمة مخصصة
أحب أن أقوم بهذا الفحص البسيط
اطبع لوحة PCB 1:1 على الورق وضع الأجزاء الفعلية عليها. الموصلات خاصة.
تبدو تقنية منخفضة. إنها تعمل.
قبل الانتقال إلى الخطوة التالية، من الضروري إجراء فحص شامل لما يلي فحص ثنائي الفينيل متعدد الكلور لضمان دقة جميع آثار الأقدام والمواضع.
الخطوة 5: قم بإعداد مخطط اللوحة ومكدس الطبقات
تنتقل الآن إلى تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
ابدأ بـ
- شكل اللوح وأبعاده
- فتحات التركيب ومناطق الحفظ
- قيود موضع الموصل (USB على الحافة، إلخ)
- قرار عدد الطبقات
2 طبقات مقابل 4 طبقات
بالنسبة لمعظم ألواح الهوايات والعديد من الألواح التجارية، لا بأس بطبقتين.
ولكن قد تحتاج إلى 4 طبقات إذا:
- لديك إشارات عالية السرعة (USB 2.0، حواف سريعة، DDR، إلخ)
- تحتاج إلى مرجع أرضي أفضل وتشويش أقل
- أنت تقوم بتوجيه الأجزاء الكثيفة مثل BGAs أو الكثير من الدرجات الدقيقة
- تريد أن تكون سلامة الطاقة أسهل
المكدس الشائع المكون من 4 طبقات هو:
إشارة علوية، ومستوى أرضي، ومستوى طاقة، وإشارة سفلية.
ليس إلزامياً. لكنه افتراضي جيد.
الخطوة 6: ضع المكونات كما لو كنت تعنيها
الموضع ليس زخرفة. إنه الأداء الكهربائي وقابلية التصنيع والتعقل.
إليك ترتيب تنسيب عملي ناجح:
- ضع الموصلات وأجزاء واجهة المستخدم أولاً (الأزرار ومصابيح LED وشاشات العرض)
- ضع مدخلات الطاقة وقسم تنظيم الطاقة بعد ذلك
- ضع وحدة التحكم الرئيسية أو IC الرئيسي
- ضع الأجزاء الداعمة حوله (الكريستالات، وفصلها، ومقاومات التمهيد)
- وضع الكتل الوظيفية: المستشعرات، وبرامج التشغيل، وأمبيرات العمليات وغيرها
- وضع نقاط الاختبار ورأس البرمجة
نصائح وضع تمنع الضوضاء والغرابة
- احتفظ مكثفات الفصل قريبة للغاية من دبابيس الطاقة IC. ليس “قريبًا نوعًا ما”. مثل، بجانبها
- احتفظ بالأقسام التناظرية بعيدًا عن تبديل المنظمين
- أبقِ حلقات التيار العالي ضيقة. مسارات قصيرة وعريضة، أقل مساحة للحلقة
- احتفظ بالبلورات قريبة من وحدة MCU ووجه هذه المسارات بشكل قصير، بدون وصلات إن أمكن
- اترك مساحة للتوجيه. إذا كان كل شيء معبأ من الحافة إلى الحافة، سيصبح التوجيه لغزًا ستفقده
وفكر أيضًا في التجميع. إذا كانت اللوحة سيتم تجميعها من قبل مصنع، فإنهم يحبون أن يكون اتجاهها ثابتًا وخلوصًا كافيًا للالتقاط والوضع.
الخطوة 7: تحديد قواعد التصميم مبكرًا (الخلوص، العرض، عبر الأحجام)
تحتاج أداة PCB الخاصة بك إلى معرفة حدود التصنيع.
الإعدادات الافتراضية الآمنة النموذجية للعديد من المصانع:
- عرض التتبع: 6 مل أو 8 مل للإشارات (الأعرض أسهل)
- الخلوص: 6 مل أو 8 مل
- عن طريق المثقاب: 0.3 مم بقطر 0.6 مم (تحقق من القماش الخاص بك)
- توسيع قناع اللحام: عادةً ما يكون التوسيع الافتراضي للصناعة جيد
لكن لا تخمن. استخدم إمكانيات الشركة المصنعة. كل شركة تصنيع لديها صفحة قدرات. إذا كنت تسعى للحصول على نماذج أولية رخيصة، اجعلها متحفظة.
عرض التتبع للتيار
يمكن أن تكون الإشارات رفيعة. وغالباً ما يجب أن تكون آثار الطاقة أعرض.
إذا كان لديك 1 أمبير أو أكثر على أثر، لا تقم بتشغيله عند 6 ملليتر وتأمل. استخدم حاسبة عرض الأثر أو اجعلها عريضة وقصيرة. أو صب النحاس.
الخطوة 8: قم بتوجيه اللوح (وحاول الحفاظ على هدوئه)
التوجيه هو المكان الذي يصبح فيه الناس مهووسين أو يستسلمون. إنه ليس سحراً. إنها مجموعة من الأولويات.
ترتيب التوجيه المقترح
- الإشارات الحرجة أولاً
- خطوط الساعة، والأزواج التفاضلية، والعقد التناظرية الحساسة
- توجيه الطاقة
- القضبان الرئيسية، مسارات التيار العالي
- كل شيء آخر
الاستراتيجية الأرضية
إذا كنت على طبقتين، فإن المستوى الأرضي الصلب على جانب واحد هو الذهب. وجِّه الإشارات على الجانب الآخر بقدر ما تستطيع، ثم قم بغرز الأرض باستخدام فيا.
إذا كان يجب عليك تقسيم الأرض، فافعل ذلك بنية. في معظم الأحيان، يقوم المبتدئين بتقسيم الأرض عندما لا ينبغي لهم ذلك. عادةً ما يكون المستوى الأرضي المستمر أفضل.
بعض عادات التوجيه التي تساعد
- تجنب الآثار الطويلة النحيفة للطاقة
- استخدم زوايا أو أقواس بزاوية 45 درجة إذا كانت أداتك تقوم بذلك بسهولة. ليس لأن الزوايا بزاوية 90 درجة شريرة في السرعة المنخفضة، ولكن لأنها تسلك مسارات أنظف
- تصغير الشقوق على الإشارات الحساسة أو السريعة
- ضع مسارات العودة في الاعتبار. تحتاج الإشارات إلى مسار تيار عائد تحتها، وعادة ما يكون في المستوى الأرضي
أزواج تفاضلية (USB، إلخ)
إذا كان لديك USB D+ و D-، فقم بالتوجيه كـ زوج تفاضلي مع مسافات متناسقة ومطابقة الطول, واستخدم المعاوقة الصحيحة إذا كان التكديس يدعمها. يمكن لأداة التصميم بمساعدة الحاسوب الخاصة بك عادةً حساب العرض بناءً على التكديس.
إذا كنت لا تعرف، فلا بأس بذلك. ولكن لا تتصرف بشكل حر وتجعل أحد الأثرين يتلوى حول اللوح بينما يسير الآخر بشكل مستقيم.
الخطوة 9: إضافة صب النحاس، والتخفيف الحراري، وخياطة الشقوق
يمكن أن تقلل الصبّات النحاسية من المعاوقة وتساعد في تخفيف الحرارة. الصبّات الشائعة:
- صب الأرض في الأعلى والأسفل (متصل بشبكة GND)
- تصب الطاقة لقضبان التيار العالي إذا كنت بحاجة إلى
استخدم التنفيس الحراري للوسادات ذات الفتحات الموصولة بالصب. وإلا فإن اللحام اليدوي يصبح بائساً وحتى إعادة العمل يصبح أصعب.
أضف قنوات خياطة لتوصيل الصبّات الأرضية العلوية والسفلية. خاصة حول المحيط وبالقرب من الموصلات وبالقرب من منظمات التحويل.
الخطوة 10: الطباعة بالشاشة الحريرية. اجعل اللوحة صديقة
الشاشة الحريرية ليست مجرد ملصقات. إنها سهولة الاستخدام.
تشمل:
- المسميات المرجعية (R1، C5، U2) على الأقل للأجزاء الرئيسية
- علامات القطبية للصمامات الثنائية، والإلكتروليتية، ومصابيح LED
- علامات الدبوس 1 للدوائر المتكاملة
- تسميات الموصلات. TX، RX، 5 فولت، GND، إلخ
- اسم اللوحة أو الإصدار أو التاريخ أو المراجعة
اترك لنفسك فتات الخبز. ستعود إلى هذه اللوحة بعد أشهر ولن تتذكر أي شيء.
الخطوة 11: قم بإجراء فحوصات قبل تصدير أي شيء
قم بذلك في أداة CAD الخاصة بك:
- ERC على المخطط (فحص القواعد الكهربائية)
- DRC على ثنائي الفينيل متعدد الكلور (فحص قواعد التصميم)
- فحص الشبكات غير المتصلة
- انتهاكات التخليص
- الحلقة الحلقية وفحوصات الحفر
ثم قم بإجراء فحص بشري:
- هل جميع الموصلات متجهة في الاتجاه الصحيح؟
- هل فتحات التركيب صحيحة؟
- أي مكونات على حافة اللوحة ستصطدم بالحاوية؟
- هل قمت بتبديل TX و RX. يحدث ذلك
- هل تتطابق جميع الأجزاء المستقطبة مع المخطط والشاشة الحريرية؟
إذا استطعت، قم بعمل عرض ثلاثي الأبعاد. العديد من الأدوات تدعمها الآن وتلتقط المشاكل الميكانيكية السخيفة بسرعة.
الخطوة 12: توليد ملفات التصنيع (الجربر والمثاقب والملاحظات)
تريد معظم الشركات المصنعة لثنائي الفينيل متعدد الكلور
- ملفات جربر (أو في بعض الأحيان حزمة مضغوطة واحدة من جربر)
- ملفات الحفر (إكسلون)
- مخطط المجلس
- ملاحظات توضيحية أو تلفيقية (اختيارية ولكنها مفيدة)
- للتجميع: قائمة المواد الأساسية وملف الانتقاء والمكان (نقطة مركزية)، بالإضافة إلى رسومات التجميع
قم بالتصدير باستخدام الإعدادات الموصى بها من قماشك إذا كانت توفر إعدادًا مسبقًا.
أمر آخر. قم بتسمية طبقاتك بوضوح. واحتفظ بالإصدارات. “نهائي نهائي v7” مضحك حتى لا يكون كذلك.
الخطوة 13: وضع نموذج أولي وكأنك تتوقع حدوث مشاكل (لأنه سيكون هناك بعض المشاكل)
اطلب دفعة صغيرة أولاً. حتى لو كان التصميم “بسيطاً”.
عند وصول الألواح
- الفحص تحت إضاءة جيدة
- تحقق من عدم وجود قصور في قضبان الطاقة قبل توصيل أي شيء
- ارفع الطاقة ببطء إذا استطعت، باستخدام مصدر إمداد التيار ومحدد التيار
- التحقق من صحة القضبان، ثم الساعات، ثم البرمجة، ثم الأجهزة الطرفية
إذا فشل شيء ما، فلا داعي للذعر. قم بالتصحيح بشكل منهجي. معظم أخطاء PCB المبكرة هي:
- بصمة قدم خاطئة أو تعيين دبوس خاطئ
- سحب أو سحب لأسفل مفقود
- مشكلات في تسلسل الطاقة أو استقرار المنظم (أغطية خاطئة)
- مشكلات التخطيط حول تبديل المنظمين
- مشكلات في التأريض أو مسار الإرجاع
- أخطاء التوجيه البسيطة
إنه أمر طبيعي.
مكدس أدوات بسيط يعمل (إذا كنت تختار البرامج)
- كيكاد:: مجاني، قادر جداً، مجتمع رائع
- EasyEDA: ملائم إذا كنت تريد تدفقات عمل سحابية سريعة
- ألتيوم: معيار الصناعة، باهظ الثمن، وقوي
- أوتوديسك فيوجن إلكترونيات: يعتمد على سير عملك
إذا كنت جديدًا، فإن KiCad نقطة انطلاق قوية ولم تعد لعبة بعد الآن.
أخطاء المبتدئين الشائعة التي يسهل تجنبها بشكل غريب
نسيان مكثفات الفصل
تحتاج معظم الدوائر المتكاملة إلى 0.1uF بالقرب من كل دبوس طاقة، بالإضافة إلى مكثف كبير الحجم بالقرب منها (مثل 4.7uF أو 10uF). اقرأ ورقة البيانات.
الثقة في آثار الأقدام العشوائية
المخطوطات من المكتبات مفيدة، ولكن تحقق من ورقة البيانات. دائماً.
وضع رأس البرمجة في مكان ما مستحيل
إذا كنت بحاجة إلى فلاش البرنامج الثابت، لا تخفي الرأس تحت الشاشة أو ضعه على بعد 1 مم من جدار الضميمة.
لا توجد نقاط اختبار
حتى مجرد وسادات ل GND، 3V3، 5V، RX، TX. يجعل السبر ممكنًا.
تبديل تخطيط المنظم “موجه فقط”
تحتوي منظمات التبديل على إرشادات تخطيط لسبب ما. اتبع التصميم المرجعي في ورقة البيانات بأكبر قدر ممكن.
الفكرة الأخيرة (والجزء الذي تحصل فيه على ألواح مصنوعة بالفعل)
تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور عبارة عن حلقة. أنت تصمم وتبني وتتعلم وتراجع. اللوحة الثانية دائمًا ما تكون أنظف من الأولى.
إذا كنت تريد شريكًا في التصنيع يمكنه أن يأخذ جربر الخاص بك ويساعدك في الوصول به إلى خط النهاية دون تخمين، فهذا أمر مهم. كثيراً.
هل تبحث عن شريك موثوق في تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور؟
أرسل ملفات تصميمك إلى فيليفاست اليوم واحصل على عرض أسعار تنافسي مع دعم احترافي.
الأسئلة الشائعة (الأسئلة الشائعة)
ما هي الخطوات الرئيسية التي ينطوي عليها تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور من التخطيطي إلى اللوحة النهائية؟
يتضمن تصميم لوحة PCB سلسلة من الخطوات: تحديد المتطلبات والقيود، وإنشاء مخطط تخطيطي، وتعيين البصمات، ووضع مخطط اللوحة والقيود الميكانيكية، ووضع المكونات بعناية، وتوجيه الآثار والمستويات، وتشغيل قواعد التصميم والفحوصات الكهربائية، وإنشاء ملفات التصنيع، وتصنيع اللوحة وتجميعها، وأخيرًا اختبارها وتكرارها حسب الحاجة.
لماذا من المهم بدء تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور بمتطلبات واضحة؟
يساعدك البدء بمتطلبات واضحة في تشكيل كل جانب من جوانب تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور. إن معرفة ما تفعله اللوحة، ونطاق جهد الإدخال، وحدود التيار، وقيود الحجم، وطرق التركيب، واحتياجات الموصل، والإشارات الحساسة، وظروف البيئة، والتكلفة والكمية المستهدفة، تضمن لك اتخاذ قرارات مستنيرة مثل عدد الطبقات (طبقتان مقابل 4 طبقات)، وعرض الأثر، والتحكم في المعاوقة، واختيار المكونات التي تناسب احتياجات مشروعك.
كيف يمكنني جعل الرسم التخطيطي أكثر سهولة في القراءة وأسهل في التصحيح؟
لتحسين سهولة قراءة التخطيطي: استخدم ملصقات الشبكة بدلاً من الأسلاك الطويلة في كل مكان؛ قم بتجميع المكونات حسب الوظيفة مثل أقسام الطاقة أو المستشعرات؛ ضع مكثفات فصل الطاقة بجوار دبابيس طاقة الدوائر المتكاملة في التخطيطي؛ أضف نقاط الاختبار في وقت مبكر؛ قم بتضمين قيم وأرقام الأجزاء في حقول مخصصة بدلاً من الملاحظات؛ قارن دائمًا بين مسامير التوصيل مع أوراق البيانات خاصةً للأجزاء المعقدة.
ما الذي يجب أن أضعه في الاعتبار عند اختيار مكونات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخاص بي؟
اختر المكونات الموجودة في الحياة الواقعية مع وجود آثار أقدام متاحة ودعم سلسلة التوريد. انتبه إلى أحجام العبوات التي يمكنك لحامها (يمكن التحكم في 0603؛ أما الأحجام الأصغر مثل 0402 أو QFN فتتطلب عناية)، وتقييمات الجهد/التيار مع الهامش، والرسومات الميكانيكية خاصةً للموصلات، واختر الأجزاء من سلاسل مدعومة جيدًا إذا كنت تخطط لإعادة الطلبات المستقبلية. تجنب القطع ‘أحادية القرن’ التي يصعب الحصول عليها أو استبدالها.
كيف أتأكد من تطابق بصمات الأقدام مع الأجزاء المادية الفعلية بشكل صحيح؟
طابق بعناية عدد المسامير والتباعد الدقيق؛ وتحقق من متغيرات الحزمة (على سبيل المثال، SOIC مقابل TSSOP)؛ وتحقق من علامات القطبية على الثنائيات أو الإلكتروليتات؛ وتأكد من أبعاد الفناء وفتحات قناع اللحام خاصةً بالنسبة لبصمات الأقدام المخصصة. نصيحة عملية هي طباعة تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور 1:1 على الورق ووضع المكونات الفعلية عليه للتحقق من الملاءمة قبل المتابعة.
متى يجب أن أختار ثنائي الفينيل متعدد الكلور المكون من 4 طبقات بدلاً من طبقتين؟
يوصى باستخدام لوحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور المكونة من 4 طبقات إذا كانت لديك إشارات عالية السرعة (مثل USB 2.0 أو DDR)، أو تحتاج إلى مرجع أرضي أفضل لتقليل الضوضاء، أو يجب توجيه الأجزاء الكثيفة مثل BGAs أو الدوائر المتكاملة ذات الرقائق الدقيقة أو تريد تحسين سلامة الطاقة. تتضمن المكدس الشائع المكون من 4 طبقات طبقة إشارة علوية ومستوى أرضي ومستوى طاقة وطبقة إشارة سفلية مما يسهل هذه الاحتياجات مقارنةً باللوحات النموذجية المكونة من طبقتين المناسبة للعديد من مشاريع الهواة.
