Ho messo troppo su questo layout PCB?

Sto realizzando il mio primo layout PCB (usando Altium) e ho finalmente superato lo stadio del router automatico. Il risultato è un disastro e ci sono alcune reti mancanti e violazioni delle regole di progettazione. Ho impacchettato troppo su questa scheda o devo solo ripensare il posizionamento dei miei componenti?

La scheda è composta da due strati.

Sono bloccato con un recinto molto specifico e non sarò in grado di allargare la scheda nell'asse xy.

Questa è una scheda hobby, ma ho una configurazione di saldatura SMD completa a casa (bello scopo e tutto il resto). Il posizionamento del connettore fa parte dell'involucro (altrimenti quelle sarebbero le prime cose da spostare). È un sostituto drop-in per un vecchio sistema di monitoraggio del motore. Prende misure principalmente da termocoppie e termistori. Il grande chip al centro è un ATmega2560 a 16 MHz.

AGGIORNARE:

Grazie per tutti i suggerimenti. Ho riorganizzato la scheda e sono passato a 4 livelli. Poi ho instradato tutto a mano. Ora sembra molto meglio!

Presumo che tu stia utilizzando l'autorouter perché pensi che ti farà risparmiare tempo. Ma ho delle brutte notizie: si dice che il layout del PCB sia composto dall'80% di componenti, dal 20% di routing. Non puoi semplicemente schiaffeggiare i componenti, devi pensare a come i segnali si collegano e se posizioni i componenti giusti, il layout "scorrerà" da questo posizionamento. Quindi, se hai un buon posizionamento, hai subito il tuo percorso e potresti anche farlo da solo (o almeno in gran parte) mentre fai questo layout.

Gli autorouter sono un dolore. Non ho mai visto le persone usarle con successo, specialmente quelle integrate come quelle che trovi in ​​Altium (anche se recentemente hanno mostrato un nuovo strumento, quindi potrebbe essere d'aiuto?). Inoltre, il posizionamento dei componenti è di vitale importanza.

Un problema con qualsiasi layout automatico o sintesi di circuiti è che il programma farà solo ciò che gli dici - e se non lo dici tutto, farà cose stupide. Le tue regole devono essere perfette . I tuoi vincoli devono essere completi . Ogni requisito che hai deve essere messo sotto forma di regole e direttive. Spesso potresti non rendertene conto di quanto sai / richiedi implicitamente - Non instradare i segnali di potenza tutto intorno alla scheda - La connessione tra il condensatore di disaccoppiamento e il pin di alimentazione del chip deve essere il più corta possibile e non andare serpeggiando attorno a un gruppo di circuiti analogici - l'elenco continua.

Il posizionamento sembra sciatto. Prendi questo esempio:

Se dovessi capovolgere R17 la traccia che va da R17 a R18 non dovrebbe incrociare la traccia che va da R17 a D1. R19 sembra essere in parallelo con C12 - forse questo è qualcosa che puoi usare per semplificare il layout, mettendoli fisicamente paralleli tra loro. Spostare R19 sopra o sotto C12 semplificherebbe anche il percorso di C18. C17 sembra anche che potrebbe essere ruotato di 180 gradi in modo tale da non richiedere tracce di attraversamento. Ruotando D1 di 90 gradi in senso orario potrebbe essere più facile indirizzare quella traccia dal perno "centrale" a R17. E hai un sacco di spazio inutilizzato sotto questi componenti, perché non usarlo e spostare un po 'l'intero assieme verso il basso? Ricordi quella cosa che ho detto sull'80% del posizionamento, sul 20% del routing effettivo?

Inoltre, sembra che il tuo autorouter abbia appena rinunciato. Prendi ad esempio:

C'è molto spazio per spostare queste tracce a parte. Questo non dovrebbe essere un problema e chiunque può vedere che devi solo spostare la traccia sinistra di una frazione a sinistra e l'errore verrà corretto.

A differenza di ciò che altri hanno detto, l'uso del router automatico non è il problema. Hanno ragione nel dire che non puoi semplicemente lanciare un intero progetto sul router automatico e aspettarti che risolva tutto per te. Ma, se usati correttamente, i router automatici sono strumenti legittimi e che fanno risparmiare tempo. Non ascoltare i truffatori che dicono di non usare il router automatico.

Il tuo problema è che hai provato a stipare troppe cose su una scheda a 2 strati. Aspettarsi di instradare quel numero di pin che è spaziato da vicino in 2 strati è incredibilmente irrealistico.

L'altro problema è che non hai considerato il layout abbastanza attentamente. Questo è più difficile da valutare guardando le tue immagini, ma sembra abbastanza probabile.

Per prima cosa, c'è poco spazio attorno al chip denso. Anche con i multi-layer, ci sarà congestione attorno a quel chip. Qualche volta ho anche percorso manualmente tracce da un chip denso per espanderle un po ', quindi vedere come l'auto-router può gestirlo.

Tuttavia, la prima regola del buon routing è un buon layout . Non puoi semplicemente collegare parti da qualche parte, quindi collegarle in qualche modo nel routing in un secondo momento. Un buon layout è qualcosa che imparerai e otterrai un'intuizione per come fai più disegni. Per i primi disegni, ti aiuta a darti un sacco di spazio. Non hai.

Le parti di grandi dimensioni sono spesso flessibili nelle assegnazioni dei pin. Questo di solito è vero per microcontrollori e FPGA. In alcuni casi ho effettivamente stampato una foto di pinout di una grande parte. Ho quindi preso appunti attorno ad esso corrispondenti al posizionamento approssimativo delle cose a cui doveva collegarsi sulla lavagna. Ho cancellato tutti i pin fissi, come alimentazione, terra, MCLR, ecc. Quindi ho assegnato con attenzione i pin morbidi in base alla vicinanza a ciò a cui dovevano collegarsi.

Questo può essere un processo iterativo. È possibile ottenere una parte parziale della parte e rendersi conto di essere un perno corto in una direzione. Ciò potrebbe richiedere la riassegnazione dei perni sull'altro lato della parte per spostare le cose.

Per parti di grandi dimensioni come i microncontrollori, lo posiziono in una grande area vuota, quindi posiziono solo le parti immediatamente collegate attorno ad esso. Ciò include i tappi di bypass e il cristallo con i suoi tappi, se presenti. Quindi orientare e spostare l'intero gruppo di parti insieme come unità da quel momento in poi.

È perfettamente normale posizionare alcune parti solo in posizioni approssimative, quindi tornare indietro e imballarle in modo più efficiente man mano che vengono posizionate più parti. Ancora una volta, l'intero processo è iterativo. Dopo aver acquisito esperienza e intuizione, questi passaggi procederanno più rapidamente. Aspettatevi che i primi pochi disegni, specialmente quelli densi, impieghino un po '.

Una volta che hai una disposizione ragionevole con fili d'aria che non attraversano dappertutto il posto, fai un piccolo instradamento manuale di segnali importanti. Di solito faccio prima tutti i cappucci di bypass, che ovviamente dovrebbero già essere vicini ai pin di alimentazione e di terra che stanno bypassando. Se si dispone di un piano di massa, il passaggio successivo consiste nel collegare la maggior parte dei punti di massa al piano di terra con vie. Questo lascia solo i fili dell'aria che saranno tracce effettivamente instradabili.

A questo punto, a seconda della tua esperienza, instrada alcune cose che puoi vedere saranno problemi o lascia semplicemente volare il router automatico.

Tuttavia, non stai ancora utilizzando il router automatico per creare il percorso finale, solo per mostrarti i punti problematici. Un buon instradamento automatico è anche un processo iterativo. Esegui il router automatico, vedi dove si trova nei guai, esegui un routing manuale e forse cambiamenti di posizionamento di conseguenza, esegui di nuovo il router automatico, ecc. Alla fine converti su un percorso completato. L'auto-router ti ha ancora risparmiato tempo significativo facendo gran parte del lavoro grugnito per te.

Dopo aver trovato una soluzione con cui ti senti ragionevolmente a tuo agio, guardi tutto attentamente e ripulisci manualmente le cose ovvie. Ad esempio, se si dispone di un piano di massa, non si desidera che i via siano raggruppati. Molte piccole isole sono meglio di alcune isole più grandi nel piano di terra.

Ancora una volta, però, non ascoltare tutti gli strattoni religiosi. Vai avanti e usa il router automatico, ma fallo con cura e responsabilità. Faccio ingegneria elettrica in modo professionale e ho usato l'auto-router in qualche modo su probabilmente oltre il 95% di tutte le schede che ho progettato. Più complicata è la scheda, più l'auto-router è uno strumento prezioso nel fare il lavoro grugnito per te. Non aspettarti che faccia mai tutto il lavoro. E devi iniziare con un buon posizionamento.

Il router automatico non è magico. E non dovrebbe essere usato per fare la pensione completa. Devi prima indirizzare tu stesso i bit importanti. Come potenza, tappi ad alta velocità e bypass. Quindi puoi lasciare che l'auto-route faccia le cose noiose.
Le regole di progettazione devono essere configurate in modo impeccabile affinché l'auto-router funzioni correttamente.

Ora sembra che tu abbia posizionato casualmente i componenti. Si ottengono risultati molto migliori se si raggruppano i componenti o almeno li si inserisce in una griglia. Per esempio,

• U3, che è molto probabilmente un regolatore di tensione, avrà alcune C vicine. Questi non sembrano molto vicini.
• U7 e U8 molto probabilmente hanno un limite di bypass. Dove sono quelli?
• C'è una raccolta di R sul lato destro. Se questi sono per una rete di resistori, perché non inserirli in una griglia quadrata? Se tieni un po 'di spazio in mezzo puoi spesso instradarli a mano bene.
  Esempio:
  

Consiglierei di vedere alcune schede professionali (smontare alcuni strumenti di prova), o hardware aperto di qualità e forse alcuni video di layout del pcb. Dal blog EEV per esempio.

Almeno stai lavorando con una dimensione della tavola definita con i supporti, bene! È un classico errore per principianti instradare una scheda senza vincoli di dimensione e pensare al recinto quando la scheda è già realizzata.

Hai commesso uno dei più grandi errori che un principiante può fare e questo è affidarsi all'autorouter per fare il tuo lavoro per te. Questo è un grande fraintendimento tra gli hobbisti, e cioè che l'autorouter è per i principianti. In realtà è l'esatto contrario. Solo gli utenti esperti di Altium (e altri pacchetti) possono usarlo correttamente, e quando diventano esperti è spesso più facile per loro instradarli a mano comunque. I principianti dovrebbero SEMPRE iniziare a mano. NON UTILIZZARE L'AUTOROUTER.

Per aiutarti a indirizzare la tua scheda, suggerisco di iniziare posizionando le parti posizionate in modo critico (connettori, principalmente). Tutto ciò che SAPI è necessario posizionarlo in un punto esatto e non può essere spostato nemmeno di pochi millimetri. Quindi iniziare a raggruppare i componenti rimanenti in piccole sezioni. Ad esempio, raggruppa tutti i componenti direttamente collegati o collegati all'IC U1 insieme (fuori dalla scheda), disponili in modo che i cavi aerei siano corti e diritti (non incrociati), quindi instradali insieme (fuori dalla scheda ). Fallo per tutti i diversi moduli (o almeno alcuni alla volta), quindi sposta i moduli sulla scheda come gruppi di componenti in un luogo sensato. Man mano che sposti i moduli già instradati sulla scheda, sarai in grado di riposizionare i gruppi in modo che i fili aerei tra loro siano corti e diritti, e ripeti il ​​processo per instradare insieme i "moduli" proprio come hai fatto con i componenti all'interno di ciascun modulo. Continuate così e alla fine avrete un design ben studiato e pulito con vie minime e flusso logico del segnale.

E per rispondere alla tua vera domanda, no - non c'è troppo su quella lavagna. In effetti, è piuttosto scarso rispetto ad alcuni di quelli su cui ho lavorato. Devi solo essere intelligente riguardo al posizionamento dei componenti per ridurre al minimo il numero di vie di cui hai bisogno e il numero di tracce che circolano in giro. Come altri hanno già detto, restringi le tue vie. Il trapano da 0,2 mm è sufficiente per la maggior parte dei via.

Una prospettiva economica:

Quindi, questo è un progetto hobby.

In questo caso, considera il numero di ore che trascorrerai facendo il layout rispetto al costo di una tavola leggermente più grande. Alcuni produttori (come pcbway) ti addebiteranno anche lo stesso per una scheda 80x100mm o 100x100mm, quindi l'aumento delle dimensioni può essere gratuito.

Se trascorri una giornata di sforzo cercando di adattarlo a una scheda più piccola per risparmiare $ 2 sui costi del PCB, rilassati! Ingrandisci la tua tavola. Non importa se c'è dello spazio inutilizzato. Non deve sembrare tutto ordinato e angusto ...

... quanto sopra è ora obsoleto poiché hai affermato che il posizionamento del tuo contenitore e del connettore era corretto, quindi:

Se questo fosse il mio progetto di hobby, andrei a 4 strati ($ 50, ne vale la pena, tempo contro denaro) per mantenere un piano di terra sano e non dover passare troppo tempo a pensare all'IME. So che sembra un po 'assurdo, ma 4 layer è così economico in questi giorni che ha davvero senso in un contesto di hobby quando vuoi che funzioni la prima volta senza mal di testa, problemi di EMI e senza spendere troppo tempo. Aiuta anche in modi sottili: le possibilità che commettiate un grosso errore nel rumore / EMI saranno molto più basse.

Se è in un ambiente automobilistico, aspettati un sacco di rumore (come le candele ...), quindi vuoi davvero un piano terra completo. Soprattutto se si desidera ottenere un basso livello di rumore nelle letture ADC. Ricorda che GND vale a dire 0V è il tuo riferimento, quindi le tracce di terra scarna garantiscono praticamente un'alta impedenza in GND, quindi GND essendo a tensioni diverse ovunque a seconda della corrente che scorre in essa, quindi letture ADC molto rumorose (se funziona).

In termini di domanda sul posizionamento dei componenti. Il posizionamento dei componenti (come hanno detto anche altri) rappresenta l'80% del routing. Posizionamento corretto delle parti predisposto e tutto il resto va a posto.

Una volta posizionati i componenti in modo strategico, qui troverai due risultati. 1) L'istruzione del router automatico Altium richiederà molto più tempo del semplice instradamento manuale. 2) Il routing si limita a stabilire con il numero ridotto e senza viaggi panoramici (X, Y e Z) con il Cu. tracce / conduttori.

Per non parlare del clean-up dopo che il router automatico ha funzionato; Ho visto molte cose strane che fa l'auto-router e mi fa davvero paura. Sì, ho usato l'AR (in un pizzico di tempo) ma solo su cose varie e simili.

IMHO, prendi il router automatico Altium fino al Polo Nord, fai un buco nel ghiaccio e lancialo.