روند کاری کامل طراحی PCB: از شماتیک تا فایل‌های گربر

مرحله ۱ — انتخاب ابزار EDA مناسب

ابزارهای EDA که من می‌شناسم و بسیاری از افراد از آن‌ها استفاده می‌کنند عبارتند از Altium Designer، Mentor PADS و Cadence (OrCAD و Allegro). من همچنین از EAGLE، Protel و Lichuang EDA استفاده کرده‌ام. برای مبتدیان، Altium Designer را توصیه می‌کنم. برای کسانی که ممکن است حرفه‌ای شوند، Cadence را توصیه می‌کنم.
بخش بزرگی از یادگیری طراحی PCB، یادگیری نرم‌افزار EDA است. وقتی نرم‌افزار را بشناسید، تمرکز یادگیری به طراحی مدار و فرآیندهای ساخت منتقل می‌شود. بعداً ممکن است پروتکل‌ها، فریم‌ور، سیگنال‌های پرسرعت یا EMC را بیاموزید. در این مرحله، ابزار EDA فقط یک ابزار است، نه هدف اصلی.

مرحله ۲ — نهایی‌سازی شماتیک مدار

برای مثال، شماتیک مدار چراغ‌قوه می‌تواند ساده به نظر برسد: دو پایه سکه، یک کلید، یک مقاومت محدودکننده جریان و یک LED. این یک شماتیک بسیار ساده را تشکیل می‌دهد.
برای یک عملکرد پیچیده‌تر، مانند یک برد نمایشی برای چیپ اترنت SPI KSZ8851SNL، ممکن است شماتیک به ده‌ها یا صدها قطعه و صدها مسیر نیاز داشته باشد. نحوهٔ ترسیم چنین شماتیکی موضوعی بزرگ است. این مقاله تنها نمایی کلی از جریان طراحی PCB ارائه می‌دهد.

مرحله ۳ — ترسیم ردپاها (بسته‌های مؤلفه)

قبل از قرار دادن قطعات در شماتیک، ردپای هر قطعه را ترسیم می‌کنید. پس از ترسیم ردپاها، قطعات را یکی‌یکی در شماتیک قرار می‌دهید. دلیل اینکه ابتدا ردپاها را ترسیم می‌کنیم این است که وقتی یک قطعه چندین بار استفاده شود، هر بار نیازی به ترسیم مجدد آن نیست و فقط از ردپای ذخیره‌شده استفاده مجدد می‌کنیم. این کار از انجام کارهای تکراری زیاد جلوگیری می‌کند. اگر همه ردپاها مشترک بودند، طراحان این مرحله را حذف می‌کردند.

در مثال چراغ‌قوه از چهار نوع قطعه استفاده کردیم. هر قطعه در شماتیک نمادی دارد. برای هر نماد، پایه‌ها و نام‌ها را اضافه می‌کنیم. این کار نماد شماتیک قطعه را کامل کرده و آن را به نقشهٔ قرارگیری (footprint) آن پیوند می‌دهد. برای قطعات رایج مانند مقاومت‌ها، خازن‌ها یا القاگرها، بیشتر ابزارهای EDA نمادها و نقشه‌های قرارگیری نمونه‌ای ارائه می‌دهند. می‌توانید آن‌ها را از کتابخانهٔ فروشنده برداشته و در کتابخانهٔ خود ذخیره کنید.

برای قطعات کمیاب مانند آی‌سی‌های ویژه یا کانکتورها، اغلب مجبورید با استفاده از دیتاشیت تراشه، ردپای آن را به‌صورت دستی ترسیم کنید. به‌عنوان مثال، من با تراشه پروتکل Mechatrolink شرکت یاسکاوا کار کردم. این تراشه فقط از یاسکاوا قابل تهیه است و آن‌ها تنها دیتاشیت ارائه می‌دهند، نه ردپای آن برای همه ابزارهای EDA. من مجبور شدم ۱۰۰ پین آن را یکی‌یکی قرار دهم و نام‌ها و شماره‌ها را تعیین کنم.

برای چیپ‌های بزرگ مانند ZYNQ XC7Z010-1CLG400I BGA با ۴۰۰ پین، کار بزرگی است. شما باید ۴۰۰ پین را قرار دهید و شماره‌ها و نام‌ها را اضافه کنید. برای چیپ‌های بزرگ فروشندگان، سازندگان معمولاً فایل‌های pinout قابل دانلود را ارائه می‌دهند. برای مثال، Xilinx فایل‌های pinout Zynq-7000 را فراهم می‌کند که می‌توانید آن‌ها را وارد کنید تا نمادهای شماتیک و ردپای برد را بدون تایپ دستی ۴۰۰ پین ایجاد کنید:
https://www.xilinx.com/support/package-pinout-files/zynq7000-pkgs.html

برای بسیاری از تراشه‌های رایج می‌توانید نقشه‌های نصب (footprints) آن‌ها را به‌صورت آنلاین پیدا کنید. پاسخ من را در مورد نحوه جستجو و دانلود شماتیک تراشه‌ها و نقشه‌های PCB ببینید.

مرحله ۴ — ایجاد پروژه، صفحات و قرار دادن قطعات

پس از ساخت یا وارد کردن ردپای قطعات و نمادها، پروژه و صفحات را ایجاد کنید. تمام قطعات را در پروژه PCB قرار دهید.

مرحله ۵ — سیم‌کشی شماتیک (اتصال قطعات)

هر پین را مطابق با نت‌لیست سیم‌کشی کنید. این کار اتصالات منطقی بین قطعات را ایجاد می‌کند.

مرحله ۶ — خروجی/ورودی نت‌لیست

شکل شماتیک هر پین و اتصالات آن‌ها را فهرست می‌کند. پس از اتمام شماتیک، طراحی برد مدار چاپی (PCB) را آغاز کنید. برای نرم‌افزارهای PADS و Cadence، ابزارهای شماتیک و PCB ممکن است جداگانه باشند. شما باید نت‌لیست را از ابزار شماتیک خروجی بگیرید و آن را وارد ابزار PCB کنید. Altium شماتیک و PCB را یکپارچه می‌کند، بنابراین می‌توانید با یک کلیک نت‌لیست را منتقل کنید. فرمت‌های نت‌لیست معمولاً مشترک هستند، بنابراین بسیاری از ابزارها می‌توانند بین یکدیگر خروجی و وارد کنند. OrCAD و Allegro زمانی ابزارهای جداگانه‌ای بودند و بعداً تحت Cadence ادغام شدند.

مرحله ۷ — ترسیم ردپای PCB

مانند نمادهای شماتیک، هر قطعه به یک ردپای PCB نیاز دارد. ردپای PCB مجموعه‌ای از پدها، سیلک‌اسکرین و فضایی است که قطعه روی برد اشغال می‌کند. از روی تصویر چیپ و نقشهٔ مکانیکی آن می‌دانید چگونه ردپا را ترسیم کنید. پدها معمولاً کمی بزرگ‌تر از پین‌ها هستند. بازشوهای ماسک لحیم بزرگ‌تر از پدها هستند. لایهٔ شابلون با اندازه‌های پدها مطابقت دارد. برای قطعات با سوراخ‌های عبوری ممکن است به یک لایهٔ محدودهٔ ممنوعه (keep-out) یا لایهٔ منفی برای لایه‌های داخلی نیز نیاز داشته باشید.

معمولاً چاپ سیلک اسکرین خطوط کلی قطعه و علامت پین ۱ را نشان می‌دهد. برای ردپای‌های رایج مانند SO14 می‌توانید از کتابخانهٔ موجود کپی کنید.

اگر قطعه‌ای غیرمعمول باشد، از دیتاشیت برای ترسیم نقشهٔ قرارگیری آن استفاده کنید.

مرحله ۸ — تنظیم پارامترهای پایه PCB

پس از وارد کردن نت‌لیست، مشخصات پایه برد را تنظیم کنید: ضخامت برد، تعداد لایه‌ها و ترتیب لایه‌ها. این سه مورد پایه‌ای هستند، اما معمولاً تنها تعداد لایه‌ها در فایل‌های خروجی نمایش داده می‌شود. ترتیب لایه‌ها و ضخامت برد معمولاً به‌صورت متنی به سازنده برد اطلاع داده می‌شوند. طراحی استک‌آپ اهمیت دارد: کدام لایه‌ها سیگنال را حمل می‌کنند، کدام‌ها پلن هستند و کدام‌ها ترکیبی از پلن و رد هستند. برای یک برد چهارلایه، لایه‌های ۲ و ۳ اغلب GND و VCC هستند و لایه‌های بالا و پایین برای مسیریابی استفاده می‌شوند. برای یک برد ۶ لایه، ممکن است GND را روی لایه‌های ۲ و ۵ و VCC را روی لایه‌های ۳ یا ۴ قرار دهید. برای بردهای ۸ لایه و بیشتر، این انتخاب‌ها انعطاف‌پذیرتر هستند.

مرحله ۹ — ترسیم طرح کلی تخته

شکل برد و نواحی ممنوعه را تعریف کنید.

مرحله ۱۰ — قرار دادن قطعات روی برد مدار چاپی

پس از آماده شدن ردپاها، قطعات را قرار دهید. اگر ردپای یکی از آن‌ها نامشخص باشد چون هنوز قطعه را ندارید، ابتدا سایر قطعات را قرار دهید و بعداً بازگردید.

مرحله ۱۱ — تنظیم پیش‌فرض‌های ویاس، عرض رد و فاصله

پارامترهای پیش‌فرض را از طریق اندازه‌ها، عرض ردیابی و فاصله‌گذاری تعیین کنید. این پیش‌فرض‌ها در حین مسیریابی اعمال می‌شوند. برای شبکه‌های ویژه یا شبکه‌های تغذیه، موقتاً تنظیمات را تغییر دهید.

مرحله ۱۲ — تنظیم قوانین پیشرفته

اگر سیگنال‌های با سرعت بالا وجود داشته باشند، قواعد مربوط به محدودیت‌های مسیریابی را تنظیم کنید. قواعد پیشرفته شامل عرض/فاصله جفت دیفرانسیل، محدودیت‌های تطابق طول، باریک‌شدگی پدها و حداقل فاصله‌ها هستند. برای مثال، سیگنال‌های DDR3 به طول‌های متناسب نیاز دارند: خطوط آدرس، کلاک و فرمان باید طول یکسانی داشته باشند؛ خطوط داده و DQS نیز باید تطابق طول خاص خود را داشته باشند. کنترل نامناسب طول می‌تواند تایمینگ DDR را خراب کرده و سرعت را کاهش دهد. برای جزئیات بیشتر به این منابع DDR مراجعه کنید:

• اصول کاری DDR و نحوهٔ رسیدگی به DQS: www.elecfans.com/d/682335.html
• ساعت تفاضلی، DQS و DQM: www.cnblogs.com/edadoc/p/6387049.html

ممکن است برخی قوانین ابتدا نیاز به مسیریابی داشته باشند، سپس تغییرات و بازنگری برای انطباق با قوانین.

مرحله ۱۳ — مسیریابی و ترسیم ریخته‌گری‌های چندضلعی (شکل‌ها)

مسیر‌یابی شبکه‌های شماتیک را به ردپاهای مسی متصل می‌کند. بیشتر زمان در طراحی PCB صرف مسیر‌یابی می‌شود. ابزارهای مسیریاب خودکار وجود دارند، اما برای بردهای پیچیده نتایج آن‌ها اغلب نیاز به پاکسازی گسترده‌ای دارد. برخی از کارشناسان می‌توانند قواعدی را برای استفادهٔ مناسب از مسیریابی خودکار تنظیم کنند. برای شبکه‌های با جریان بالا می‌توانید از ردپاهای پهن یا ریخته‌گری مس استفاده کنید. از نواحی پلن متصل به پدها به‌عنوان شبکه‌های بلوکی استفاده کنید.

مسیربری نیازمند دقت است: عرض مسیر، فاصله‌گذاری، زوایا و جهت‌ها. بعداً نکات مسیربری را پوشش خواهم داد.

مرحله ۱۴ — تنظیم سیلک‌اسکرین

اندازه، موقعیت و جهت‌گیری چاپ سیلک‌اسکرین را طوری تنظیم کنید که شماره‌های قطعات برای مونتاژ و تست واضح باشند. تولیدکنندگان اغلب لوگو یا کد تاریخ خود را چاپ می‌کنند. طراحان ممکن است یادداشت‌های خود را درج کنند.

مرحله ۱۵ — خروجی گرفتن فایل‌های دریل و گربرها (فایل‌های پلوت)

پس از جایگذاری، مسیریابی و سیلک‌اسکرین، می‌توانید فایل‌های تولید را صادر کنید. برای Altium، برخی فروشندگان چینی مستقیماً فایل‌های پروژه را می‌پذیرند. برای PADS و Cadence باید فایل‌های سوراخ‌کاری (drill) و فایل‌های Gerber را صادر کنید. اگر سوراخ‌های غیرگرد وجود داشته باشد، همچنین فایل‌های فرزکاری (milling) برای تیغه‌ها را صادر کنید.

مرحله ۱۶ — ارائه پارامترهای ساخت و یادداشت‌های فرآیند

فایل‌های طراحی همهٔ پارامترها را در بر نمی‌گیرند. شما باید دستورالعمل‌های متنی مربوط به پارامترها و الزاماتی را که فایل‌ها بیان نمی‌کنند، ارسال کنید. برای گزینه‌های قابل مشخص‌سازی، وب‌سایت شرکت‌های ساخت برد را بررسی کنید. من چند شرکت ساخت برد را می‌شناسم: JLCPCB، HQPCB، JietaiPCB، Xunjiexing، Xingsen، Lichuang و غیره. در زیر اسکرین‌شات‌های پارامترهای JLCPCB آمده است — ممکن است بسیاری از پارامترها در اینجا قابل مشاهده نباشند اما برای بردهای پیچیده لازم هستند. نمونه‌سازی آنلاین معمولاً نیازهای ساده‌تر را پوشش می‌دهد.

مرحله ۱۷ — تنظیمات امپدانس و استک‌آپ

برای سیگنال‌های با سرعت بالا، امپدانس مشخصه هدف را مشخص کنید. هنگام ارسال به کارخانه، استک‌آپ خود را طراحی کرده و عرض خطوط و فاصله‌گذاری را برای امپدانس هدف محاسبه کنید. هنگام مسیریابی از مقادیر محاسبه شده استفاده کنید. پس از مسیریابی، طرح لایه‌بندی و اهداف امپدانس خود را به کارخانه بسپارید. کارخانه با توجه به مواد و فرآیندهای خود بررسی می‌کند و به شما اطلاع می‌دهد که آیا نیاز به تنظیمات است و خطای امپدانس مورد انتظار چقدر خواهد بود. سپس می‌توانید تأیید کنید که هدف امکان‌پذیر است یا خیر. اگر ابتدا امپدانس را محاسبه نکنید و صرفاً طرح لایه‌بندی و عرض خطوط را به صورت تصادفی انتخاب کنید، ممکن است کارخانه نتواند هم الزامات امپدانس و هم تداخل را برآورده سازد.

مرحله ۱۸ — مونتاژ و لحیم‌کاری برد مدار چاپی (PCBA)

پس از اینکه فایل‌های PCB را نهایی کردید و کارخانه بردها را ساخت، گام بعدی نصب قطعات روی برد (PCBA) است. برای تولید انبوه از خطوط SMT استفاده می‌شود. برای تیراژهای کم یا نمونه‌های اولیه، بسیاری از قطعات (به جز BGA، پدهای زمین بزرگ یا قطعات بسیار کوچک 0201) را می‌توان به‌صورت دستی لحیم‌کاری کرد. برای تیراژهای کمتر از ده برد، لحیم‌کاری دستی ممکن است ارزان‌تر و سریع‌تر از مونتاژ خطی باشد.

برای مونتاژ باید صادر و ارسال کنید:

• فهرست مواد (BOM),
• فایل پیک‌واندپلیس (مختصات قطعات و جهت‌یابی)،,
• ماسک پاست Gerber (از لایهٔ ماسک پاست).

تمام قطعات را برچسب‌گذاری کنید و فهرست قطعات و مراجع را ارسال کنید. سپس منتظر بمانید تا مونتاژ برد مدار چاپی (PCBA) به پایان برسد.

با استفاده از نرم‌افزار EDA طراحی PCB، می‌توانید مدارها را طراحی کرده و فایل‌های فوتوپلات را به‌راحتی روی کامپیوتر تولید کنید. اما از آنجا که PCBها از نظر ساختاری پیچیده هستند، مراحل واقعی همچنان نسبتاً جزئیات زیادی دارند. این مقاله به شما نمی‌گوید هر مدار چه کاری انجام می‌دهد. این مقاله تنها فرآیند طراحی PCB را نشان می‌دهد. این مقاله شامل: ترسیم فُوت‌پرینت، ترسیم شماتیک، چیدمان PCB و خروجی‌گیری فایل‌های گربر است. این مقاله جریان کلی و برخی جزئیات را ارائه می‌دهد. هدف این است که به شما در درک مراحل طراحی PCB و تطبیق هر مرحله طراحی با مرحله ساخت واقعی کمک کند.

مرحله ۱ — انتخاب ابزار EDA مناسب

ابزارهای EDA که من می‌شناسم و بسیاری از افراد از آن‌ها استفاده می‌کنند عبارتند از Altium Designer، Mentor PADS و Cadence (OrCAD و Allegro). من همچنین از EAGLE، Protel و Lichuang EDA استفاده کرده‌ام. برای مبتدیان، Altium Designer را توصیه می‌کنم. برای کسانی که ممکن است حرفه‌ای شوند، Cadence را توصیه می‌کنم.
بخش بزرگی از یادگیری طراحی PCB، یادگیری نرم‌افزار EDA است. وقتی نرم‌افزار را بشناسید، تمرکز یادگیری به طراحی مدار و فرآیندهای ساخت منتقل می‌شود. بعداً ممکن است پروتکل‌ها، فریم‌ور، سیگنال‌های پرسرعت یا EMC را بیاموزید. در این مرحله، ابزار EDA فقط یک ابزار است، نه هدف اصلی.

مرحله ۲ — نهایی‌سازی شماتیک مدار

برای مثال، شماتیک مدار چراغ‌قوه می‌تواند ساده به نظر برسد: دو پایه سکه، یک کلید، یک مقاومت محدودکننده جریان و یک LED. این یک شماتیک بسیار ساده را تشکیل می‌دهد.
برای یک عملکرد پیچیده‌تر، مانند یک برد نمایشی برای چیپ اترنت SPI KSZ8851SNL، ممکن است شماتیک به ده‌ها یا صدها قطعه و صدها مسیر نیاز داشته باشد. نحوهٔ ترسیم چنین شماتیکی موضوعی بزرگ است. این مقاله تنها نمایی کلی از جریان طراحی PCB ارائه می‌دهد.

مرحله ۳ — ترسیم ردپاها (بسته‌های مؤلفه)

قبل از قرار دادن قطعات در شماتیک، ردپای هر قطعه را ترسیم می‌کنید. پس از ترسیم ردپاها، قطعات را یکی‌یکی در شماتیک قرار می‌دهید. دلیل اینکه ابتدا ردپاها را ترسیم می‌کنیم این است که وقتی یک قطعه چندین بار استفاده شود، هر بار نیازی به ترسیم مجدد آن نیست و فقط از ردپای ذخیره‌شده استفاده مجدد می‌کنیم. این کار از انجام کارهای تکراری زیاد جلوگیری می‌کند. اگر همه ردپاها مشترک بودند، طراحان این مرحله را حذف می‌کردند.

در مثال چراغ‌قوه از چهار نوع قطعه استفاده کردیم. هر قطعه در شماتیک نمادی دارد. برای هر نماد، پایه‌ها و نام‌ها را اضافه می‌کنیم. این کار نماد شماتیک قطعه را کامل کرده و آن را به نقشهٔ قرارگیری (footprint) آن پیوند می‌دهد. برای قطعات رایج مانند مقاومت‌ها، خازن‌ها یا القاگرها، بیشتر ابزارهای EDA نمادها و نقشه‌های قرارگیری نمونه‌ای ارائه می‌دهند. می‌توانید آن‌ها را از کتابخانهٔ فروشنده برداشته و در کتابخانهٔ خود ذخیره کنید.

برای قطعات کمیاب مانند آی‌سی‌های ویژه یا کانکتورها، اغلب مجبورید با استفاده از دیتاشیت تراشه، ردپای آن را به‌صورت دستی ترسیم کنید. به‌عنوان مثال، من با تراشه پروتکل Mechatrolink شرکت یاسکاوا کار کردم. این تراشه فقط از یاسکاوا قابل تهیه است و آن‌ها تنها دیتاشیت ارائه می‌دهند، نه ردپای آن برای همه ابزارهای EDA. من مجبور شدم ۱۰۰ پین آن را یکی‌یکی قرار دهم و نام‌ها و شماره‌ها را تعیین کنم.

برای چیپ‌های بزرگ مانند ZYNQ XC7Z010-1CLG400I BGA با ۴۰۰ پین، کار بزرگی است. شما باید ۴۰۰ پین را قرار دهید و شماره‌ها و نام‌ها را اضافه کنید. برای چیپ‌های بزرگ فروشندگان، سازندگان معمولاً فایل‌های pinout قابل دانلود را ارائه می‌دهند. برای مثال، Xilinx فایل‌های pinout Zynq-7000 را فراهم می‌کند که می‌توانید آن‌ها را وارد کنید تا نمادهای شماتیک و ردپای برد را بدون تایپ دستی ۴۰۰ پین ایجاد کنید:
https://www.xilinx.com/support/package-pinout-files/zynq7000-pkgs.html

برای بسیاری از تراشه‌های رایج می‌توانید نقشه‌های نصب (footprints) آن‌ها را به‌صورت آنلاین پیدا کنید. پاسخ من را در مورد نحوه جستجو و دانلود شماتیک تراشه‌ها و نقشه‌های PCB ببینید.

مرحله ۴ — ایجاد پروژه، صفحات و قرار دادن قطعات

پس از ساخت یا وارد کردن ردپای قطعات و نمادها، پروژه و صفحات را ایجاد کنید. تمام قطعات را در پروژه PCB قرار دهید.

مرحله ۵ — سیم‌کشی شماتیک (اتصال قطعات)

هر پین را مطابق با نت‌لیست سیم‌کشی کنید. این کار اتصالات منطقی بین قطعات را ایجاد می‌کند.

مرحله ۶ — خروجی/ورودی نت‌لیست

شکل شماتیک هر پین و اتصالات آن‌ها را فهرست می‌کند. پس از اتمام شماتیک، طراحی برد مدار چاپی (PCB) را آغاز کنید. برای نرم‌افزارهای PADS و Cadence، ابزارهای شماتیک و PCB ممکن است جداگانه باشند. شما باید نت‌لیست را از ابزار شماتیک خروجی بگیرید و آن را وارد ابزار PCB کنید. Altium شماتیک و PCB را یکپارچه می‌کند، بنابراین می‌توانید با یک کلیک نت‌لیست را منتقل کنید. فرمت‌های نت‌لیست معمولاً مشترک هستند، بنابراین بسیاری از ابزارها می‌توانند بین یکدیگر خروجی و وارد کنند. OrCAD و Allegro زمانی ابزارهای جداگانه‌ای بودند و بعداً تحت Cadence ادغام شدند.

مرحله ۷ — ترسیم ردپای PCB

مانند نمادهای شماتیک، هر قطعه به یک ردپای PCB نیاز دارد. ردپای PCB مجموعه‌ای از پدها، سیلک‌اسکرین و فضایی است که قطعه روی برد اشغال می‌کند. از روی تصویر چیپ و نقشهٔ مکانیکی آن می‌دانید چگونه ردپا را ترسیم کنید. پدها معمولاً کمی بزرگ‌تر از پین‌ها هستند. بازشوهای ماسک لحیم بزرگ‌تر از پدها هستند. لایهٔ شابلون با اندازه‌های پدها مطابقت دارد. برای قطعات با سوراخ‌های عبوری ممکن است به یک لایهٔ محدودهٔ ممنوعه (keep-out) یا لایهٔ منفی برای لایه‌های داخلی نیز نیاز داشته باشید.

معمولاً چاپ سیلک اسکرین خطوط کلی قطعه و علامت پین ۱ را نشان می‌دهد. برای ردپای‌های رایج مانند SO14 می‌توانید از کتابخانهٔ موجود کپی کنید.

اگر قطعه‌ای غیرمعمول باشد، از دیتاشیت برای ترسیم نقشهٔ قرارگیری آن استفاده کنید.

مرحله ۸ — تنظیم پارامترهای پایه PCB

پس از وارد کردن نت‌لیست، مشخصات پایه برد را تنظیم کنید: ضخامت برد، تعداد لایه‌ها و ترتیب لایه‌ها. این سه مورد پایه‌ای هستند، اما معمولاً تنها تعداد لایه‌ها در فایل‌های خروجی نمایش داده می‌شود. ترتیب لایه‌ها و ضخامت برد معمولاً به‌صورت متنی به سازنده برد اطلاع داده می‌شوند. طراحی استک‌آپ اهمیت دارد: کدام لایه‌ها سیگنال را حمل می‌کنند، کدام‌ها پلن هستند و کدام‌ها ترکیبی از پلن و رد هستند. برای یک برد چهارلایه، لایه‌های ۲ و ۳ اغلب GND و VCC هستند و لایه‌های بالا و پایین برای مسیریابی استفاده می‌شوند. برای یک برد ۶ لایه، ممکن است GND را روی لایه‌های ۲ و ۵ و VCC را روی لایه‌های ۳ یا ۴ قرار دهید. برای بردهای ۸ لایه و بیشتر، این انتخاب‌ها انعطاف‌پذیرتر هستند.

مرحله ۹ — ترسیم طرح کلی تخته

شکل برد و نواحی ممنوعه را تعریف کنید.

مرحله ۱۰ — قرار دادن قطعات روی برد مدار چاپی

پس از آماده شدن ردپاها، قطعات را قرار دهید. اگر ردپای یکی از آن‌ها نامشخص باشد چون هنوز قطعه را ندارید، ابتدا سایر قطعات را قرار دهید و بعداً بازگردید.

مرحله ۱۱ — تنظیم پیش‌فرض‌های ویاس، عرض رد و فاصله

پارامترهای پیش‌فرض را از طریق اندازه‌ها، عرض ردیابی و فاصله‌گذاری تعیین کنید. این پیش‌فرض‌ها در حین مسیریابی اعمال می‌شوند. برای شبکه‌های ویژه یا شبکه‌های تغذیه، موقتاً تنظیمات را تغییر دهید.

مرحله ۱۲ — تنظیم قوانین پیشرفته

اگر سیگنال‌های با سرعت بالا وجود داشته باشند، قواعد مربوط به محدودیت‌های مسیریابی را تنظیم کنید. قواعد پیشرفته شامل عرض/فاصله جفت دیفرانسیل، محدودیت‌های تطابق طول، باریک‌شدگی پدها و حداقل فاصله‌ها هستند. برای مثال، سیگنال‌های DDR3 به طول‌های متناسب نیاز دارند: خطوط آدرس، کلاک و فرمان باید طول یکسانی داشته باشند؛ خطوط داده و DQS نیز باید تطابق طول خاص خود را داشته باشند. کنترل نامناسب طول می‌تواند تایمینگ DDR را خراب کرده و سرعت را کاهش دهد. برای جزئیات بیشتر به این منابع DDR مراجعه کنید:

• اصول کاری DDR و نحوهٔ رسیدگی به DQS: www.elecfans.com/d/682335.html
• ساعت تفاضلی، DQS و DQM: www.cnblogs.com/edadoc/p/6387049.html

ممکن است برخی قوانین ابتدا نیاز به مسیریابی داشته باشند، سپس تغییرات و بازنگری برای انطباق با قوانین.

مرحله ۱۳ — مسیریابی و ترسیم ریخته‌گری‌های چندضلعی (شکل‌ها)

مسیر‌یابی شبکه‌های شماتیک را به ردپاهای مسی متصل می‌کند. بیشتر زمان در طراحی PCB صرف مسیر‌یابی می‌شود. ابزارهای مسیریاب خودکار وجود دارند، اما برای بردهای پیچیده نتایج آن‌ها اغلب نیاز به پاکسازی گسترده‌ای دارد. برخی از کارشناسان می‌توانند قواعدی را برای استفادهٔ مناسب از مسیریابی خودکار تنظیم کنند. برای شبکه‌های با جریان بالا می‌توانید از ردپاهای پهن یا ریخته‌گری مس استفاده کنید. از نواحی پلن متصل به پدها به‌عنوان شبکه‌های بلوکی استفاده کنید.

مسیربری نیازمند دقت است: عرض مسیر، فاصله‌گذاری، زوایا و جهت‌ها. بعداً نکات مسیربری را پوشش خواهم داد.

مرحله ۱۴ — تنظیم سیلک‌اسکرین

اندازه، موقعیت و جهت‌گیری چاپ سیلک‌اسکرین را طوری تنظیم کنید که شماره‌های قطعات برای مونتاژ و تست واضح باشند. تولیدکنندگان اغلب لوگو یا کد تاریخ خود را چاپ می‌کنند. طراحان ممکن است یادداشت‌های خود را درج کنند.

مرحله ۱۵ — خروجی گرفتن فایل‌های دریل و گربرها (فایل‌های پلوت)

پس از جایگذاری، مسیریابی و سیلک‌اسکرین، می‌توانید فایل‌های تولید را صادر کنید. برای Altium، برخی فروشندگان چینی مستقیماً فایل‌های پروژه را می‌پذیرند. برای PADS و Cadence باید فایل‌های سوراخ‌کاری (drill) و فایل‌های Gerber را صادر کنید. اگر سوراخ‌های غیرگرد وجود داشته باشد، همچنین فایل‌های فرزکاری (milling) برای تیغه‌ها را صادر کنید.

مرحله ۱۶ — ارائه پارامترهای ساخت و یادداشت‌های فرآیند

فایل‌های طراحی همهٔ پارامترها را در بر نمی‌گیرند. شما باید دستورالعمل‌های متنی مربوط به پارامترها و الزاماتی را که نمی‌توان در فایل‌های طراحی بیان کرد، ارسال کنید. برای گزینه‌هایی که نیاز به مشخص شدن دارند، می‌توانید صفحات سفارش آنلاین را بررسی کنید. فیلایفست (https://flj-pcb.com/).

در زیر اسکرین‌شات‌هایی از پارامترهای نمونه آورده شده است. برای بردهای پیچیده ممکن است پارامترهای بیشتری فراتر از آنچه نشان داده شده لازم باشد. نمونه‌سازی آنلاین PCB معمولاً نیازهای ساده‌تر را پوشش می‌دهد.

مرحله ۱۷ — تنظیمات امپدانس و استک‌آپ

برای سیگنال‌های با سرعت بالا، امپدانس مشخصه هدف را مشخص کنید. هنگام ارسال به کارخانه، استک‌آپ خود را طراحی کرده و عرض خطوط و فاصله‌گذاری را برای امپدانس هدف محاسبه کنید. هنگام مسیریابی از مقادیر محاسبه شده استفاده کنید. پس از مسیریابی، طرح لایه‌بندی و اهداف امپدانس خود را به کارخانه بسپارید. کارخانه با توجه به مواد و فرآیندهای خود بررسی می‌کند و به شما اطلاع می‌دهد که آیا نیاز به تنظیمات است و خطای امپدانس مورد انتظار چقدر خواهد بود. سپس می‌توانید تأیید کنید که هدف امکان‌پذیر است یا خیر. اگر ابتدا امپدانس را محاسبه نکنید و صرفاً طرح لایه‌بندی و عرض خطوط را به صورت تصادفی انتخاب کنید، ممکن است کارخانه نتواند هم الزامات امپدانس و هم تداخل را برآورده سازد.

مرحله ۱۸ — مونتاژ و لحیم‌کاری برد مدار چاپی (PCBA)

پس از اینکه فایل‌های PCB را نهایی کردید و کارخانه بردها را ساخت، گام بعدی نصب قطعات روی برد (PCBA) است. برای تولید انبوه از خطوط SMT استفاده می‌شود. برای تیراژهای کم یا نمونه‌های اولیه، بسیاری از قطعات (به جز BGA، پدهای زمین بزرگ یا قطعات بسیار کوچک 0201) را می‌توان به‌صورت دستی لحیم‌کاری کرد. برای تیراژهای کمتر از ده برد، لحیم‌کاری دستی ممکن است ارزان‌تر و سریع‌تر از مونتاژ خطی باشد.

برای مونتاژ باید صادر و ارسال کنید:

• فهرست مواد (BOM),
• فایل پیک‌واندپلیس (مختصات قطعات و جهت‌یابی)،,
• ماسک پاست Gerber (از لایهٔ ماسک پاست).

تمام قطعات را برچسب‌گذاری کنید و فهرست قطعات و مراجع را ارسال کنید. سپس منتظر بمانید تا مونتاژ برد مدار چاپی (PCBA) به پایان برسد.