ATR0110 ANALOOG- JA DIGITAALTEHNIKA

Väljavõte

1 ATR0110 ANALOOG- JA DIGITAALTEHNIKA Kevad 2020 Trükkplaadi disainimisest Martin Jaanus NRG Õppetöö : Õppematerjalid :

2 Kes vana asja meelde tuletab maa/riia-poevaringu-kohtuprotsess-insenersergets-moisteti-kuueks-aastaks-vangiulejaanud-oigeks?id=

3 Teemad Ideaalsed, reaalsed komponendid Seosed jooniste ja tegelikkuse vahel Skeemist trükkplaadifailini

4 1. samm (eeltöö, ideed, mida teha) Peab olemas olema elektriskeem! Hea,kui skeem on läbi katsetatud ja maketeeritud (vähendab hiljem probleeme seeriatootmises kohustuslik)!

5 1. samm (eeltöö, ideed, mida teha) Peab (mõõtmed ja korpused võivad ka hiljem selguda) olema komponentide ( vähemalt elektrilisel kujul) nimekiri Hea kui on palju füüsiliselt ühesuguseid komponente (väärtused võivad olla erinevad, aga see on teine teema) Võiks olla olemas ettekujutused trükkplaadi mõõtmetest, sellest, kuhu see läheb, kuhu kohta lähevad välised ühendused, ekraanid pistikud, lülitid. Kas idee mahub ära loodetud füüsilisse realisatsiooni, vajadusel muuda ideed!

6 2.samm tarkvara Võib teha ka loomulikult ilma, joonistades paberil, ja/või tušiga otse plaadile, hiljem söövitades. Kui kasutada spetsiaaltarkvara, on võimalik teha ka (üli) keerulisi disaine. Tasuta valikud on siin Soovitada võib KiCad tarkvara. Tasulised (või teatud tingimustel, näiteks õppeesmärgil tasuta, kuid piirangutega) tarkvarad on loomulikult võimalusterohkemad ja paindlikumad Populaarsemad on Eagle ( Diptrace ( )ja Altium Designer ( Altiumi tasuta variant ning odav(am) variant Proffesionaalid kasutavad Altiumit ja Eaglet, ehk kui on soovi disainiettevõttes tööd saada, on hea tutvuda nende tarkvaradega (nende kasutusoskuse eest makstakse)!

7 Skeemi koostamine Kõikidel tarkvarapakettidel on omad omapärad kuid disaiminse võib jaotada reeglina järgmisteks etappideks Skeemi komponendi mudeli loomine, kui see puudub ( näiteks takisti, transistori). Selle hulka kuulub graafiline sümbol -(pilt), väljastused (elektrilised ühendused) ja sellega seotud füüsiline komponent (mis koordinaatidel väljastused (sõlmed) paiknevad, kas on pind või aukmontaaž, füüsiliste mõõtmete kirjeldamine footprint- jalajälg (abiks tootjate andmelehed). Kasuta komponenti ja mõõtmeid, mida toodetakse ka tulevikus! Skeemi joonestamine. Sõlmede omavaheline ühendamine. Mitte segi ajada joont (line) ja juhet (wire, net)! Tuleb kindlasti veenduda, et juhe oleks väljastusega ühendatud! Kaks või rohkem komponenti, mille väljastused on juhtmega ühendatud saavad endale sama sõlme (võrgu) nime (Net name). Seda saab muuta, kuid ei tohi olla samal ühendusel mitu nime. Vajadusel saab sõlmed eraldada (net tie) aga see on reeglina eraldi komponent. Skeem võiks ka ilus välja näha. Juhtmerägastiku saab peita sõlmede nimede taha

8 Plaadi koostamine Mõtle hoolega (tegelikult juba alguses), mitmekihiline, mis mõõtudega ja valdavalt mis tehnoloogias (auk, pindmontaaž) komponendid peale tulevad.

9 Plaadi koostamine Pindmontaaž (smd) võimaldab suurt komponenditihedust kuid tekivad probleemid käsijootmisel ja mehaanilist tugevust nõudvate komponentide paigaldamisel, näiteks pistikud (enamasti on need aukväljastustega).

10 Plaadi koostamine Aukväljastusega komponendid (tht) on käsitsikoostamisel mugavamad, lihtsam joota ja möödapääsmatud kui on eritingimused (ohutus, kõrge pinge jne). Sobilik ka prototüüpimiseks, üksikute eksemplaride tootmiseks kui skeem on suhteliselt lihtne.

11 Plaadi koostamine (üldised soovitused) Enne plaadi kavandamist projekteerimist on kasulik tutvuda valmistatehase võimalustega ( või freespingi võimalustega kui plaat freesitakse). Reeglina on need sarnased aga ei pruugi olla Eesti tootjad Eesti tootjate eelis kiirus ning võimalus tehnilist abi saada, kontrollitakse ka plaat üle osade disainivigade suhtes.

12 Skeemi joonestamine Oli plaanis

13 Skeemi joonestamine Eelmine skeem oli graafiliste sümbolitega või lihtsalt vaatamiseks (sageli silmaga vahet ei tee) Skeem tuleb joonestada kasutades reaalseid komponente (need saab teekidest või teha ka ise, mida eelistavad kogenenud kasutajad) Mõõtmed, sümboli kujutise ja väljastuste asukoha komponendi andmed saab komponendi andmelehest (NB! Ka andmelehti võib olla mitu, võltsitud,internet kannatab kõike)

14 Komponendil võib olla erivev kuju Näiteks takisti võib välja näha selline. Skeemisümbol on sama. Milline valida? Pildid: wikipedia

15 Skeemi joonestamine Skeem, mida saaks kasutada (skeemi on lisadud ka komponendid häälestuse jaoks (R4, R6, R9, mida ideaaljuhul vaja pole) Sisendites - väljundites pistikud (või äärmisel juhul jooteplatsid)

16 Plaadi koostamine Pane paika mõõtmed, peavad sobima korpuse mõõtmetega, kinnituskohad, kruviaugud, mõtle,kuhu tulevad kriitilise paigutusega komponendid (ekraanid, pistikud, lülitid). Tee plaadi toorik valmis. Hiljem võib seda olla raske muuta (aeg=raha,)!

17 Plaadi koostamine Kanna skeem skeemi redaktorist plaadiomasse. Võib tulla palju üllatusi! Vajadusel mine skeemiredaktorisse tagasi, kontrolli komponentidevahelisi ühendusi, vajadusel korrigeeri komponentide mõõtmeid. Mida varem vea avastad, seda odavam! (Sinu aeg, firma raha, praakpartiid)

18 Plaadi koostamine (paigutus) Pane plaadile kriitilise paigutusega elemendid (ekraanid, lülitid...) Lukusta nende koordinaadid ning kontrolli nende õigust (mitu korda) Kui skeem koosneb erinevate funktsionaalsusega osadest, paiguta nad eraldi plaadikohtadesse, soovitatavalt sellega seotud kriitilise asukohaga elemendi lähedusse. Kui tegemist on mikroskeemidega, on soovituslik jälgida andmelehe soovitusi paigalduse kohta. Arvestada, tuleb igal juhul skeemi omapäraga, et hiljem tuleks rajad võimalikult lühikesed ja ristuks vähem, arvesta nähtamatute skeemielementidega Kasutada vastavalt funktsionaalsusele ( analoogahel,võimendi, digiloogika, protsessorid, toitemuundi) omaseid paigutusi (siin on sageli ainsaks õpetajaks kogemused ja ebaõnnestumised)

19 Paigutus (üldreeglid) Digitaal- ja analoogosa teineteisest võimalikult kaugemale! Vajadusel näha ette ühele või teisele või mõlemale varjestus. Ei ole hea paigaldada digitaal- ning analogosasid vaheldumisi (kuigi vahest tuleb seda teha). Pindmontaažikomponente saab paigutada mõlemale poole paiguta alla ainult siis kui muudmoodi ei saa.

20 Radade joonestamine Rada paistab tarkvarale juhtmete võrguna, millel on nimi. Komponentide klemmid, mis on skeemiredaktoris ühendatud peavad olema ka radadena joonestatud. Reaalne trükirada on oma olemuselt juhe, millel on takistus, induktiivsus ja mahtuvus (kõrvalolevate objektide suhtes). Rada käitub ka antennina! Raja paksus on määratud plaadivalmistaja poolt, sageli on hea teada enne konkreetse disaini tegemist. Levinum on 35um. Raja laius valitakse lähtudes skeemi iseloomust. Mida suurem on voolutugevus, seda laiem peab olema rada. Minimaalne reaalset kasutatav raja laius on 0.25 mm (10 mil). Prototüüpimisel on mõistlik kasutada ka 1-2 mm radu. Toiterajad võivad olla laiusega 1 cm ja enam. Radade alamliik on polügonid, ehk vask, mis katab teatud pinna. Reeglina ühendatakse see maajuhtmega

21 Radade joonestamine Radade joonestamisel (nagu ka komponentide paigutamisel) austa Kirchhoffi seadusi!!! Ei ole hea lasta voolata erinevate ahelate vooludel sama rada pidi (eriti kehtib see maandusahelate kohta). Voolud liituvad ning trükirajal tekib tänu selle takistusele pinge,mis sõltub mõlemast voolust. See võib (eriti digitehnikas ja tugevvoolutehnikas ) põhjustada suuri ja raskelt avastatavaid probleeme! Pidevate ning impulsssignaalide rajad tuleb viia teineteisest võimalikult kaugele (parasiitne vastastikune induktiivsus ja mahtuvus ). Nende vahel võiks olla rada, mis on maandatud,kuid milles ei jookse signaal. Sama asi kehtib ka mitmekihilse plaadi puhul. Vältida tuleb eri tüüpi signaalide radade ristumist, või panna maakiht vahele.

22 Radade joonestamine Juba joonestatud trükirajast saab üle hüpata kasutades silda (näiteks tavalist juhet, või 0 väärtusega standardkestas komponenti jah toodetakse 0Ω takisteid ). Levinud võte ühepoolsetel plaatidel või käsitsitehtud plaatidel. Mitmekihilistel tööstuslikel plaatidel on selleks metaliseeritud väikesed avad viad, millega ühendus viiakse elektriliselt teisele kihile. Freesitud plaatidel tuleb viad teha käsitsi (ja veidi suuremad), et nendesse saaks joota traadi (saab näiteks takisti või kondensaatori väljastuse küljest) Üldine soovitus teha ülehüppamisi nii vähe kui võimalik. Kui on plaat läbiviiggukomponentidega, on lihtne kasutada plaadi erinevaid kihte, sest metaliseeritud auk tehakse niikuinii. Plaadi tootmise hind sõltub viade (ja üldse aukude) arvust puurimine on kallis. Hea kui kasutada võimalikult palju ühesuguseid avasid.

23 Radade joonestamine Valmis aga on mõned vead otsige üles Osa tarkvarapakette omab vigade otsingut disainireeglite põhjal

24 Valmis plaat 3d vaatena Mõned tarkvarapaketid seda võimaldavad On võimalik ka eksportida mõnda 3d disainitarkvarasse

25 Markeeringud Pannakse markeeringukihile silk saab olla vaid üleval ja all. Vaikimisi pannakse sinna komponendi nimetus ( näiteks R4, C6 jne) veendu disainimisel, et see oleks õiges kohas! Markeeringud saavad olla ka radade peal kuid ei tohi olla jootmiskohtade peal. Ei ole mõistlik seda kihti üle koormata Kui plaat freesitakse, need kihid ignoreeritakse

26 Tootmisfailide ettevalmistamine Tuleb disainitarkvarast eksportida. Vähesed tootjad on nõus vastu võtma Teie CAD tarkvaraga salvestatud plaadifaili. Tootjal ei pruugi olla seda tarkvarapaketti ja ka versiooni Universaalne lahendus on Gerber formaat CAD tarkvara peab oskama sellesse eksportida Freespingid võivad kasutada ka teisi formaate.

27 Tootmisfailide ettevalmistamine Soovitav, on failid üle vaadata mõne Gerber faili vaaturiga Näiteks GerbV Soovitav on vaadata iga kihti ka eraldi erinevused (vead) on näha. Viga! Joonestamata rada!