Программа для разводки печатных плат. Правила проектирования и разводки аналоговых схем на печатных платах

Какие основные правила следует соблюдать при проектировании аналоговых схем на печатных платах. Как правильно выполнить разводку аналоговой части схемы. Какие особенности нужно учитывать при работе с высокочастотными аналоговыми сигналами. На что обратить внимание при выборе материала печатной платы для аналоговых схем.

Особенности проектирования аналоговых схем на печатных платах

При разработке печатных плат для аналоговых схем необходимо учитывать ряд важных особенностей:

• Аналоговая часть должна быть отделена от цифровой
• Требуется тщательное планирование разводки земли и питания
• Необходимо минимизировать паразитные связи между проводниками
• Важен правильный выбор материала платы и толщины медной фольги
• Следует учитывать частотные характеристики пассивных компонентов

Соблюдение этих правил позволяет создать качественную печатную плату для аналоговой схемы с минимальным уровнем шумов и помех.

Выбор материала и конструкции печатной платы

Для аналоговых схем рекомендуется использовать следующие материалы печатных плат:

• FR-4 — наиболее распространенный и универсальный материал
• FR-5 — для работы при повышенных температурах
• Керамика — для высокочастотных схем

При выборе материала платы следует обращать внимание на такие параметры как диэлектрическая проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь, коэффициент теплового расширения.

Для большинства аналоговых схем оптимальным является использование многослойных печатных плат. Это позволяет:

• Разделить слои питания и земли
• Уменьшить паразитные связи между проводниками
• Снизить уровень электромагнитных помех
• Упростить разводку сложных схем

Правила разводки аналоговой части схемы

При разводке аналоговой части схемы на печатной плате необходимо соблюдать следующие основные правила:

1. Аналоговую и цифровую части схемы следует разводить в разных областях платы
2. Аналоговая земля должна быть отделена от цифровой
3. Для аналоговых цепей желательно использовать сплошной полигон земли
4. Проводники аналоговых сигналов должны быть как можно короче
5. Следует избегать параллельного прохождения аналоговых и цифровых проводников
6. Высокочастотные аналоговые цепи нужно экранировать
7. Необходимо минимизировать площадь токовых петель

Соблюдение этих правил позволяет значительно снизить уровень перекрестных помех и наводок в аналоговых цепях.

Особенности работы с высокочастотными аналоговыми сигналами

При разработке печатных плат для высокочастотных аналоговых схем необходимо учитывать следующие моменты:

• На высоких частотах проводники платы начинают вести себя как линии передачи
• Возрастает влияние паразитных емкостей и индуктивностей
• Необходимо согласование волновых сопротивлений линий
• Важен правильный выбор диэлектрика платы с низкими потерями на высоких частотах
• Следует использовать специальные высокочастотные конденсаторы и резисторы
• Необходимо экранирование чувствительных высокочастотных цепей

При разводке высокочастотных цепей важно обеспечить целостность сигналов и минимизировать отражения в линиях передачи.

Правила организации земли и питания

Правильная организация цепей земли и питания критически важна для работы аналоговых схем. Основные рекомендации:

• Использовать раздельные полигоны для аналоговой и цифровой земли
• Объединять аналоговую и цифровую землю только в одной точке
• Для аналоговых цепей применять технику «звездообразного» заземления
• Использовать отдельные шины питания для аналоговой и цифровой частей
• Применять развязывающие конденсаторы для фильтрации помех по цепям питания
• Минимизировать площадь петель протекания токов питания

Грамотная организация земли и питания позволяет существенно снизить уровень шумов и перекрестных помех в аналоговых схемах.

Выбор и размещение пассивных компонентов

При разработке аналоговых схем важно учитывать частотные характеристики пассивных компонентов:

Резисторы

• На высоких частотах проявляются паразитные индуктивности и емкости
• Для высокочастотных схем рекомендуется использовать чип-резисторы
• Проволочные резисторы имеют большую паразитную индуктивность

Конденсаторы

• Электролитические конденсаторы имеют большую паразитную индуктивность
• Для высоких частот лучше использовать керамические конденсаторы
• Важно учитывать эквивалентное последовательное сопротивление (ESR)

Правильный выбор типа компонентов и их оптимальное размещение на плате позволяет улучшить характеристики аналоговой схемы.

Методы снижения электромагнитных помех

Для уменьшения уровня электромагнитных помех в аналоговых схемах применяются следующие методы:

• Экранирование чувствительных цепей
• Использование ферритовых фильтров в цепях питания
• Применение многослойных печатных плат
• Оптимизация расположения компонентов
• Минимизация площади сигнальных петель
• Использование дифференциальных линий передачи

Комплексное применение этих методов позволяет значительно снизить уровень излучаемых и кондуктивных помех от аналоговых схем.

Правила при проектировании и разводке аналоговых схем

Из-за существенных отличий аналоговой схемотехники от цифровой, аналоговая часть схемы должна быть отделена от остальной части, а при ее разводке должны соблюдаться особые методы и правила. Эффекты, возникающие из-за неидеальности характеристик печатных плат, становятся особенно заметными в высокочастотных аналоговых схемах, но погрешности общего вида, описанные в этой статье, могут оказывать воздействие на качественные характеристики устройств, работающих даже в звуковом диапазоне частот.

Намерением этой статьи является обсуждение распространенных ошибок, совершаемых разработчиками печатных плат, описание воздействия этих ошибок на качественные показатели и рекомендации по разрешению возникших проблем.

Лишь в редких случаях печатная плата аналоговой схемы может быть разведена так, чтобы вносимые ею воздействия не оказывали никакого влияния на работу схемы. В то же время, любое такое воздействие может быть минимизировано так, чтобы характеристики аналоговой схемы устройства были такими же, как и характеристики модели и прототипа.

Разработчики цифровых схем могут скорректировать небольшие ошибки на изготовленной плате, дополняя ее перемычками или, наоборот, удаляя лишние проводники, внося изменения в работу программируемых микросхем и т.п., переходя очень скоро к следующей разработке. Для аналоговой схемы дело обстоит не так. Некоторые из распространенных ошибок, обсуждаемых в этой статье, не могут быть исправлены дополнением перемычек или удалением лишних проводников. Они могут и будут приводить в нерабочее состояние печатную плату целиком.

Очень важно для разработчика цифровых схем, использующего такие способы исправления, прочесть и понять материал, изложенный в этой статье, заблаговременно, до передачи проекта в производство. Немного внимания, уделенного при разработке, и обсуждение возможных вариантов помогут не только предотвратить превращение печатной платы в утильсырье, но и уменьшить стоимость из-за грубых ошибок в небольшой аналоговой части схемы. Поиск ошибок и их исправление может привести к потерям сотен часов.

Макетирование может сократить это время до одного дня или менее. Макетируйте все свои аналоговые схемы

Шум и помехи являются основными элементами, ограничивающими качественные характеристики схем. Помехи могут как излучаться источниками, так и наводиться на элементы схемы. Аналоговая схема часто располагается на печатной плате вместе с быстродействующими цифровыми компонентами, включая цифровые сигнал-процессоры (DSP).

Высокочастотные логические сигналы создают значительные радиочастотные помехи (RFI). Количество источников излучения шума огромно: ключевые источники питания цифровых систем, мобильные телефоны, радио и телевидение, источники питания ламп дневного света, персональные компьютеры, грозовые разряды и т.д. Даже если аналоговая схема работает в звуковом частотном диапазоне, радиочастотные помехи могут создавать заметный шум в выходном сигнале.

Выбор конструкции печатной платы является важным фактором, определяющим механические характеристики при использовании устройства в целом.

Для изготовления печатных плат используются материалы различного уровня качества. Наиболее подходящим и удобным для разработчика будет, если изготовитель печатных плат находится неподалеку. В этом случае легко осуществить контроль удельного сопротивления и диэлектрической постоянной — основных параметров материала печатной платы. К сожалению, этого бывает недостаточно и часто необходимо знание других параметров, таких как воспламеняемость, высокотемпературная стабильность и коэффициент гигроскопичности. Эти параметры может знать только производитель компонентов, используемых при производстве печатных плат.

Слоистые материалы обозначаются индексами FR (flame resistant, сопротивляемость к воспламенению) и G. Материал с индексом FR-1 обладает наибольшей горючестью, а FR-5 — наименьшей. Материалы с индексами G10 и G11 обладают особыми характеристиками. Материалы печатных плат приведены в табл. 1.

Не используйте печатную плату категории FR-1. Есть много примеров использования печатных плат FR-1, на которых имеются повреждения от теплового воздействия мощных компонентов. Печатные платы этой категории более похожи на картон.

FR-4 часто используется при изготовлении промышленного оборудования, в то время, как FR-2 используется в производстве бытовой техники. Эти две категории стандартизованы в промышленности, а печатные платы FR-2 и FR-4 часто подходят для большинства приложений. Но иногда неидеальность характеристик этих категорий заставляет использовать другие материалы. Например, для очень высокочастотных приложений в качестве материала печатных плат используются фторопласт и даже керамика. Однако, чем экзотичнее материал печатной платы, тем выше может быть цена.

При выборе материала печатной платы обращайте особое внимание на его гигроскопичность, поскольку этот параметр може оказать сильный негативный эффект на желаемые характеристики платы — поверхностное сопротивление, утечки, высоковольтные изоляционные свойства (пробои и искрения) и механическая прочность. Также обращайте внимание на рабочую температуру. Участки с высокой температурой могут встречаться в неожиданных местах, например, рядом с большими цифровыми интегральными схемами, переключения которых происходят на высокой частоте.

Если такие участки расположены непосредственно под аналоговыми компонентами, повышение температуры может сказаться на изменении характеристик аналоговой схемы.

Категория	Компоненты, комментарии
FR-1	бумага, фенольная композиция: прессование и штамповка при комнатной температуре, высокий коэффициент гигроскопичности
FR-2	бумага, фенольная композиция: применимый для односторонних печатных плат бытовой техники, невысокий коэффициент гигроскопичности
FR-3	бумага, эпоксидная композиция: разработки с хорошими механическими и электрическими характеристиками
FR-4	стеклоткань, эпоксидная композиция: прекрасные механические и электрические свойства
FR-5	стеклоткань, эпоксидная композиция: высокая прочность при повышенных температурах, отсутствие воспламенения
G10	стеклоткань, эпоксидная композиция: высокие изоляционные свойства, наиболее высокая прочность стеклоткани, низкий коэффициент гигроскопичности
G11	стеклоткань, эпоксидная композиция: высокая прочность на изгиб при повышенных температурах, высокая сопротивляемость растворителям

После того, как материал печатной платы выбран, необходимо определить толщину фольги печатной платы. Этот параметр в первую очередь выбирается исходя из максимальной величины протекающего тока. По возможности, старайтесь избегать применения очень тонкой фольги.

Количество слоев печатной платы

В зависимости от общей сложности схемы и качественных требований разработчик должен определить количество слоев печатной платы.

Однослойные печатные платы

Очень простые электронные схемы выполняются на односторонних платах с использованием дешевых фольгированных материалов (FR-1 или FR-2) и часто имеют много перемычек, напоминая двухсторонние платы. Такой способ создания печатных плат рекомендуется только для низкочастотных схем. По причинам, которые будут описаны ниже, односторонние печатные платы в большой степени восприимчивы к наводкам. Хорошую одностороннюю печатную плату достаточно сложно разработать из-за многих причин. Тем не менее хорошие платы такого типа встречаются, но при их разработке требуется очень многое обдумывать заранее.

Двухслойные печатные платы

На следующем уровне стоят двухсторонние печатные платы, которые в большинстве случаев используют в качестве материала подложки FR-4, хотя иногда встречается и FR-2. Применение FR-4 более предпочтительнее, поскольку в печатных платах из этого материала отверстия получаются более лучшего качества. Схемы на двухсторонних печатных платах разводятся гораздо легче, т.к. в двух слоях проще осуществить разводку пересекающихся трасс. Однако для аналоговых схем пересечение трасс выполнять не рекомендуется. Где возможно, нижний слой (bottom) необходимо отводить под полигон земли, а остальные сигналы разводить в верхнем слое (top). Использование полигона в качестве земляной шины дает несколько преимуществ:

• общий провод является наиболее часто подключаемым в схеме проводом; поэтому резонно иметь «много» общего провода для упрощения разводки
• увеличивается механическая прочность платы
• уменьшается сопротивление всех подключений к общему проводу, что, в свою очередь, уменьшает шум и наводки
• увеличивается распределенная емкость для каждой цепи схемы, помогая подавлять излучаемый шум
• полигон, являющийся экраном, подавляет наводки, излучаемые источниками, располагающимися со стороны полигона

Двухсторонние печатные платы, несмотря на все свои преимущества, не являются лучшими, особенно для малосигнальных или высокоскоростных схем. В общем случае, толщина печатной платы, т.е. расстояние между слоями металлизации, равняется 1,5 мм, что слишком много для полной реализации некоторых преимуществ двухслойной печатной платы, приведенных выше. Распределенная емкость, например, слишком мала из-за такого большого интервала.

Многослойные печатные платы

Для ответственных схемотехнических разработок требуются многослойные печатные платы (МПП). Некоторые причины их применения очевидны:

• такая же удобная, как и для шины общего провода, разводка шин питания; если в качестве шин питания используются полигоны на отдельном слое, то довольно просто с помощью переходных отверстий осуществить подводку питания к каждому элементу схемы
• сигнальные слои освобождаются от шин питания, что облегчает разводку сигнальных проводников
• между полигонами земли и питания появляется распределенная емкость, которая уменьшает высокочастотный шум

Кроме этих причин применения многослойных печатных плат существуют другие, менее очевидные:

• лучшее подавление электромагнитных (EMI) и радиочастотных (RFI) помех благодаря эффекту отражения (image plane effect), известному еще во времена Маркони. Когда проводник размещается близко к плоской проводящей поверхности, большая часть возвратных высокочастотных токов будет протекать по плоскости непосредственно под проводником. Направление этих токов будет противоположно направлению токов в проводнике. Таким образом, отражение проводника в плоскости создает линию передачи сигнала. Поскольку токи в проводнике и в плоскости равны по величине и противоположны по направлению, создается некоторое уменьшение излучаемых помех. Эффект отражения эффективно работает только при неразрывных сплошных полигонах (ими могут быть как полигоны земли, так и полигоны питания). Любое нарушение целостности будет приводить к уменьшению подавления помех.
• снижение общей стоимости при мелкосерийном производстве. Несмотря на то, что изготовление многослойных печатных плат обходится дороже, их возможное излучение меньше, чем у одно- и двухслойных плат. Следовательно, в некоторых случаях применение лишь многослойных плат позволит выполнить требования по излучению, поставленные при разработке, и не проводить дополнительных испытаний и тестирований. Применение МПП может снизить уровень излучаемых помех на 20 дБ по сравнению с двухслойными платами.

Порядок следования слоев

У неопытных разработчиков часто возникает некоторое замешательство по поводу оптимального порядка следования слоев печатной платы. Возьмем для примера 4-слойную плату, содержащую два сигнальных слоя и два полигонных слоя — слой земли и слой питания. Какой порядок следования слоев лучший? Сигнальные слои между полигонами, которые будут служить экранами? Или же сделать полигонные слои внутренними, чтобы уменьшить взаимовлияние сигнальных слоев?

При решении этого вопроса важно помнить, что часто расположение слоев не имеет особого значения, поскольку все равно компоненты располагаются на внешних слоях, а шины, подводящие сигналы к их выводам, порой проходят через все слои. Поэтому любые экранные эффекты представляют собой лишь компромисс. В данном случае лучше позаботиться о создании большой распределенной емкости между полигонами питания и земли, расположив их во внутренних слоях.

Другим преимуществом расположения сигнальных слоев снаружи является доступность сигналов для тестирования, а также возможность модификации связей. Любой, кто хоть раз изменял соединения проводников, располагающихся во внутренних слоях, оценит эту возможность.

Для печатных плат с более, чем четырьмя слоями, существует общее правило располагать высокоскоростные сигнальные проводники между полигонами земли и питания, а низкочастотным отводить внешние слои.

Заземление

Хорошее заземление — общее требование насыщенной, многоуровневой системы. И оно должно планироваться с первого шага дизайнерской разработки.

Основное правило: разделение земли.

Разделение земли на аналоговую и цифровую части — один из простейших и наиболее эффективных методов подавления шума. Один или более слоев многослойной печатной платы обычно отводится под слой земляных полигонов. Если разработчик не очень опытен или невнимателен, то земля аналоговой части будет непосредственно соединена с этими полигонами, т. е. аналоговый возвратный ток будет использовать такую же цепь, что и цифровой возвратный ток. Авторазводчики работают примерно также и объединяют все земли вместе.

Если переработке подвергается ранее разработанная печатная плата с единым земляным полигоном, объединяющим аналоговую и цифровую земли, то необходимо сначала физически разделить земли на плате (после этой операции работа платы становится практически невозможной). После этого производятся все подключения к аналоговому земляному полигону компонентов аналоговой схемы (формируется аналоговая земля) и к цифровому земляному полигону компонентов цифровой схемы (формируется цифровая земля). И лишь после этого в источнике производится объединение цифровой и аналоговой земли.

Другие правила формирования земли:

• Шины питания и земли должны находится под одним потенциалом по переменному току, что подразумевает использование конденсаторов развязки и распределенной емкости
• Не допускайте перекрытий аналоговых и цифровых полигонов (рис. 1). Располагайте шины и полигоны аналогового питания над полигоном аналоговой земли (аналогично для шин цифрового питания). Если в каком-либо месте существует перекрытие аналогового и цифрового полигона, распределенная емкость между перекрывающимися участками будет создавать связь по переменному току, и наводки от работы цифровых компонентов попадут в аналоговую схему. Такие перекрытия аннулируют изоляцию полигонов


• Разделение не означает электрической изоляции аналоговой от цифровой земли (рис. 2). Они должны соединяться вместе в каком-то, желательно одном, низкоимпедансном узле. Правильная, с точки зрения земли, система имеет только одну землю, которая является выводом заземления для систем с питанием от сетевого переменного напряжения или общим выводом для систем с питанием от постоянного напряжения (например, аккумулятора). Все сигнальные токи и токи питания в этой схеме должны возвращаться к этой земле в одну точку, которая будет служить системной землей. Такой точкой может быть вывод корпуса устройства. Важно понимать, что при подсоединении общего вывода схемы к нескольким точкам корпуса могут образовываться земляные контуры. Создание единственной общей точки объединения земель является одним из наиболее трудных аспектов системного дизайна


• По возможности разделяйте выводы разъемов, предназначенные для передачи возвратных токов — возвратные токи должны объединяться только в точке системной земли. Старение контактов разъемов, а также частая расстыковка их ответных частей приводит к увеличению сопротивления контактов, следовательно, для более надежной работы необходимо использование разъемов с некоторым количеством дополнительных выводов. Сложные цифровые печатные платы имеют много слоев и содержат сотни или тысячи проводников. Добавление еще одного проводника редко создает проблему в отличие от добавляемых дополнительных выводов разъемов. Если это не удается сделать, то необходимо создавать два проводника возвратного тока для каждой силовой цепи на плате, соблюдая особые меры предосторожности.
• Важно отделять шины цифровых сигналов от мест на печатной плате, где расположены аналоговые компоненты схемы. Это предполагает изоляцию (экранирование) полигонами, создание коротких трасс аналоговых сигналов и внимательное размещение пассивных компонентов при наличии рядом расположенных шин высокоскоростных цифровых и ответственных аналоговых сигналов. Шины цифровых сигналов должны разводиться вокруг участков с аналоговыми компонентами и не перекрываться с шинами и полигонами аналоговой земли и аналогового питания. Если этого не делать, то разработка будет содержать новый непредусмотренный элемент — антенну, излучение которой будет воздействовать на высокоимпедансные аналоговые компоненты и проводники (рис. 3)

Почти все сигналы тактовых частот являются достаточно высокочастотными сигналами, поэтому даже небольшие емкости между трассами и полигонами могут создавать значительные связи. Необходимо помнить, что не только основная тактовая частота может вызывать проблему, но и ее высшие гармоники.

• Хорошей концепцией является размещение аналоговой части схемы вблизи к входным/выходным соединениям платы. Разработчики цифровых печатных плат, использующие мощные интегральные схемы, часто склонны разводить шины шириной 1 мм и длиной несколько сантиметров для соединения аналогововых компонентов, полагая, что малое сопротивление трассы поможет избавиться от наводок. То, что при этом получается, представляет собой протяженный пленочный конденсатор, на который будут наводиться паразитные сигналы от цифровых компонентов, цифровой земли и цифрового питания, усугубляя проблему

Пример хорошего размещения компонентов

На рисунке 4 показан возможный вариант размещения всех компонентов на плате, включая источник питания. Здесь используются три отделенных друг от друга и изолированных полигона земли/питания: один для источника, один для цифровой схемы и один для аналоговой. Цепи земли и питания аналоговой и цифровой частей объединяются только в источнике питания. Высокочастоный шум отфильтровывается в цепях питания дросселями. В этом примере высокочастотные сигналы аналоговой и цифровой частей отнесены друг от друга. Такой дизайн имеет очень высокую вероятность на благоприятный исход, поскольку обеспечено хорошее размещение компонентов и следование правилам разделения цепей.

Имеется лишь один случай, когда необходимо объединение аналоговых и цифровых сигналов над областью полигона аналоговой земли. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи размещаются в корпусах с выводами аналоговой и цифровой земли. Принимая во внимание предыдущие рассуждения, можно предположить, что вывод цифровой земли и вывод аналоговой земли должны быть подключены к шинам цифровой и аналоговой земли соответственно. Однако в данном случае это не верно.

Названия выводов (аналоговый или цифровой) относятся лишь к внутренней структуре преобразователя, к его внутренним соединениям. В схеме эти выводы должны быть подключены к шине аналоговой земли. Соединение может быть выполнено и внутри интегральной схемы, однако получить низкое сопротивление такого соединения довольно сложно из-за топологических ограничений. Поэтому при использовании преобразователей предполагается внешнее соединение выводов аналоговой и цифровой земли. Если этого не сделать, то параметры микросхемы будут значительно хуже приведенных в спецификации.

Необходимо учитывать то, что цифровая элементы преобразователя могут ухудшать качественные характеристики схемы, привнося цифровые помехи в цепи аналоговой земли и аналогового питания. При разработке преобразователей учитывается это негативное воздействие так, чтобы цифровая часть потребляла как можно меньше мощности. При этом помехи от переключений логических элементов уменьшаются. Если цифровые выводы преобразователя не сильно нагружены, то внутренние переключения обычно не вызывают особых проблем. При разработке печатной платы, содержащей АЦП или ЦАП, необходимо должным образом отнестись к развязке цифрового питания преобразователя на аналоговую землю.

Частотные характеристики пассивных компонентов

Для правильной работы аналоговых схем весьма важен правильный выбор пассивных компонентов. Начинайте дизайнерскую разработку с внимательного рассмотрения высокочастотных характеристик пассивных компонентов и предварительного размещения и компоновки их на эскизе платы.

Большое число разработчиков совершенно игнорируют частотные ограничения пассивных компонентов при использовании в аналоговой схемотехнике. Эти компоненты имеют ограниченные частотные диапазоны и их работа вне специфицированной частотной области может привести к непредсказуемым результатам. Кто-то может подумать, что это обсуждение касается только высокоскоростных аналоговых схем. Однако, это далеко не так — высокочастотные сигналы достаточно сильно воздействуют на пассивные компоненты низкочастотных схем посредством излучения или прямой связи по проводникам. Например, простой низкочастотный фильтр на операционном усилителе может легко превращаться в высокочастотный фильтр при воздействии на его вход высокой частоты.

Резисторы

Высокочастотные характеристики резисторов могут быть представлены эквивалентной схемой, приведенной на рисунке 5.

Обычно применяются резисторы трех типов:

1. Проволочные
2. Углеродные композитные
3. Пленочные

Не надо иметь много воображения, чтобы понять, как проволочный резистор может превращаться в индуктивность, поскольку он представляет собой катушку с проводом из высокоомного металла. Большинство разработчиков электронных устройств не имеют понятия о внутренней структуре пленочных резисторов, которые также представляют собой катушку, правда, из металлической пленки. Поэтому пленочные резисторы также обладают индуктивностью, которая меньше, чем у проволочных резисторов. Пленочные резисторы с сопротивлением не более 2 кОм можно свободно использовать в высокочастотных схемах. Выводы резисторов параллельны друг другу, поэтому между ними существует заметная емкостная связь. Для резисторов с большим сопротивлением межвыводная емкость будет уменьшать полный импеданс на высоких частотах.

Конденсаторы

Высокочастотные характеристики конденсаторов могут быть представлены эквивалентной схемой, приведенной на рисунке 6.

Конденсаторы в аналоговых схемах используются в качестве элементов развязки и фильтрующих компонентов. Для идеального конденсатора реактивное сопротивление определяется по следующей формуле:

Следовательно, электролитический конденсатор емкостью 10 мкФ будет обладать сопротивлением 1,6 Ом на частоте 10 кГц и 160 мкОм на частоте 100 МГц. Так ли это?

В действительности, никто никогда не видел электролитического конденсатора с реактивным сопротивлением 160 мкОм. Обкладки пленочных и электролитических конденсаторов представляют собой свитые слои фольги, которые создают паразитную индуктивность. Эффект собственной индуктивности у керамических конденсаторов значительно меньше, что позволяет использовать их при работе на высоких частотах. Кроме этого, конденсаторы обладают током утечки между обкладками, который эквивалентен включенному параллельно их выводам резистору, добавляющему свое паразитное воздействие к воздействию последовательно включенного сопротивления выводов и обкладок. К тому же, электролит не является идеальным проводником. Все эти сопротивления складываясь создают эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Конденсаторы, используемые в качестве развязок должны обладать малым ESR, поскольку последовательное сопротивление ограничивает эффективность подавления пульсаций и помех. Повышение рабочей температуры довольно значительно увеличивает эквивалентное последовательное сопротивление и может привести к ухудшению характеристик конденсатора. Поэтому, если предполагается использование алюминиевого электролитического конденсатора при повышенной рабочей температуре, то необходимо использовать конденсаторы соответствующего типа (105°С).

Выводы конденсатора также вносят свой вклад в увеличение паразитной индуктивности. Для малых значений емкости важно оставлять длину выводов короткой. Сочетание паразитных индуктивности и емкости может создать резонансный контур. Полагая, что выводы имеют индуктивность порядка 8 нГн на один сантиметр длины, конденсатор емкостью 0,01 мкФ с выводами длиной по одному сантиметру будет иметь резонансную частоту около 12,5 МГц. Этот эффект известен инженерам, которые десятилетия назад разрабатывали электронные вакуумные приборы. Тот, кто восстанавливает антикварные радиоприемники и не знает об этом эффекте, сталкивается с множеством проблем.

При использовании электролитических конденсаторов необходимо следить за правильным подключением. Положительный вывод должен быть подключен к более положительному постоянному потенциалу. Неправильное подключение приводит к протеканию через электролитический конденсатор постоянного тока, что может вывести из строя не только сам конденсатор, но и часть схемы.

В редких случаях разность потенциалов по постоянному току между двумя точками в схеме может менять свой знак. Это требует применения неполярных электролитических конденсаторов, внутренняя структура которых эквивалентна двум полярным конденсаторам, соединенным последовательно.

Индуктивности

Высокочастотные характеристики индуктивностей могут быть представлены эквивалентной схемой, приведенной на рисунке 7.

Реактивное сопротивление индуктивности описывается следующей формулой:

Следовательно, индуктивность 10 мГн будет обладать реактивным сопротивлением 628 Ом на частоте 10 кГц, а на частоте 100 МГц — сопротивлением 6,28 МОм. Верно?

В действительности, не существует индуктивности с реактивным сопротивлением 6,28 МОм. Природу возникновения паразитного сопротивления легко понять — витки катушки выполнены из провода, обладающего некоторым сопротивлением на единицу длины. Паразитная емкость воспринимается труднее до тех пор, пока не принять во внимание то, что следующий виток катушки расположен вплотную к предыдущему, и между близко расположенными проводниками возникает емкостная связь. Паразитная емкость ограничивает верхнюю рабочую частоту. Небольшие проволочные индуктивности начинают становиться неэффективными в диапазоне 10…100 МГц.

Печатная плата

Сама печатная плата обладает характеристиками рассмотренных выше пассивных компонентов, правда, не столь очевидными.

Рисунок проводников на печатной плате может быть как источником, так и приемником помех. Хорошая разводка проводников уменьшает чувствительность аналоговой схемы к излучению источников.

Печатная плата восприимчива к излучению, поскольку проводники и выводы компонентов образовывают своеобразные антенны. Теория антенн представляет собой достаточно сложный предмет для изучения и не рассматривается в этой статье. Тем не менее, некоторые основы здесь приводятся.

Немного из теории антенн

Одним из основных типов антенн является штырь или прямой проводник. Такая антенна работает, потому что прямой проводник обладает паразитной индуктивностью и поэтому может концентрировать и улавливать излучение от внешних источников. Полный импеданс прямого проводника имеет резистивную (активную) и индуктивную (реактивную) составляющие.

На постоянном токе или низких частотах преобладает активная составляющая. При повышении частоты реактивная составляющая становится все более и более значимой. В диапазоне от 1 кГц до 10 кГц индуктивная составляющая начинает оказывать влияние, и проводник более не является низкоомным соединителем, а скорее выступает как катушка индуктивности.

Формула для расчета индуктивности проводника печатной платы выглядит следующим образом:

Обычно, трассы на печатной плате обладают значениями от 6 нГн до 12 нГн на сантиметр длины. Например, 10-сантиметровый проводник обладает сопротивлением 57 мОм и индуктивностью 8 нГн на см. На частоте 100 кГц реактивное сопротивление становится равным 50 мОм, а на более высоких частотах проводник будет представлять собой скорее индуктивность, чем активное сопротивление.

Правило штыревой антенны гласит, что она начинает ощутимо взаимодействовать с полем при своей длине около 1/20 от длины волны, а максимальное взаимодействие происходит при длине штыря, равной 1/4 от длины волны. Поэтому 10-сантиметровый проводник из примера в предыдущем параграфе начнет становиться довольно хорошей антенной на частотах выше 150 МГц. Необходимо помнить, что несмотря на то, что генератор тактовой частоты цифровой схемы может и не работать на частоте выше 150 МГц, в его сигнале всегда присутствуют высшие гармоники. Если на печатной плате присутствуют компоненты со штыревыми выводами значительной длины, то такие выводы также могут служить антеннами.

Другой основной тип антенн — петлевые антенны. Индуктивность прямого проводника сильно увеличивается, когда он изгибается и становится частью дуги. Увеличивающаяся индуктивность понижает частоту, на которой начинает происходить взаимодействие антенны с линиями поля.

Опытные дизайнеры печатных плат, достаточно хорошо разбирающиеся в теории петлевых антенн, знают, что нельзя создавать петли для критичных сигналов. Некоторые разработчики, однако, не задумываются об этом, и проводники возвратного и сигнального тока в их схемах представляют собой петли. Создание петлевых антенн легко показать на примере (рис. 8). Кроме того, здесь показано и создание щелевой антенны.

Рассмотрим три случая:

Вариант A — пример скверного дизайна. В нем вовсе не используется полигон аналоговой земли. Петлевой контур формируется земляным и сигнальным проводником. При прохождении тока возникают электрическое и перпендикулярное ему магнитное поля. Эти поля образовывают основу петлевой антенны. Правило петлевой антенны гласит, что для наибольшей эффективности длина каждого проводника должна быть равно половине длины волны принимаемого излучения. Однако, следует не забывать, что даже при 1/20 от длины волны петлевая антенна все еще остается достаточно эффективной.

Вариант Б лучше варианта A, но здесь присутствует разрыв в полигоне, вероятно, для создания определенного места для разводки сигнальных проводников. Пути сигнального и возвратного токов образуют щелевую антенну. Другие петли образуются в вырезах вокруг микросхем.

Вариант В — пример лучшего дизайна. Пути сигнального и возвратного тока совпадают, сводя на нет эффективность петлевой антенны. Заметьте, что в этом варианте также присутствуют вырезы вокруг микросхем, но они отделены от пути возвратного тока.

Теория отражения и согласования сигналов находится близко к теории антенн.

Когда проводник печатной платы поворачивает на угол 90° может возникнуть отражение сигнала. Это происходит, главным образом, из-за изменения ширины пути прохождения тока. В вершине угла ширина трассы увеличивается в 1.414 раза, что приводит к рассогласованию характеристик линии передачи, особенно распределенной емкости и собственной индуктивности трассы. Довольно часто необходимо повернуть на печатной плате трассу на 90°. Многие современные CAD-пакеты позволяют сглаживать углы проведенных трасс или проводить трассы в виде дуги. На рисунке 9 показаны два шага улучшения формы угла. Только последний пример поддерживает постоянной ширину трассы и минимизирует отражения.

Совет для опытных разводчиков печатных плат: оставляйте процедуру сглаживания на последний этап работ перед созданием каплеобразных выводов и заливкой полигонов. Иначе, CAD-пакет будет производить сглаживание дольше из-за более сложных вычислений.

Паразитные эффекты печатной платы

Между проводниками печатной платы, находящимися на разных слоях, возникает емкостная связь, когда они пересекаются. Иногда это может создать проблему. Проводники, находящиеся друг над другом на смежных слоях, создают длинный пленочный конденсатор. Емкость такого конденсатора рассчитывается по формуле, приведенной на рисунке 10.

Например, печатная плата может обладать следующими параметрами:

• 4 слоя; сигнальный и слой полигона земли — смежные
• межслойный интервал — 0,2 мм
• ширина проводника — 0,75 мм
• длина проводника — 7,5 мм

Типовое значение диэлектрической постоянной ER для FR-4 равняется 4.5.

Видно, что происходит удвоение амплитуды выходного сигнала на частотах, близких к верхнему пределу частотного диапазона ОУ. Это, в свою очередь, может привести к генерации, особенно на рабочих частотах антенны (выше 180 МГц).

Этот эффект порождает многочисленные проблемы, для решения которых, тем не менее, существует много способов. Самый очевидный из них — уменьшение длины проводников. Другой способ — уменьшение их ширины. Нет причины применения проводника такой ширины для подводки сигнала к инвертирующему входу, т.к. по этому проводнику протекает очень небольшой ток. Уменьшение длины трассы до 2,5 мм, а ширины до 0,2 мм приведет к уменьшению емкости до 0,1 пФ, а такая емкость уже не приведет к столь значительному подъему частотной характеристики. Еще один способ решения — удаление части полигона под инвертирующим входом и проводником, подходящим к нему.

Инвертирующий вход операционного усилителя, особенно, высокоскоростного, в большой степени склонен к генерации в схемах с высоким коэффициентом усиления. Это происходит из-за нежелательной емкости входного каскада ОУ. Поэтому, крайне важно уменьшить паразитную емкость и располагать компоненты обратной связи настолько близко к инвертирующему входу насколько это возможно. Если, несмотря на принятые меры, происходит возбуждение усилителя, то необходимо пропорционально уменьшить сопротивления резисторов обратной связи для изменения резонансной частоты цепи. Также может помочь и увеличение резисторов, правда, значительно реже, т.к. эффект возбуждения зависит и от импеданса схемы. При изменении резисторов обратной связи нельзя забывать и об изменении емкости корректирующего конденсатора. Также нельзя забывать и о том, что при уменьшении сопротивлении резисторов увеличивается потребляемая мощность схемы.

Ширину проводников печатной платы невозможно бесконечно уменьшить. Предельная ширина определяется как технологическим процессом, так и толщиной фольги. Если два проводника проходят близко друг к другу, то между ними образуется емкостная и индуктивная связь (рис. 12).

Зависимости, описывающие эти паразитные эффекты, достаточно сложны, чтобы их приводить в этой статье, но их можно найти в литературе, посвященной линиям передачи и полосковым линиям.

Сигнальные проводники не должны разводиться параллельно друг другу, исключая случаи разводки дифференциальных или микрополосковых линий. Зазор между проводниками должен быть минимум в три раза больше ширины проводников.

Емкость между трассами в аналоговых схемах может создать затруднения при больших сопротивлениях резисторов (несколько МОм). Относительно большая емкостная связь между инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилителя легко может привести к самовозбуждению схемы.

Всякий раз, когда при разводке печатной платы появляется необходимость в создании переходного отверстия, т.е. межслойного соединения (рис. 13), необходимо помнить, что при этом возникает также паразитная индуктивность. При диаметре отверстия после металлизации d и длине канала h индуктивность можно вычислить по следующей приближенной формуле:

Например, при d=0,4 мм и h=1,5 мм (достаточно распространенные величины) индуктивность отверстия равна 1,1 нГн.

Имейте в виду, что индуктивность отверстия вместе с такой же паразитной емкостью формируют резонансный контур, что может сказаться при работе на высоких частотах. Собственная индуктивность отверстия достаточно мала, и резонансная частота находится где-то в гигагерцовом диапазоне, но если сигнал в течение своего пути вынужден проходить через несколько переходных отверстий, то их индуктивности складываются (последовательное соединение), а резонансная частота понижается. Вывод: старайтесь избегать большого числа переходных отверстий при разводке ответственных высокочастотных проводников аналоговых схем. Другое негативное явление: при большом количестве переходных отверстий в полигоне земли могут создаваться петлевые участки. Наилучшая аналоговая разводка — все сигнальные проводники располагаются на одном слое печатной платы.

Кроме рассмотренных выше паразитных эффектов существуют еще такие, которые связаны с недостаточно чистой поверхностью платы.

Помните, что, если в схеме присутствуют большие сопротивления, то особое внимание следует уделить очистке платы. На заключительных операциях изготовления печатной платы должны удаляться остатки флюса и загрязнений. В последнее время при монтаже печатных плат достаточно часто применяются водорастворимые флюсы. Являясь менее вредными, они легко удаляются водой. Но при этом отмывка платы недостаточно чистой водой может привести к дополнительным загрязнениям, которые ухудшают диэлектрические характеристики. Следовательно, очень важно производить отмывку печатной платы с высокоимпедансной схемой свежей дистиллированной водой.

Развязка сигналов

Как уже отмечалось, помехи могут проникать в аналоговую часть схемы через цепи питания. Для уменьшения таких помех применяются развязывающие (блокировочные) конденсаторы, уменьшающие локальный импеданс шин питания.

Если необходимо развести печатную плату, на которой имеются и аналоговая, и цифровая части, то необходимо иметь хотя бы небольшое представление об электрических характеристиках логических элементов.

Типовой выходной каскад логического элемента содержит два транзистора, последовательно соединенные между собой, а также между цепями питания и земли (рис. 14).

Эти транзисторы в идеальном случае работают строго в противофазе, т.е. когда один из них открыт, то в этот же момент времени второй закрыт, формируя на выходе либо сигнал логической единицы, либо логического нуля. В установившемся логическом состоянии потребляемая мощность логического элемента невелика.

Ситуация кардинально меняется, когда выходной каскад переключается из одного логического состояния в другое. В этом случае в течение короткого промежутка времени оба транзистора могут быть открыты одновременно, а ток питания выходного каскада сильно увеличивается, поскольку уменьшается сопротивление участка пути тока от шина питания до шины земли через два последовательно соединенных транзистора. Потребляемая мощность скачкообразно возрастает, а затем также убывает, что приводит к локальному изменению напряжения питания и возникновению резкого, кратковременного изменения тока. Такие изменения тока приводят к излучению радиочастотной энергии. Даже на сравнительно простой печатной плате может быть десятки или сотни рассмотренных выходных каскадов логических элементов, поэтому суммарный эффект от их одновременной работы может быть очень большим.

Невозможно точно предсказать диапазон частот, в котором будут находиться эти выбросы тока, поскольку частота их возникновения зависит от множества причин, в том числе и от задержки распространения переключений транзисторов логического элемента. Задержка, в свою очередь, также зависит от множества случайных причин, возникающих в процессе производства. Шум от переключений имеет широкополосное распределение гармонических составляющих во всем диапазоне. Для подавления цифрового шума существует несколько способов, применение которых зависит от спектрального распределения шума.

В таблице 2 представлены максимальные рабочие частоты для распространенных типов конденсаторов.

Таблица 2

Тип	Максимальная частота
алюминиевый электролитический	100 кГц
танталовый электролитический	1 МГц
слюдяной	500 МГц
керамический	1 ГГц

Из таблицы очевидно, что танталовые электролитические конденсаторы применяются для частот ниже 1 МГц, на более высоких частотах должны применяться керамические конденсаторы. Необходимо не забывать, что конденсаторы имеют собственный резонанс и их неправильный выбор может не только не помочь, но и усугубить проблему. На рисунке 15 показаны типовые собственные резонансы двух конденсаторов общего применения — 10 мкФ танталового электролитического и 0,01 мкФ керамического.

Реальные характеристики могут отличаться у различных производителей и даже от партии к партии у одного производителя. Важно понимать, что для эффективной работы конденсатора подавляемые им частоты должны находиться в более низком диапазоне, чем частота собственного резонанса. В противном случае характер реактивного сопротивления будет индуктивным, а конденсатор перестанет эффективно работать.

Не стоит заблуждаться относительно того, что один 0,1 мкФ конденсатор будет подавлять все частоты. Небольшие конденсаторы (10 нФ и менее) могут работать более эффективно на более высоких частотах.

Развязка питания ИС

Развязка питания интегральных схем с целью подавления высокочастотного шума состоит в применении одного или нескольких конденсаторов, подключенных между выводами питания и земли. Важно, чтобы проводники, соединяющие выводы с конденсаторами, были короткими. Если это не так, то собственная индуктивность проводников будет играть заметную роль и сводить на нет выгоды от применения развязывающих конденсаторов.

Развязывающий конденсатор должен быть подключен к каждому корпусу микросхемы, независимо от того, сколько операционных усилителей находится внутри корпуса — 1, 2 или 4. Если ОУ питается двухполярным питанием, то, само собой разумеется, что развязывающие конденсаторы должны располагаться у каждого вывода питания. Значение емкости должно быть тщательно выбрано в зависимости от типа шума и помех, присутствующих в схеме.

В особо сложных случаях может появиться необходимость добавления индуктивности, включенной последовательно с выводом питания. Индуктивность должна располагаться до, а не после конденсаторов.

Другим, более дешевым способом является замена индуктивности резистором с малым сопротивлением (10…100 Ом). При этом вместе с развязывающим конденсатором резистор образует низкочастотный фильтр. Этот способ уменьшает диапазон питания операционного усилителя, который к тому же становится более зависимым от потребляемой мощности.

Обычно для подавления низкочастотных помех в цепях питания бывает достаточно применить один или несколько алюминиевых или танталовых электролитических конденсаторов у входного разъема питания. Дополнительный керамический конденсатор будет подавлять высокочастотные помехи от других плат.

Развязка входных и выходных сигналов

Множество шумовых проблем является результатом непосредственного соединения входных и выходных выводов. В результате высокочастотных ограничений пассивных компонентов реакция схемы на воздействие высокочастотного шума может быть достаточно непредсказуемой.

В ситуации, когда частотный диапазон наведенного шума в значительной степени отличается от частотного диапазона работы схемы, решение просто и очевидно — размещение пассивного RC-фильтра для подавления высокочастотных помех. Однако, при применении пассивного фильтра надо быть осторожным: его характеристики (из-за неидеальности частотных характеристик пассивных компонентов) утрачивают свои свойства на частотах, в 100. ..1000 раз превышающих частоту среза (f3db). При использовании последовательно соединенных фильтров, настроенных на разные частотные диапазоны, более высокочастотный фильтр должен быть ближайшим к источнику помех. Индуктивности на ферритовых кольцах также могут применяться для подавления шума; они сохраняют индуктивный характер сопротивления до некоторой определенной частоты, а выше их сопротивление становится активным.

Наводки на аналоговую схему могут быть настолько большими, что избавиться (или, по крайней мере, уменьшить) от них возможно только с помощью применения экранов. Для эффективной работы они должны быть тщательно спроектированы так, чтобы частоты, создающие наибольшие проблемы, не смогли попасть в схему. Это означает, что экран не должен иметь отверстия или вырезы с размерами, большими, чем 1/20 длины волны экранируемого излучения. Хорошая идея отводить достаточное место под предполагаемый экран с самого начала проектирования печатной платы. При использовании экрана можно дополнительно использовать ферритовые кольца (или бусинки) для всех подключений к схеме.

Корпуса операционных усилителей

В одном корпусе обычно размещаются один, два или четыре операционных усилителя (рис. 16).

Одиночный ОУ часто также имеет дополнительные входы, например,  для регулировки напряжения смещения. Сдвоенные и счетверенные ОУ имеют лишь инвертирующий и неинвертирующий входы и выход. Поэтому при необходимости иметь дополнительные регулировки надо применять одиночные операционные усилители. При использовании дополнительных выводов необходимо помнить, что по своей структуре они являются вспомогательными входами, поэтому управление ими должно осуществляться аккуратно и в соответствии с рекомендациями производителя.

В одиночном ОУ выход располагается на противоположной стороне от входов. Это может создать затруднение при работе усилителя на высоких частотах из-за протяженных проводников обратной связи. Один из путей преодоления этого состоит в размещении усилителя и компонентов обратной связи на разных сторонах печатной платы. Это, однако, приводит к как минимум двум дополнительным отверстиям и вырезам в полигоне земли. Иногда стоит использовать сдвоенный ОУ для разрешения данной проблемы, даже если второй усилитель не используется (при этом его выводы должны быть подключены должным образом). Рисунок 17 иллюстрирует уменьшение длины проводников цепи обратной связи для инвертирующего включения.

Сдвоенные ОУ особенно часто используются в стереофонических усилителях, а счетверенные — в схемах многокаскадных фильтров. Однако, в этом есть довольно значительный минус. Несмотря на то, что современная технология обеспечивает приличную изоляцию между сигналами усилителей, расположенных на одном кремниевом кристалле, между ними все же существуют некоторые перекрестные помехи. Если необходимо иметь очень малую величину таких помех, то необходимо использовать одиночные операционные усилители. Перекрестные помехи возникают не только при использовании сдвоенных или счетверенных усилителей. Их источником может служить очень близкое расположение пассивных компонентов разных каналов.

Сдвоенные и счетверенные ОУ, кроме вышесказанного, позволяют осуществить более плотный монтаж. Отдельные усилители как бы зеркально расположены друг относительно друга (рис. 18).

На рисунках 17 и 18 показаны не все подключения, требуемые для нормальной работы, например, формирователь среднего уровня при однополярном питании. На рисунке 19 приведена схема такого формирователя при использовании счетверенного усилителя.

На схеме показаны все необходимые подключения для реализации трех независимых инвертирующих каскадов. Необходимо обратить внимание на то, что проводники формирователя половины напряжения питания располагаются непосредственно под корпусом интегральной схемы, что позволяет уменьшить их длину. Этот пример иллюстрирует не то, как должно быть, а то, что должно быть сделано. Напряжение среднего уровня, например, могло бы быть единым для всех четырех усилителей. Пассивные компоненты могут быть соответствующего размера. Например, планарные компоненты типоразмера 0402 соответствуют расстоянию между выводами стандартного корпуса SO. Это позволяет сделать длину проводников очень короткой для высокочастотных приложений.

Типы корпусов операционных усилителей включают в себя, в основном, DIP (dual-in-line) и SO (small-outline). Вместе с уменьшением размера корпуса уменьшается и шаг выводов, что позволяет применять меньшие по размеру пассивные компоненты. Уменьшение размеров схемы в целом уменьшает паразитные индуктивности и позволяет работать на более высоких частотах. Однако это приводит также к возникновению более сильных перекрестных помех из-за увеличения емкостной связи между компонентами и проводниками.

Объемный и поверхностный монтаж

При размещении операционных усилителей в корпусах типа DIP и пассивных компонентов с проволочными выводами требуется наличие на печатной плате переходных отверстий для их монтажа. Такие компоненты в настоящее время используются, когда нет особых требований к размерам печатной платы; обычно они стоят дешевле, но стоимость печатной платы в процессе изготовления возрастает из-за сверловки дополнительных отверстий под выводы компонентов.

Кроме того, при использовании навесных компонентов увеличиваются размеры платы и длины проводников, что не позволяет работать схеме на высоких частотах. Переходные отверстия обладают собственной индуктивностью, что также накладывает ограничения на динамические характеристики схемы. Поэтому навесные компоненты не рекомендуется применять для реализации высокочастотных схем или для аналоговых схем, размещенных поблизости с высокоскоростными логическими схемами.

Некоторые разработчики, пытаясь уменьшить длину проводников, размещают резисторы вертикально. С первого взгляда может показаться что, это сокращает длину трассы. Однако при этом увеличивается путь прохождения тока по резистору, а сам резистор представляет собой петлю (виток индуктивности). Излучающая и принимающая способность возрастает многократно.

При поверхностном монтаже не требуется размещения отверстия под каждый вывод компонента. Однако возникают проблемы при тестирования схемы, и приходится использовать переходные отверстия в качестве контрольных точек, особенно при применении компонентов малого типоразмера.

Неиспользуемые секции оу

При использовании сдвоенных и счетверенных операционных усилителей в схеме некоторые их секции могут остаться незадействованными и должны быть в этом случае корректно подключены. Ошибочное подключение может привести к увеличению потребляемой мощности, большему нагреву и большему шуму используемых в этом же корпусе ОУ. Выводы неиспользуемых операционных усилителей могут быть подключены так, как изображено на рис. 20а. Подключение выводов с дополнительными компонентами (рис. 20б) позволит легко использовать этот ОУ при наладке.

Заключение

Помните следующие основные моменты и постоянно соблюдайте их при проектировании и разводке аналоговых схем.

Общие:

• думайте о печатной плате как о компоненте электрической схемы
• имейте представление и понимание об источниках шума и помех
• моделируйте и макетируйте схемы

Печатная плата:

• используйте печатные платы только из качественного материала (например, FR-4)
• схемы, выполненные на многослойных печатных платах, на 20 дБ менее восприимчивее к внешним помехам, чем схемы, выполненные на двухслойных платах
• используйте разделенные, неперекрывающиеся полигоны для различных земель и питаний
• располагайте полигоны земли и питания на внутренних слоях печатной платы.

Компоненты:

• осознавайте частотные ограничения, вносимые пассивными компонентами и проводниками платы
• старайтесь избегать вертикального размещения пассивных компонентов в высокоскоростных схемах
• для высокочастотных схем используйте компоненты, предназначенные для поверхностного монтажа
• проводники должны быть чем короче, тем лучше
• если требуется большая длина проводника, то уменьшайте его ширину
• неиспользуемые выводы активных компонентов должны быть правильно подключены

Разводка:

• размещайте аналоговую схему вблизи разъема питания
• никогда не разводите проводники, передающие логические сигналы, через аналоговую область платы, и наоборот
• проводники, подходящие к инвертирующему входу ОУ, делайте короткими
• удостоверьтесь, что проводники инвертирующего и неинвертирующего входов ОУ не располагаются параллельно друг другу на большом протяжении
• старайтесь избегать применения лишних переходных отверстий, т. к. их собственная индуктивность может привести к возникновению дополнительных проблем
• не разводите проводники под прямыми углами и сглаживайте вершины углов, если это возможно

Развязка:

• используйте правильные типы конденсаторов для подавления помех в цепях питания
• для подавления низкочастотных помех и шумов используйте танталовые конденсаторы у входного разъема питания
• для подавления высокочастотных помех и шумов используйте керамические конденсаторы у входного разъема питания
• используйте керамические конденсаторы у каждого вывода питания микросхемы; если необходимо, используйте несколько конденсаторов для разных частотных диапазонов
• если в схеме происходит возбуждение, то необходимо использовать конденсаторы с меньшим значением емкости, а не большим
• в трудных случаях в цепях питания используйте последовательно включенные резисторы малого сопротивления или индуктивности
• развязывающие конденсаторы аналогового питания должны подключаться только к аналоговой земле, а не к цифровой

Автор:Bruce Carter
Перевод статьи Op Amps For Everyone, chapter 17
Circuit Board Layout Techniques
Design Reference, Texas Instruments, 2002

Как быстро нарисовать схему в EasyEDA

Это пошаговое руководство с большим количеством скриншотов рассчитано, в первую очередь на тех, кто только начинает знакомится с электроникой, либо не использовал EasyEDA ранее, однако, надеюсь, что и профи смогут почерпнуть что-то полезное. Все скриншоты уменьшены для удобства чтения статьи с мобильных устройств, но кликабельны для отображения в бОльшем размере. Это не перевод оригинального туториала, а лишь скромная попытка автора поделиться своими собственными первыми шагами в освоении EasyEDA.

Какие возможности предоставляет EasyEDA

Чем еще примечателен сервис EasyEDA

С чего начать работу в EasyEDA

Переключение интерфейса на русский язык в EasyEDA

Создание нового проекта в EasyEDA

Создание новой схемы в проекте EasyEDA

Основные приемы редактирования схем в EasyEDA

Добавление компонентов в схему EasyEDA

Различные подходы в проектировании схем

Соединение компонентов схемы

Сохранение схемы в EasyEDA

Как поделиться своим проектом с другими

Как скопировать чужой публичный проект себе в EasyEDA

Предоставление доступа к проекту в EasyEDA

Заключение

---

Какие возможности предоставляет EasyEDA

EasyEDA – это кроссплатформенный комплекс, предназначенный для разработки электрических принципиальных схем, автоматизированной разводки печатных плат и предоставляет возможность осуществить заказ на изготовление ваших плат. Возможно, что вас заинтересует и симулятор электронных схем, который тоже входит в список бесплатных услуг, предоставляемых EasyEDA. В состав EasyEDA входит:

• редактор электрических схем, компонентов и готовых модулей с обширной автоматически обновляемой библиотекой, содержащей сотни тысяч комплектующих, символы компонентов как в американском, так и в привычном нам, европейском форматах. Вы можете как создавать собственные компоненты и модули, так и редактировать существующие
• трассировщик, редактор топологии (проводящего рисунка) печатных плат
• симулятор схем (модули ESP8266, конечно же, не поддаются симуляции), движок симулятора от ngspice
• просмотрщик файлов формата Gerber
• изготовление печатных плат по демократичным ценам (9,8$ за 10шт. +доставка в РФ — 6,6$ (получается 1,64$ за 2-х стороннюю плату размером 50×50мм с учетом доставки — для меня уж лучше подождать доставку, чем возиться с химией, да и качество ЛУТ уже не устраивает)

Заказ плат на EasyEDA не является обязательным условием использования этого сервиса и вы вполне можете либо не заказывать платы вообще, либо заказать их у любого изготовителя по вашему выбору (есть бесплатный экспорт плат в формате Gerber).

Сервис бесплатный (техподдержка отвечает в течение 48 часов по email на английском), с возможностью получить более быструю техподдержку (время ответа до 24 часов по электронной почте, и техподдержка по телефону) и скидку до 10% на заказ плат при использовании платной подписки.

Кроме того, представитель EasyEDA обещает отвечать на вопросы наших пользователей (к сожалению, только на английском языке), касающихся выполнения заказов на изготовление плат на нашем форуме в специальном разделе.

Бесплатный тариф не накладывает ограничений на размеры платы, количество слоев или контактных площадок.

Для подавляющего большинства пользователей вполне будет достаточно возможностей, предоставляемых на бесплатном тарифе. Более подробно с тарифами вы можете ознакомиться здесь.

В настоящий момент EasyEDA русифицирован примерно на 90%, что позволяет вполне комфортно работать людям, предпочитающим локализованные версии. Неполная русификация, видимо, объясняется тем, что перевод на русский язык был осуществлен некоторое время назад и новые, либо переделанные фичи оказались на английском. Для меня это даже хороший знак — это показывает, что сервис не умирает и хозяева его не бросили, раз он развивается. А десяток-другой английских фраз мы можем и потерпеть.

Очень важной считаю возможность использования сервиса в коммерческих проектах и совместной работе над одним проектом командой разработчиков, которая предоставляется даже на бесплатном тарифе. Можно предоставить и read-only доступ, например, студент может предоставить доступ на просмотр своего проекта своему преподавателю, оставляя свой проект недоступным для других пользователей.

Количество проектов (как приватных так и публичных) на бесплатном тарифе не лимитируется, что меня тоже очень порадовало.

Форум проекта живой, и на нем реально получить помощь (жаль, что нет русскоязычной техподдержки). Разработчики отвечают на багрепорты и предложения по расширению функционала (на английском и китайском языках).

Меня впечатлила возможность вставлять в свои сообщения на форуме скриншоты прямо из буфера обмена (эта фича работает только в хроме), что очень удобно для общения с техподдержкой.

Чем еще примечателен сервис EasyEDA

EasyEDA — это не программа на вашем компьютере, а облачный сервис в интернете, а это значит что вы можете его использовать на компьютере с любой операционной системой. Соответственно, для работы не нужно устанавливать какие-либо программы и библиотеки — необходим только браузер и доступ в интернет (разработчики EasyEDA обещают выпустить программу для работы оффлайн, которая не будет требовать подключения к сети интернет).

Ваши проекты будут хранится в облаке (бесплатно) и вы сможете получить к ним доступ из любой точки земного шара с любого компьютера или даже смартфона или планшета.

EasyEDA работает в большинстве популярных браузеров, но максимальные возможности вы получите, если будете использовать Google Chrome. Разумеется, что Firefox тоже поддерживается (кстати, скриншоты к этой статье я делал как в хроме, так и Firefox). На Safari существуют определенные проблемы, поэтому инженеры EasyEDA рекомендуют пользователям MAC и iPhone использовать хром при работе с их сервисом.

Скорость прорисовки схем и плат в браузере меня тоже впечатлила — даже большие проекты прорисовываются без ощутимых тормозов. Разработчики сообщают, что максимальная скорость рендеринга обеспечивается в Chrome, а Firefox будет чуть медленнее, но показывает вполне приемлемые результаты.

С чего начать работу в EasyEDA

Начать лучше с регистрации, чтобы созданный проект был привязан к вашему аккаунту и никуда не потерялся. Регистрация проходит по типичному сценарию.

Переходим на сайт EasyEDA

Переходим на русскоязычную версию сайта EasyEDA и жмем кнопку Login (я уже писал, что перевод на русский язык осуществлен примерно на 90%)

Регистрационная форма EasyEDA

и заполняем регистрационную форму слева своими данными: ваш ник на сервисе, пароль не менее 6 символов и ваш адрес электронной почты. Галочка должна быть отмечена и означает что вы соглашаетесь с условиями использования сервиса. Term of Service на русский не переведено, но я почитал — там все стандартное: они никому не передают ваши данные, вам будет показана реклама и бла-бла-бла. Как все заполните — жмите Register. Понятно, что в последующем, для входа на сервис, вы заполняете уже форму справа теми же данными, что и при регистрации. Вход через Google работает с глюками, в настоящее время использовать не рекомендую. QQ — это китайский мессенджер, так что если вы в нем не зарегистрированы, то можете не обращать внимания.

Практически сразу на почту приходит письмо, в котором нужно кликнуть по ссылке для подтверждения вашего адреса электронной почты.

Письмо с подтверждением адреса электронной почты в EasyEDA

На этом этапе все — регистрация завершена.

Переключение интерфейса на русский язык в EasyEDA

Переключение интерфейса EasyEDA на русский язык

Переключения интерфейса EasyEDA на русский язык осуществляется непосредственно в редакторе. Можете перейти по прямой ссылке в редактор, кликнуть в правом верхнем углу по своему нику, в появившемся меню, в самом низу, выбрать Language, затем Russian

Создание нового проекта в EasyEDA

Проект в EasyEDA — это совокупность схем и данных о разметке вашей платы. Так что если вы планируете даже просто нарисовать схему, то вы должны создать новый проект и уже в нем создать новую схему. Это может показаться лишним действием, однако приучит вас к порядку раскладывать все по папочкам. У вас же не лежат все документы на рабочем столе без папок? Или все таки да 🙂

Новый проект можно создать «с нуля» или склонировать у кого-то уже существующий (как это сделать будет показано ниже). Также кто-то может предоставить вам доступ к своему проекту для совместной работы.

Создание вашего первого проекта в EasyEDA

Для создания вашего первого проекта «с нуля» нужно перейти в редактор и там создать новый проект кнопкой слева вверху. В дальнейшем вы можете создавать новые проекты прямо с главной страницы EasyEDA.

Создание нового проекта в EasyEDA

Далее вам предлагается ввести название проекта и указать: будет ли ваш проект публичным (проект будет доступе в поиске и кто угодно сможет его склонировать себе в редактор и производить над копией любые действия), либо ваш проект будет приватным и посторонние не получат к нему доступа до тех пор, пока вы этого не захотите. Публичность/приватность проекта можно менять в последующем неограниченное количество раз.

Задайте подробное описание вашего проекта в поле Description.

Выберите тип вашего проекта: приватный или публичный

Создание новой схемы в проекте EasyEDA

Создадим новую схему в нашем проекте — это можно сделать «с нуля» (ссылка справа на скриншоте), из шаблона (ссылка слева) или из внешнего файла (ищите импорт в меню). Тут вас ожидает приятный сюрприз: в системе уже есть шаблон схемы с минимальной обвязкой для модуля ESP8266 (ссылка слева на скриншоте). Вы можете создавать собственные шаблоны для последующего быстрого старта проектирования однотипных схем, что может оказаться весьма полезным.

Создание новой схемы в EasyEDA

При создании новой схемы по правой ссылке, вы создаете схему не совсем «с нуля», как я вам сообщил выше. Вам будет предложено нарисовать новую схему в рамке, по буржуйским стандартам

Новая схема в буржуйской рамке в EasyEDA

Возможность сделать рамку по ГОСТу, я думаю тоже есть, если самому нарисовать для нее собственный шаблон и начинать каждую новую схему уже с него. Может быть это уже кто-то и сделал, а вам осталось лишь «форкнуть» этот проект.

Схемы и библиотеки в проект можно импортировать из файлов на вашем компьютере, поддерживаются популярные форматы:

Импортирование схем и библиотек в EasyEDA

Мы, для примера, создадим новую схему из шаблона для ESP8266.

Основные приемы редактирования схем в EasyEDA

В редакторе схем EasyEDA отсутствуют полосы прокрутки (как горизонтальная, так и вертикальная). Вот так — совсем их нет (хотя в оригинальном туториале они присутствуют на скриншотах, значит были в предыдущих версиях движка). Если вы знаете как их включить сейчас — дайте мне знать, вдруг пригодится. Сначала я нашел отсутствие полос прокрутки очень неудобным, но быстро привык и теперь не замечаю их отсутствия.

Вы можете передвигать всю схему или только один выбранный компонент стрелками на клавиатуре. Мне показалось более удобным перетягивать всю схему мышью, зажав правую кнопку.

Мне очень понравилось плавное стократное (10000%) масштабирование схемы. Четко прорисованная, во всех деталях векторная графика масштабируется без потери качества. Впечатляет, что это реализовано прямо в браузере — респект разработчикам.

Масштабирование «по ширине листа», как в MS Word, можно сделать через верхнее меню, как мы привыкли, или нажатием горячей клавиши K в английской раскладке

Масштабирование (zoom) в EasyEDA

Увеличение любой области происходит легко: нужно сначала навести на эту область указатель мыши и прокрутить колесико скроллинга мыши вперед. Аналогично и уменьшение.

Добавление компонентов в схему EasyEDA

Подключим к ESP8266 светодиод. В качестве шпаргалки воспользуемся замечательным наглядным пособием Arduino Basic Connections — подключение всего в картинках v 2.0 Если вы новичок и еще не видели этот документ, то рекомендую сделать его вашей настольной книгой, чтобы избежать множества граблей, которые подстерегают начинающих радиолюбителей. Также хочу вам сообщить, что и ESP8266 и ATMEGA на Arduino являются микроконтроллерами и принципы подключения к ним периферии одни и те же, поэтому вы можете смело использовать рекомендации по Arduino для ESP8266, при этом не забывайте о том, что:

• Arduino бывают как 5-ти вольтовые, так и 3.3, а ESP8266 только 3,3
• Порты Arduino выдерживают ток до 40мА, а ESP8266 — только 12мА

Подключение светодиода к выходу микроконтроллера

Возьмем из шпаргалки левый вариант, где мы видим, что для подключения светодиода нам нужен резистор и питание. При низком уровне на выходе GPIO светодиод будет включаться, а при высоком выключаться.

Скопируем элемент VCC из левой части схемы: левый клик мышью на элементе (не промахнитесь — вам нужна и надпись VCC и «частичка провода»), затем Копировать на панели инструментов и там же Вставить — эта процедура абсолютно аналогична действиям в обычном текстовом редакторе. Вставляемый элемент «прилипнет» к указателю мыши и вы вставляете его в правую часть схемы в свободное место кликом мыши.

Копирование и вставка в EasyEDA

Добавим резистор из Библиотеки EasyEDA

Выбираем привычный нам «европейский» символ компонента в EasyEDA

Различные подходы в проектировании схем

Сейчас мы должны подключить все это к одному из GPIO нашего модуля ESP8266 и тут можно пойти разными путями. Можно сделать по-старинке и соединить на схеме наши светодиод и резистор с выходом GPIO модуля на левой части схемы — именно так раньше и делали (многие продолжают делать так и сейчас, и не только в России). Получаются вот такие схемы:

Схема радиоприемника Спидола-230

Но из зарубежья к нам пришло новое веянье — схемы, оформленные по-другому:

Схема Wemos D1 mini PRO 128Mbit (16 Мегабайт)

Такие схемы оформлены более модульно, не загромождены множеством соединительных линий от края до края. Соединение модулей производится через именованные электрические связи (проводники) с соответствующей маркировкой. Такие схемы менее привычны и некоторые радиолюбители считают, что они не позволяют увидеть сразу все детали. Попробуйте ответить на вопрос: какие элементы подключены к VCC на этой схеме? Можно легко упустить из виду какой-то модуль. Однако, если вы планируете выходить на международный рынок — не обязательно продавать что-либо, даже если вы просто размещаете свой проект в публичный доступ, то имеет смысл задуматься над выбором, и, возможно, сделать схему в современном виде, общепринятом в международном сообществе. Однако, это остается, безусловно, на ваше усмотрение.

Соединение компонентов схемы

Для соединения светодиода с одним из выводов ESP8266 (например, GPIO2) нужно перейти из режима отображения набора атрибутов элемента в режим Менеджер разработки

Кнопка перехода в режим менеджера разработки в EasyEDA

В менеджере (справа) нужно найти группу Nets и в ней GPIO2

Выбор проводника (цепи) в EasyEDA

при этом в левой части вашей схемы GPIO2 на ESP8266 станет выделен красным цветом — его нужно скопировать и вставить в правую часть схемы.

Осталось только соединить элементы между собой — для этого просто тянем за край контакта и соединяем линию со следующим элементом. В результате у вас должно получиться следующее:

Схема подключения светодиода к ESP8266

Сохранение схемы в EasyEDA

Сохранение схемы в EasyEDA

Сохранение схемы в EasyEDA

Как поделиться своим проектом с другими

Если вы сделали публичный проект, то сможете им поделиться с другими

Как поделиться проектом в EasyEDA

Начнем снизу: третья ссылка ведет на PNG файл вашей схемы — вы можете вставлять эту ссылку на форумах, посылать ее по электронной почте, вставлять в сообщения в социальных сетях. Вот ссылка на наш демо проект.

Вторая ссылка предназначена лично для вас — вы можете поместить ее в закладки браузера для быстрого перехода в режим редактирования этой схемы.

Самая верхняя, первая ссылка ведет на страницу проекта. Вот так выглядит наш проект для других пользователей

Публичный проект в EasyEDA

Как скопировать чужой публичный проект себе в EasyEDA

Поиск публичных проектов в EasyEDA

В разделе Ресурсы вы найдете множество публичных проектов, компонентов и модулей, которые вы можете скопировать себе, внести собственные правки и использовать в дальнейшем. На момент написания статьи поиск по проектам не работает, разработчики это уже знают и обещают исправить в ближайшее время (поиск по модулям и компонентам работает). Вы можете пользоваться поиском по популярным тегам (на скриншоте проекты с тегом Arduino Based)

Любой публичный проект вы можете скопировать себе («форкнуть») и он станет доступен для редактирования в вашем списке проектов в редакторе

Как форкнуть публичный проект в EasyEDA

Публичный проект уже в редакторе

Предоставление доступа к проекту в EasyEDA

По умолчанию все ваши проекты будут приватными (напоминаю, что в EasyEDA, в отличии от других, не существует ограничения на количество приватных проектов). Для совместной работы над проектом вы можете предоставить доступ своему коллеге (коллегам). Вы можете предоставить доступ только для чтения (read-only) или полный (read/write) конкретному пользователю, для этого нужно кликнуть правой кнопкой мыши по названию проекта и ввести адрес электронной почты, на который зарегистрирован аккаунт EasyEDA вашего коллеги.

Предоставление доступа к проекту EasyEDA

Предоставление доступа к проекту конкретному пользователю в EasyEDA

Заключение

Эта статья получилась слишком большой и я искренне благодарен тем, кто смог дочитать ее до конца. Даже в этом объеме мне не удалось рассказать о многих интересных возможностях EasyEDA. Возможно, это получится в следующих материалах.

В целом, впечатление от EasyEDA у меня сложилось очень положительное, несмотря на некоторые недостатки,  которые меня огорчили. Я вспоминаю те времена, когда я начал осваивать DeepTrace, и потратил намного больше времени на свою первую схему. Здесь же все оказалось много проще, при достаточно широких возможностях. Так что я плюсую EasyEDA.

Мне импонирует дух open source, которым пропитан сервис EasyEDA — это и публичные проекты и легкость их использования и открытый формат файлов выгрузки проектов, о котором мне не удалось рассказать в этой статье. Этакий гитхаб, только не для программ, а для плат. Кстати, поддержка контроля версий плат была бы очень кстати 🙂

P.S.

Не скрывая сообщаю, что EasyEDA оказали поддержку нашему сайту и форуму (частично компенсировали мои личные расходы на VDS на котором для вас работают этот сайт и форум), и, в качестве благодарности, я разместил ссылки на сервис EasyEDA на сайте и форуме esp8266.ru. Могу вас заверить, что данный факт никоим образом не повлиял на объективность данного материала и какой-либо другой информации, размещенной у нас о сервисе EasyEDA.com

Ваш IoT евангелист, Виктор Бруцкий aka 4refr0nt.

Обсуждение этой статьи на нашем форуме

sPlan 6 — Рисовалка плат

МЕНЮ ФОРУМ ЭЛВО ЧАЙНИКАМ НОВОСТИ ПИТАНИЕ СПРАВКА ЗАРЯДКИ ТЕСТЕРЫ СОВЕТЫ РЕМОНТ СХЕМЫ КНИГИ РАДИО СОФТ АВТО ЗВУК GSM LED ПК МК

РАДИОЛЮБИТЕЛЬСКИЕ КНИГИ, СХЕМЫ И ПРОГРАММЫ ТУТ МОЖНО БЕСПЛАТНО СКАЧАТЬ [ Скачать с сервера (1.77 Mb) ] sPlan 6 — Отличная программа для создания и рисования печатных плат.  Бесплатная скачка программы по прямой ссылке доступна всем пользователям нашего сайта. SMD КОРПУСА ДЕТАЛЕЙ: ФОТО И РАЗМЕРЫ Таблица различных типов корпусов SMD планарных радиодеталей. Есть размеры виды под несколько стандартов. ТЕЛЕВИЗОР ИЗ МОНИТОРА       Если Вы купили новый LSD монитор, но не знаете куда деть старый ящик CRT — эта статья для Вас. ИЗМЕРИТЕЛЬ УГАРНОГО ГАЗА СО      Цифровой Co-метр — контроль состояния воздуха с помощью самодельного микроконтроллерного прибора на базе датчика TGS 2442. ГОЛОВНЫЕ УСТРОЙСТВА В АВТОМОБИЛЬНОЙ АУДИОСИСТЕМЕ      Характеристика и элементы головных мультимедийных устройств в авто. ЛАМПЫ НА СВЕТОДИОДАХ      Преспективы развития и внедрения светодиодных технологий и осветительных LED приборов. СХЕМА SUZUKI       Схема и описание электропроводки автомобилей SUZUKI.

Лабораторный БП 0-30 вольт Драгметаллы в микросхемах Металлоискатель с дискримом Ремонт фонарика с АКБ Восстановление БП ПК ATX Кодировка SMD деталей

Самое мощное программное обеспечение для компоновки печатных плат для идеального дизайна

Чтобы справиться с постоянно растущими сложностями современных требований к маршрутизации, требуется программное обеспечение для компоновки плат, которое может не отставать. Когда вчерашние инструменты больше не работают, вернитесь на путь продуктивного проектирования сегодня с помощью самого мощного программного обеспечения для проектирования печатных плат. Если вам нужно мощное программное обеспечение для компоновки плат, вам необходимо легко выполнить следующие задачи:

• Визуально и легко управлять медными разливами печатной платы
• Спокойствие Компоновка печатной платы с конструкцией, управляемой ограничениями
• Экономия производственных затрат за счет простой в использовании панелизации
• Оптимизация предварительной трассировки платы с динамическим размещением смарт-объектов
• Определение нескольких стеков, жестких и гибких областей и планирование производства печатных плат

Все эти и многие другие функции вы найдете в Altium Designer, самом мощном и интуитивно понятное программное обеспечение для макета платы.

ALTIUM DESIGNER

Самое мощное и простое в использовании программное обеспечение для компоновки плат для проектирования электроники.

Разработчики печатных плат часто сталкиваются с трудной задачей: своевременно предоставлять высококачественные проекты с помощью устаревшего и неполного программного обеспечения для проектирования. Похоже на то, что вам, как дизайнеру печатных плат, приходится иметь дело? В большинстве пакетов программного обеспечения для компоновки плат отсутствуют важные инструменты проектирования, или эти инструменты трудно использовать. Если это похоже на вашу программу компоновки плат, вам следует взглянуть на передовые особенности проектирования печатных плат в Altium Designer.

Вместо того, чтобы работать со вчерашними инструментами дизайна, вам нужно иметь возможность быстро импортировать плату в новый макет. Вам нужно легко настроить правила проектирования, которые помогут вам уверенно размещать компоненты. Вы должны быть уверены в инструментах трассировки последнего поколения, которые помогут вам завершить разработку. Вам нужна расширенная функциональность, позволяющая работать с несколькими платами в одной сборке. Вам необходимо проверить распределение мощности и целостность сигнала в вашем проекте. Вы найдете все эти и многие другие функции в Altium Designer, самом мощном в мире программном обеспечении для компоновки плат.

Первое, что вам понадобится перед созданием топологии, — это редактор схем. Вам нужно будет спроектировать свои схемы в редакторе схем и импортировать компоненты в новую печатную плату с помощью встроенного инструмента захвата схем. Маршрутизация трассировки является краеугольным камнем компоновки инструментов проектирования печатных плат, и ни одна работа не будет завершена без соединения компонентов со следами в компоновке печатной платы.

Altium Designer включает в себя комбинацию инструментов проектирования печатных плат, которые предназначены для совместной работы в одной среде. В дополнение к процедурам ручной и автоматической маршрутизации, которые вы ожидаете от инструментов проектирования печатных плат, Altium Designer включает модуль ActiveRoute.Этот управляемый пользователем автоматический маршрутизатор создает сверхточную трассировку трассировки, соответствующую вашим правилам проектирования. Когда вы закончите свою компоновку, вы можете использовать функции документации в Altium Designer для подготовки к производству печатной платы.

Мощные функциональные возможности для усовершенствованного проектирования печатных плат

Для усовершенствованных печатных плат требуются более мощные средства проектирования печатных плат, чем те, которые вы найдете в бесплатном программном обеспечении для проектирования печатных плат. Когда вы имеете дело с сборками из нескольких плат и разводкой с высокой плотностью, ваши инструменты проектирования печатных плат должны помочь вам ускорить проектирование и быстро создавать новые печатные платы без использования нескольких программ.С помощью Altium Designer вы можете определить несколько плат в редакторе схем и быстро направить высокоскоростные проекты с помощью расширенных инструментов проектирования печатных плат. Ни одно другое программное обеспечение для проектирования не обеспечивает такого уровня функциональности.

Функции редактора схем и компоновки печатных схем в Altium Designer.

Бесплатное программное обеспечение для проектирования печатных плат не дает вам функций, необходимых для завершения расширенной компоновки. Более простые платформы для проектирования печатных плат заставляют вас прокладывать трассы индивидуально и затрудняют размещение компонентов.У вас не будет встроенных инструментов для сборки нескольких плат, и вы сможете создавать только более простые одноплатные продукты.

Altium Designer предоставляет полный набор функций трассировки, которые работают в 2D и 3D. Расширенные функции маршрутизации упрощают проектирование HDI, конструкцию с контролируемым импедансом и разветвления BGA для продвинутых продуктов. Эти конструктивные особенности легко доступны наряду со стандартным редактором схем и функциями захвата схем. Вам не нужно переключаться на внешнюю программу для выполнения мощных макетов в одноплатных и многоплатных сборках.

Завершите свою печатную плату с помощью функций анализа и MCAD

После того, как вы закончите компоновку печатной платы, вам нужно выполнить несколько других задач. Вам необходимо проверить целостность сигнала проекта и убедиться, что ваша сеть энергоснабжения спроектирована правильно. Возможно, вам потребуется соединить несколько системных плат вместе и изучить их механическое соединение в 3D. Altium Designer позволяет вам выполнить все эти задачи перед подготовкой печатной платы к изготовлению и сборке печатной платы.

Инструмент ActiveRoute в Altium Designer упрощает трассировку нескольких трасс в 2D и 3D.

Редактор схем и редактор плат Altium Designer использует правила проектирования для определения требований к конструкции печатной платы. Эти правила проектирования в совокупности охватывают все аспекты конструкции и образуют набор инструкций, которым должен следовать редактор печатных плат. Ширина трассировки вашей печатной схемы, зазоры, стили соединения плоскостей, трассировка через стили и другие правила проектирования могут отслеживаться в режиме реального времени с помощью онлайн-средства проверки правил проектирования (DRC).Правила Altium Designer не являются атрибутами объектов, они определяются независимо от объектов на печатной плате.

Altium Designer поможет вам приступить к производству печатных плат

С Altium Designer вы можете избежать проблем, связанных со смешанной системой инструментов, и положиться на унифицированную модель данных, чтобы упростить проектирование и компоновку печатных плат. Это означает, что вы можете проектировать схемы, использовать захват схемы для создания новой печатной платы, разводить дорожки печатных плат и готовиться к сборке печатной платы в одной программе.Особенности конструкции компоновки печатной платы упрощают размещение и разводку компонентов. Механизм проектирования Altium Designer на основе правил — это огромный шаг вперед по сравнению с бесплатным ПО для проектирования и компоновки печатных плат.

Создавайте производственные чертежи с помощью функции Draftsman в Altium Designer.

Altium Designer включает в себя все основные и расширенные конструктивные особенности, необходимые для создания мощной электроники, а Altium предоставляет инструменты, необходимые для успеха. У вас будет доступ к форуму AltiumLive, блогам и подкастам отраслевых экспертов, а также к руководствам по дизайну через Altium Academy.Ни одна другая компания, занимающаяся разработкой программного обеспечения для печатных плат, не предоставляет такой поддержки.

Вы не можете позволить себе отдавать свои проекты в руки устаревшего программного обеспечения для компоновки плат. Altium Designer предоставляет самые продвинутые инструменты компоновки печатных плат для создания мощных печатных плат. Altium также знает, что ваша печатная плата не готова, пока вы не доставите ее производителю печатной платы. С Altium Designer у вас будет все необходимое, чтобы превратить вашу новую конструкцию печатной платы из идеи в готовый продукт. Инструменты компоновки печатных плат Altium Designer готовы приступить к работе уже сегодня.Взгляните на Altium Designer, чтобы получить наиболее полное, продвинутое и мощное программное обеспечение для проектирования печатных плат.

Altium Designer — это больше, чем просто инструмент для проектирования. Altium Designer на Altium 365 обеспечивает беспрецедентный объем интеграции с электронной промышленностью, которая до сих пор была отнесена к сфере разработки программного обеспечения, позволяя дизайнерам работать из дома и достигать беспрецедентного уровня эффективности.

Мы только прикоснулись к тому, что можно делать с Altium Designer на Altium 365.Вы можете проверить страницу продукта для более подробного описания функций или на одном из вебинаров по запросу.

Лучшее программное обеспечение для компоновки и проектирования печатных плат для ваших нужд

При проектировании печатных плат существуют некоторые функции, в которых ваши инструменты проектирования печатных плат должны без исключения превосходно выполнять свои функции. К ним относятся основные функции схематического дизайна, схематического захвата, размещения деталей и трассировки трасс. Есть и другие важные функции, которых нет в бесплатном программном обеспечении для проектирования печатных плат. К ним относятся составление ведомости материалов, генерация герберов и других результатов, а также функции управления данными.

Если у вас есть набор инструментов для создания печатной платы и подготовки ее к производству, вам понадобится полный набор инструментов, которых нет в бесплатном загружаемом программном обеспечении для проектирования печатных плат. Вместо того, чтобы объединять несколько программ, используйте единственную платформу для проектирования печатных плат со всем необходимым для проектирования схем, компоновки и производства. Попробуйте Altium Designer для разработки вашей следующей печатной платы.

ALTIUM DESIGNER

Самая мощная, современная и простая в использовании программа для проектирования печатных плат для профессионального использования.Используйте Altium Designer, если вам нужно лучшее программное обеспечение для проектирования и компоновки печатных плат.

В течение многих лет проектировщики печатных плат были довольны работой с бесплатными инструментами проектирования печатных плат. Они смогли закончить свои проекты и легко перейти к следующему проекту. Уровень технологий, который проектировщики печатных плат должны использовать в своих конструкциях печатных плат, часто требует большей функциональности, чем та, которую может обрабатывать бесплатная версия программного обеспечения. Это часто включает в себя жестко-гибкие материалы, распределение мощности для небольших мощных плат, и все это, при этом гарантируя, что ваш дизайн учитывает производство.На что вы должны обратить внимание при переходе от платформы бесплатного программного обеспечения к полнофункциональной системе автоматизированного проектирования печатных плат?

Редактор схем — это то место, где вы начинаете разработку новой печатной платы. С помощью набора инструментов для проектирования схем и организации вы можете быстро создавать схемы и выбирать компоненты для своей новой системы. Библиотеки компонентов в Altium Designer интегрированы в редактор схем, поэтому выбор и размещение компонентов — простая задача. Кроме того, вы можете запустить моделирование цепей из редактора схем, прежде чем использовать захват схемы для начала компоновки печатной платы.Нет необходимости использовать бесплатную загрузку программного обеспечения для проектирования печатных плат или внешний симулятор для оценки вашей платы.

Высокопроизводительный редактор схем и захват схем в Altium Designer

Утилита захвата схем Altium Designer проста в изучении и использовании, и она доступна в той же программе, что и редактор компоновки печатной платы. Редактор схем в Altium Designer может обрабатывать самые сложные схемы, включая многоканальные и иерархические конструкции. Когда вы будете готовы создать свой макет, инструмент захвата схемы мгновенно помещает посадочные места печатной платы в пустой макет, позволяя быстро создать свою плату без ошибок проектирования.

Унифицированная среда проектирования Altium упрощает адаптацию ваших задач проектирования.

Ядром системы проектирования печатных плат являются функции компоновки, а функции САПР в Altium Designer упрощают размещение и трассировку компонентов. Компоненты можно размещать с высочайшей точностью в 2D и 3D, а трассы можно прокладывать в любой топологии. Кроме того, функции маршрутизации в Altium Designer помогают сэкономить время, позволяя направлять группы цепей по печатной плате.Трассы можно трассировать вручную или с помощью автоматизированных инструментов, чтобы сэкономить ваше время.

Интуитивно понятное и мощное программное обеспечение для макетов, готовое к работе

Макет печатной схемы Altium Designer основан на онлайн-механизме правил проектирования, который автоматически проверяет макет на предмет ошибок проектирования и производства. Программное обеспечение предоставляет все возможности высокопроизводительной программы проектирования печатных плат с простым в использовании интерфейсом. Никакая другая программа для проектирования и компоновки печатных плат не поможет вам продуктивнее, чем Altium Designer.

В Altium Designer есть несколько окон, которые помогут вам отслеживать схемы и компоновку печатной платы.

Начиная с самого начала со схемами и компонентами, Altium Designer подключает вас к библиотекам и мастеру символов, чтобы помочь вам заполнить проект. Кроме того, Altium Designer включает в себя инструмент управления перечнем материалов, позволяющий быстро организовать компоненты и импортировать информацию об источниках. Когда вы создаете макет, в Altium Designer есть еще больше инструментов.Вы можете размещать детали в 3D и моделировать высокоскоростные интерфейсы на своей печатной плате. Наконец, Altium Designer берет ваши проектные данные и создает чертежи для изготовления и сборки печатных плат. Бесплатное ПО для проектирования печатных плат не может обеспечить такой уровень производительности.

Комплексные функции для всего вашего проекта

Altium Designer предлагает полный набор инструментов для обмена данными, который даст вам возможность завершить все аспекты вашего проекта без необходимости использования сторонних инструментов для проектирования печатных плат.Механизм проектирования на основе правил проверяет ваши схемы и компоновку печатной платы на соответствие важным стандартам проектирования, помогая выявлять ошибки до того, как вы отправитесь в производство. Вы можете разрабатывать более совершенные платы и легко их производить, используя полный набор конструктивных особенностей Altium Designer.

Altium Designer дает вам все необходимое для создания мощной печатной платы.

Если вас не устраивает текущее программное обеспечение для проектирования печатных плат или вы хотите перейти от меньшей платформы к более продвинутой системе, Altium Designer — это программа для проектирования печатных плат, которая упростит вашу жизнь инженеров.Обеспечьте бесперебойную работу ваших проектов от задумки до производства с помощью полного набора инструментов проектирования печатных плат в Altium Designer.

Altium Designer на Altium 365 обеспечивает беспрецедентный уровень интеграции в электронную промышленность, которая до сих пор относилась к сфере разработки программного обеспечения, позволяя дизайнерам работать из дома и достигать беспрецедентного уровня эффективности.

Мы только прикоснулись к тому, что можно делать с Altium Designer на Altium 365.Вы можете проверить страницу продукта для более подробного описания функций или на одном из вебинаров по запросу.

Программное обеспечение для компоновки печатных плат — Программное обеспечение для компоновки печатных плат — PCBway

В наши дни на рынке существует множество различных типов программного обеспечения и инструментов для компоновки печатных плат. Если вы студент или любитель электроники, у вас ограниченный бюджет, информация здесь поможет вам получить бесплатную или демо-версию с минимальными функциями для ваших проектов.

Вы также сможете найти дешевое программное обеспечение. Для большинства любителей электроники или студентов не нужно иметь сложные и многофункциональные программные инструменты. Все, что вам нужно, это некоторые основные функции, которые позволят вам создавать простые односторонние или двусторонние макеты.

Вы должны обратить внимание на два типа дизайна программного обеспечения. Один из них — это программное обеспечение для ввода схем, в котором вы создаете принципиальную схему своей электронной схемы.Это программное обеспечение обычно имеет библиотеки схем, таких как транзистор, резистор, конденсатор, интегральные схемы, микропроцессор, микроконтроллеры, разъемы, светодиоды, диоды и другие стандартные компоненты. Если используемый вами компонент недоступен, вы также можете создать свой собственный и добавить его в библиотеку.

Другое программное обеспечение — это программное обеспечение для компоновки печатных схем, в которое вы импортируете схематическую диаграмму входа и используете ее для рисования схемы. Затем этот макет используется в распечатке и вместе с данными используется для изготовления печатной платы.

EAGLE
Это программное обеспечение САПР для построения схем печатных плат и их трассировки простое в использовании. Вы можете скачать бесплатную ознакомительную версию, чтобы попробовать. Вы также можете подписаться на бесплатный веб-семинар, предлагаемый CADSOFT на английском, немецком, французском и испанском языках. Доступные темы включают основы программного обеспечения, проектирование многослойных плат и создание производственных данных.

Altium
Altium ранее назывался Protel и предлагает хорошее программное обеспечение для разводки схем и печатных плат.30-дневная пробная версия доступна для загрузки на их веб-сайте.

AutoTrax Eda
Это программное обеспечение САПР предназначено для схемотехнического проектирования печатных плат и программного обеспечения для проектирования печатных плат. Вы можете загрузить программное обеспечение и опробовать его перед покупкой.

Abacom
Очень дешевый (50-60 долларов США) инструмент для создания разводки печатных плат для односторонних и двусторонних печатных плат. Ограниченную демо-версию можно загрузить с веб-сайта.

Загрузки — Beta LAYOUT Ltd.

	DesignSpark PCB Программное обеспечение CAD / CAM для принципиальной и компоновки печатных плат. Полная версия доступна бесплатно. Формат, поддерживаемый PCB-POOL®.
	Altium (PROTEL) Программное обеспечение CAD / CAM для схем и компоновки печатных плат. Доступна 30-дневная пробная версия. Бесплатная старая версия EasyTrax для DOS доступна для загрузки. Формат, поддерживаемый PCB-POOL®.
	TARGET Фирменное программное обеспечение производства Германии. Программное обеспечение CAD / CAM для схем и макетов печатных плат. Бета рекомендация РАЗРАБОТКА! Формат, поддерживаемый PCB-POOL®.
	EAGLE Программное обеспечение CAD / CAM для схем и компоновки печатных плат. Доступна бесплатная версия Light. Формат, поддерживаемый PCB-POOL®.
	ORCAD Программа CAD / CAM для создания схем и компоновки печатных плат. Формат, поддерживаемый PCB-POOL®.
	UltiBOARD Программа CAD / CAM для создания схем и компоновки печатных плат. Доступна ограниченная демо-версия. Формат, поддерживаемый PCB-POOL®.
	PROTEUS Недорогое программное обеспечение CAD / CAM. Доступна ограниченная демо-версия. Формат, поддерживаемый PCB-POOL®.
	SPRINT Программное обеспечение CAD / CAM для схем и компоновки печатных плат. Доступна ограниченная демо-версия. Формат, поддерживаемый PCB-POOL®.
	EASY-PC Программное обеспечение CAD / CAM для печатной платы. Формат, поддерживаемый PCB-POOL®.
	PCAD Программное обеспечение CAD / CAM для схем и компоновки печатных плат. Формат, поддерживаемый PCB-POOL®.
	PULSONIX Professional EDA system от схемы до макета. Формат поддерживается PCB POOL®.
	KICAD Программное обеспечение с открытым исходным кодом (GPL) для создания электронных схем и изображений печатных плат Формат, поддерживаемый PCB-POOL®.
	DipTrace Компоновка печатной платы Программное обеспечение CAD / CAE, состоящее из электрической схемы, моделирования, автотрассировщика, компоновки PCP с трехмерным изображением, анализа ЭМС и компоновки передней панели. Также доступна бесплатная облегченная версия. Формат, поддерживаемый PCB-POOL®.
	FRITZING Инициатива с открытым исходным кодом, которая поддерживает пользователей в их творческой работе с интерактивной электроникой. Формат, поддерживаемый PCB-POOL®.
	НАТ. GERBER Формат данных RS-274-X, извлеченный из различных программ компоновки Формат, поддерживаемый PCB-POOL®.
	ODB ++
	Гербер X2

10 лучших бесплатных программ для компоновки печатных плат

Описание

Вы хотите иметь # бесплатное программное обеспечение для компоновки печатных плат # или инструменты для реализации предстоящего проектирования новых электронных проектов на практике? Нет ничего лучше бесплатного.Итак, я представлю 10 лучших программных инструментов для печатных плат, доступных в Интернете, которые помогут вам разрабатывать печатные платы быстрее и проще.

1 EasyEDA

EasyEDA — это бесплатный, не требующий установки набор инструментов EDA на основе Интернета и облака, который объединяет мощные средства схемотехнического захвата, эмуляцию схем в гибридном режиме и разводку печатных плат в единой кроссплатформенной браузерной среде для инженеров-электронщиков, преподавателей, студентов и любителей .

И он может генерировать файлы Gerber непосредственно в JLCPCB, которые предоставляют 2 доллара за 5 штук двухслойной печатной платы размером 100 мм x 100 мм и 5 долларов за 4-слойную печатную плату.

2 ZentiPCB

Платформа ZentiPCB Мирко Бруно Сортини, которая предлагает широкий спектр бесплатного программного обеспечения, помогающего пользователям разрабатывать свои собственные печатные платы.

ZentiCapture позволяет пользователю быстро и легко использовать простую схему проектирования набора инструментов, которая позволяет пользователю размещать детали (символы компонентов) с помощью ортогональной фиксации и захвата штифтов.

Когда схема (в виде диаграммы) будет завершена, их можно будет перенести на ZentiPCb.

ZentiPCB — это программа на основе САПР, которая позволяет пользователям импортировать файлы таблиц и визуализировать свои диаграммы.Редактор макета предоставляет возможность импортировать компоненты непосредственно из библиотеки с помощью курсоров и поддерживает одиночные и двойные панели в зависимости от требований.

3 TinyCAD

TinyCAD — это программа для рисования принципиальных схем, обычно называемых схематическими чертежами. Он поддерживает стандартные и пользовательские библиотеки символов. Он поддерживает программы компоновки печатных плат с несколькими форматами списков соединений, а также может создавать списки соединений моделирования SPICE.

4 Фритцинг

Платформа Fritzing — это не просто простой редактор печатных плат, но и способ для производителей и хакеров создавать свои собственные проекты.

Цель его дизайна — дать пользователям возможность реализовать свой собственный дизайн на основе микроконтроллера Arduino и создать разводку на печатной плате, которую можно использовать в производстве. После того, как пользователь спроектировал реальную схему на макетной плате, ее можно переместить в редактор, который содержит три различных перспективы проекта.

Макетная плата позволяет пользователю перетаскивать виртуальные электронные компоненты на виртуальную макетную плату.

Схематический вид — это формальное выражение схематической схемы, которая представляет собой соответствующую схему на виртуальной макетной плате, но пользователи также могут редактировать ее в соответствии со своими потребностями.

Наконец, вид печатной платы позволяет пользователю разместить компонент на виртуальной печатной плате, которую затем можно использовать в производстве.

5 KICAD

Одним из самых популярных БЕСПЛАТНЫХ редакторов печатных плат в Интернете, возможно, является KiCAD, инструмент EDA, аналогичный приведенному выше Fritzing. Программное обеспечение обеспечивает функциональность виртуальной среды на каждом этапе процесса проектирования. Включенные компоненты: Eeschema (редактор схем), Pcbnew (редактор печатных плат), Gerbview (программа просмотра файлов Gerber) и Cvpcb (средство выбора пути ассоциации компонентов).Также имеется встроенный диспетчер спецификаций, который позволяет пользователям помечать спецификации материалов и легко рассчитывать затраты.

6 DesignSpark

Платформа печатных плат

DesignSpark — это еще один инструмент для редактирования печатных плат, который широко используется в приложениях EDA. Подобно двум упомянутым выше инструментам, DesignSpark PCB обеспечивает редактирование схемы, мастер PCB Wizard завершает создание схемы, а Autorouter выполняет автоматическое соединение компонентов. Но у программного обеспечения есть несколько предостережений.Например, программное обеспечение потребляет много ресурсов, если проект не существует на том же компьютере, некоторые функции должны быть зарегистрированы для разблокировки, и, что хуже всего, программное обеспечение будет отображать рекламу.

7 ExpressPCB

Программу компоновки печатной платы

ExpressPCB несложно изучить и использовать. Размещать печатные платы легко даже для начинающих пользователей.

8 Osmond PCB

Osmond PCB для Macintosh предоставляет вам большую мощность и гибкость.