Labāki projekti, izmantojot PCB: 6 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:52

Ja esat pavadījis laiku, strādājot ar elektronikas projektiem, tad zināt, cik tas var būt jautri un aizraujoši. Nekas nav tik uzmundrinošāks kā redzēt, kā jūsu ķēde atdzīvojas jūsu acu priekšā. Tas kļūst vēl aizraujošāk, ja jūsu projekts pārvēršas par noderīgu sīkrīku, kuru vēlaties izveidot pastāvīgu ap jūsu māju vai biroju. Bet kāds ir labākais veids, kā to paveikt? Maizes dēlis noteikti nav risinājums, un sarežģītas shēmas izveide uz proto-board var kļūt diezgan garlaicīga. Abiem šiem instrumentiem ir sava vieta, taču tie nav ideāli piemēroti reālai ražošanai.

Atrisinājums? Izveidojiet savu projektu, izmantojot PCB (iespiedshēmas plates). Tā kā ražotāju un hobiju skaits pieaug katru dienu, ražotāji padara profesionāla līmeņa pakalpojumus pieejamus (un pieejamus) ikvienam. Savulaik PCB projektēšana un izgatavošana bija neticami dārga. Izmantojot augstas kvalitātes CAD programmatūru, kas dažos gadījumos ir pieejama bez maksas, un rūpnīcas, kas ražo mazus prototipa dēļus par 5 USD plus piegāde. Ir ļoti maz iemeslu neizmantot šos pakalpojumus.

Mans mērķis ir jūs augstā līmenī vadīt šajā projektā. Tā kā katra CAD programmatūra ir nedaudz atšķirīga, jums tas būs jāapkopo no citiem avotiem, lai tas notiktu. Es ievietošu saites uz dažiem resursiem, kas man šķita noderīgi. Pirms jūs uztraucaties par laiku, kas nepieciešams šo prasmju apgūšanai, ļaujiet man teikt, ka es sāku savu darbu ar absolūti nulles zināšanām un pieredzi, un es izstrādāju veiksmīgus dizainus pēc tam, kad pavadīju mazāk nekā 8 stundas, mācoties no tiešsaistes resursiem.

Es personīgi esmu izmantojis visas trīs šīs CAD programmatūras pakotnes, taču iesaku apskatīt šos iepazīstināšanas videoklipus, lai gūtu priekšstatu par to, kā katra no tām ir iestatīta.

• Ievads KICAD
• Ievads Eagle CAD tīmekļa seminārā
• Ievads Altium

Dakterim Peteram Dalmarisam ir lielisks kurss, kura pamatā ir KICAD un kuru es esmu pabeidzis, un es ļoti iesaku, ja tā ir jūsu izvēlētā programmatūra. Viņa paskaidrojumi par visu funkciju darbību ir viegli izsekojami un ļoti pilnīgi. Šeit ir saite uz viņa klasi Tech Explorations.

Vēl viena iespēja, kas jāapsver (lai gan es to neesmu izmantojis pats), ir EasyEDA. Esmu redzējis, ka citi ražotāji izmanto šo tiešsaistes programmatūru, lai izveidotu ļoti stabilus dizainus.

Sāksim projektēt!

Piegādes

• Dators ar CAD programmatūru
• Lodāmurs
• Plūsma
• 1 ESP-32 modulis (WROOM-32D)
• 2 MCP 23017 (SOIC pakete)
• 5 voltu regulators (L7805)
• 3,3 voltu regulators (AP2114H)
• vispārējs līdzstrāvas cilindra ligzda 2,1 mm spraudnim
• Vīriešu vai sieviešu tapas (pēc izvēles)
• Tostera krāsns un lodēšanas pasta (pēc izvēles)
• Urbis (pēc izvēles)

1. solis: plānošana un dizains

Ir ļoti svarīgi, lai jebkuram projektam būtu stabils pamats. Neliels laiks, kas pavadīts plānošanā, var ietaupīt stundu neapmierinātību.

Laba vieta, kur sākt, ir izveidot to funkciju un funkciju sarakstu, kuras vēlaties, lai jūsu dizains būtu. Tālāk ir saraksts, kuru es izmantoju, veidojot šo projekta piemēru.

• Uz ESP-32 balstīta tāfele, kas ir saderīga ar esošajiem ESP-32 dizainiem
• Vairāk digitālo tapu nekā standarta ESP-32 Dev komplektā
• Pieejams 5v un 3v3 PCB pievienoto piederumu barošanai
• Programmēšanas ports, lai nākotnē varētu atjaunināt ierīci
• Spēja darboties no 6 līdz 12 voltu ieejas

Otrkārt, tiek apkopots to detaļu saraksts, kuras vēlaties izmantot, un atrodiet viegli pieejamu avotu. Pēdējā lieta, ko vēlaties darīt, ir izgatavot PCB, kuras daļas jūs nevarat iegādāties. Jums vajadzētu arī apkopot ražotāja datu lapas par katru daļu, kuru plānojat izmantot (ticiet man, tas ir ĻOTI svarīgi, un es paskaidrošu, kāpēc vēlāk).

Visbeidzot apkopojiet visas piezīmes un zīmējumus, ko jau esat izveidojis šim dizainam. Tas ietver visus fiziskos ierobežojumus, kas jums varētu būt. Piemēram, jūs vēlaties, lai jūsu dēlis būtu saderīgs ar Arduino vairogu vai ietilptu noteiktā korpusā. Visa šī informācija būs nepieciešama dažādos procesa posmos.

2. darbība. PCB shēma, izmantojot CAD

Sāksim veidot mūsu shēmu!

Kopumā man patīk visas savas daļas pievienot shēmai un izkārtot man saprotamā veidā. Šobrīd, kad tos ievietojat, tas neietekmē PCB fizisko atrašanās vietu, tāpēc varat izmantot šo elastību savā labā. Ja jums nav pēdas visām jūsu sastāvdaļām, es ļoti iesaku SnapEDA un Ultralibrarian. Šajos resursos ir pārsteidzoša pieejamo daļu izvēle gandrīz katrai CAD programmatūrai, kuru jūs, iespējams, izmantojat. Vienkārši atrodiet komponenta daļas numuru un lejupielādējiet atbilstošos failus. Viņiem ir apmācības, kas māca, kā importēt šos failus, ja vēl nezināt, kā to izdarīt.

Pirms detaļu savienošanas vislabāk ir pārbaudīt katra komponenta tapas. Tāpēc detaļu datu lapu iegūšana ir svarīga, jo visas PCB partijas ir izpostītas (atcerieties šīs neapmierinātības stundas?), Jo izlaidu šo soli. Ja jūs pats neizgatavojāt daļu (un dažreiz pat tad, ja to izdarījāt), VIENMĒR pārbaudiet vēlreiz.

Kad jūs vadāt savu shēmu, es atklāju, ka ir lietderīgi izmantot tīkla etiķetes, lai izveidotu savienojumus. Ja jums ir liels skaits vadu, kas darbojas jebkurā virzienā, to ir grūti ievērot, kā arī palielinās iespējas izveidot savienojumu vietā, kur jums nevajadzētu (vairāk stundu vilšanās). Vadu un tīkla etiķešu līdzsvars parasti ir labākais, tikai noteikti izmantojiet tīkla etiķešu sarakstu, kas būs noderīgs ikvienam citam, kas aplūko dizainu. Tas atvieglos dzīvi, ja nākotnē atgriezīsities pie šī dizaina, vēloties veikt izmaiņas vai novērst sākotnējā dizaina problēmas.

Shēma ir arī laba vieta, kur atstāt piezīmes par to, kā vajadzētu darboties dažādām ķēdes daļām. Tas ir labs veids, kā izsekot visām nepieciešamajām detaļām, lai lieta darbotos tā, kā vajadzētu. Piemērs šim projektam ir tāds, ka programmēšanai ir nepieciešams džemperis starp ESP moduļa iespējošanas tapu un 3.3v barošanas avotu. Lai gan šī, iespējams, nav vienīgā vieta, kur jums vajadzētu dokumentēt šāda veida informāciju, noteikti ir labi iemācīties pierakstīt VISU.

Pirms pāriet uz nākamo darbību, pārbaudiet savu shēmu. Tam jābūt pareizam, lai PCB izkārtojuma process noritētu vienmērīgi. Lēna un metodiska pieeja vienmēr sniegs vislabāko gala rezultātu. Pārskatiet visas piezīmes, kas jums var būt, un pārbaudiet katru no tām saskaņā ar shematisko.

3. darbība: PCB izkārtojums

Pirms mēs sākam sakārtot savus komponentus, vislabāk ir aplūkot pēdas un pārliecināties, vai tās ir atbilstošas detaļām, kuras plānojat izmantot. Piemēram, dažām detaļām ir pieejami caurumu un SMD varianti, pārliecinieties, ka izmantojat tikai tās detaļas, kuras varēsit instalēt. EPS-32 moduļa apakšā ir spilventiņš, un tam būs nepieciešama īpaša apstrāde (vairāk par to vēlāk). Pārliecinieties, ka jums ir plāns šīm situācijām. Pēc tam, kad esat izvēlējies pareizos iepakojumus mūsu komponentiem, jums vēlreiz jāpārbauda katras detaļas izgriezumi salīdzinājumā ar datu lapu (vai esat šeit pamanījis tendenci?) Ticiet man, kad es saku, ka tie var būt nepareizi, un tas prasīs ilgu dienu ja jums vēlāk jāseko šiem jautājumiem

Sakārtojot komponentus, noteikti ņemiet vērā visus iepriekš minētos fiziskos ierobežojumus. Dažos gadījumos jums var būt nepieciešams vispirms novietot noteiktas detaļas, jo to atrašanās vieta ir kritiska, un tām jāietver viss pārējais. Neaizmirstiet novietot detaļas, kas ir savienotas tuvu viena otrai, bet arī atstājiet pietiekami daudz vietas, lai jūs varētu strādāt montāžas laikā. Ja jums ir īpašs korpuss, kuru plānojat izmantot, vispirms būtu lietderīgi izveidot tāfeles profilu un visus urbumus.

Kad visi jūsu komponenti atrodas tur, kur vēlaties, ir pienācis laiks sākt maršruta maršrutēšanu. To darot, jāatceras daži galvenie punkti.

• Vislabākā ir visīsākā iespējamā izsekošana
• Lielāks parasti ir labāks (īpaši barošanas līnijām)
• Jums jāzina, cik lielu strāvu konkrētajam celiņam vajadzētu apstrādāt, un jāpārliecinās, ka jūsu izvēlētais izmērs var droši apstrādāt šo daudzumu (tas ir ļoti svarīgs drošības jautājums, jo pārslodze var izraisīt sasilšanu un potenciāli izraisīt ugunsgrēku)
• Ziniet, kādas pielaides jūsu ražotājs spēj saglabāt, un ievērojiet šīs vadlīnijas. Šeit ir saite uz viena ražotāja iespēju lapu (jūsu CAD programmatūrai var būt dizaina noteikumu pārbaudītājs, kas brīdinās par visām vietām, kas neatbilst rūpnīcas standartam)

Lai gan maršrutu maršrutēšana var būt jautra mīkla, dažreiz mūsu dizains var kļūt sarežģīts, padarot to par ārkārtēju izaicinājumu. Šādos gadījumos, izmantojot automātiskās maršrutēšanas programmatūru, var ietaupīt ievērojamu laiku. Šeit ir saite uz automātisko maršrutētāju, ko esmu izmantojis vairākos projektos. Automātiskais maršrutētājs importē jūsu projektu un izmanto jūsu projektēšanas noteikumus, lai visiem jūsu tīkliem izveidotu atbilstošas pēdas. Parasti es ļauju automātiskajam maršrutētājam veikt savu darbu, pēc tam manuāli mainīt dažas lietas, kuras, iespējams, vēlos atšķirties. Jūs varat arī maršrutēt pēdas, kuras vēlaties atrasties noteiktās vietās, un automātiskais maršrutētājs darbosies ap šīm esošajām trasēm, kā tas darbojas atlikušajos tīklos.

4. solis: pēdējie pieskārieni un sagatavošanās ražošanai

Ja detaļas ir novietotas un sliedes darbojas, jūsu PCB ir gandrīz gatavs darbam. Tagad ir īstais brīdis, lai kārtīgi izkārtotu visu izkārtojumu. Sekojiet pēdām, izmantojot shēmu kā ceļvedi, un pārliecinieties, ka visi nepieciešamie savienojumi ir izveidoti.

Jums vajadzētu arī apsvērt grafikas pievienošanu tāfelei sietspiedes slānī. Jūsu vārds vai kāda cita veidotāja zīme ir labs veids, kā informēt citus, ka esat lepns par savu darbu. Es arī ticu, ka lielāko daļu, ja ne visus savus savienojuma punktus atzīmēju ar to, kam tie paredzēti. Tas palīdz, kad pēc montāžas sākat savienot lietu, un citiem ir vieglāk saprast šo savienojuma punktu funkcijas.

Vēl viena lieta, kas jāņem vērā, ir pārskatīšanas identifikatora atzīmēšana, it īpaši, ja tā ir tāfele, kuru plānojat izveidot vairāk nekā vienu reizi. Tādā veidā jūs nākotnē varat veikt izmaiņas ķēdē un īsumā pateikt, ar kuru tāfeles versiju jūs strādājat.

Kad tas viss ir paveikts, jūsu dizaina uzzīmēšana/eksportēšana un nosūtīšana ražotājam. Parasti tie būs Gerber faili, un parasti tie visi jāglabā vienā.zip mapē. Tas ir tas, ko jūs augšupielādēsit, veicot PCB pasūtījumu.

Šeit ir saite uz Gerber failiem manam GitHub piemēra projektam

5. solis: PCB pasūtīšana

Šim nolūkam ir pieejamas arvien vairāk iespēju nekā agrāk. Tas ir kļuvis tik vienkārši, ka ikviens var profesionāli izgatavot savu dizainu lielās rūpnīcās un par neticami pieņemamu cenu.

Esmu izstrādājis vairāk nekā 35 PCB, un tos visus ir ražojis JLCpcb (https://jlcpcb.com)

Ļoti laba kompānija, ar kuru man nekad nav bijušas nekādas kvalitātes problēmas. Šeit ir saite uz videoklipu, kurā sniegta ekskursija pa viņu iekārtām un sīki izskaidrots PCB izgatavošanas process. Ekskursija pa rūpnīcu

Dodieties uz viņu vietni un sāciet citātu. Pēc tam augšupielādējiet savu Gerber failu.zip. Pēc augšupielādes pabeigšanas jums vajadzētu redzēt sava dizaina atveidojumu. Izvēlieties savu daudzumu, krāsu un citus kritērijus, kurus vēlaties norādīt. Tad ir vienkārši pāriet pie izrakstīšanās. Jūs varat viegli augšupielādēt savus Gerber failus bezmaksas tiešsaistes Gerber skatītājā un redzēt, kā šie faili izskatās, kad tie tiek renderēti.

Parasti es cenšos vienlaikus nosūtīt vairākus dizainus, lai tos apvienotu piegādē. Parasti es gaidītu, ka saņemšu tos 1-2 nedēļu laikā pēc pasūtījuma veikšanas. Tas, protams, var atšķirties atkarībā no dažādiem faktoriem, taču tie sniegs jums atjauninājumus par pasūtījumu gaitu, izmantojot viņu vietni, un izsekošanas numuru pēc pasūtījuma nosūtīšanas.

6. solis: izveidosim to

Ir pienācis laiks salikt!

Atcerieties, ka iepriekš minēju, ka ESP-32 moduļa lodēšanai ir kāds triks? Ja paskatās uz PCB nospiedumu, zem komponenta pamanīsit lielu spilventiņu. Tas varētu būt neliels izaicinājums, bet man ir veidi, kā jūs varat paveikt darbu.

1. iespēja: izmantojiet lodēšanas pastu un nelielu tostera krāsni.

Tas tiešām ir uz priekšu, un tas noteikti sniegs jums vislabākos rezultātus kopumā. Šis video izskaidro procesu. Pārliecinieties, ka saprotat izmantotās lodēšanas pastas temperatūras prasības, un bez lielām pūlēm jūs iegūsit diezgan neticamus rezultātus. Tas rūpēsies par lielāko daļu, ja ne visu SMD komponentu lodēšanu. Bonusa punkti, ja jūsu tostera cepeškrāsns tika iegūta no atkritumu kaudzes un pirms lietošanas to vajadzēja salabot.

2. variants: izkāpiet no urbja!

Šī opcija noteikti darbosies, taču tā nav ideālākā. Uzmanīgi urbjot nelielu caurumu caur PCB šī spilventiņa centrā, jūs varēsiet to pielodēt no plāksnes aizmugures kā cauruma detaļu. Izmantojot šo pieeju, lietas var noiet greizi, tāpēc nesteidzieties un izmantojiet augstas kvalitātes urbi. Ja jūs neplānojat izmantot atkārtotas krāsns procesu, jūs varētu risināt šādas problēmas savā dizainā, pievienojot pārklātu caurumu šī spilventiņa centrā. Tas ļaus lodēt ar gludekli, neradot risku sabojāt dēli.

Lodējiet visas atlikušās caurumu daļas (un SMD, ja neizmantojāt atkārtotas plūsmas metodi). Tapu galviņām es lodēšu vienu tapu, lai to noturētu, kamēr es pagriezu dēli, lai pārliecinātos, ka tas ir taisns. Ir arī labi ļoti rūpīgi pārbaudīt lodēšanu uz visām SMD detaļām, izmantojot kāda veida palielināmo lupu. Ja atrodat kaut ko, kas ir jāpieskaras, izmantojiet plūsmu (ticiet man, ka tam ir liela atšķirība) un atkārtoti sasildiet lodēšanas savienojumu. Pēc mana dizaina parauga es atklāju, ka modulim ESP-32 bija vairākas vietas, kuras bija jāpārstrādā. Ņemiet vērā arī to, ka es ar nodomu nepievienoju šai plāksnei nevienu tapas, jo es plānoju tieši pielodēt vadus no savām perifērijas ierīcēm. Šī ne vienmēr ir labākā pieeja, bet manam lietojumam tā nav problēma.

Tieši tā! no sākuma līdz beigām mēs paņēmām ķēdes koncepciju un šim projektam izveidojām savu pielāgoto PCB. Kad esat sapratuši, iespējas ir gandrīz bezgalīgas. Es ceru, ka šī pamācība ir devusi jums dažas labas idejas un norādījusi uz dažiem noderīgiem resursiem, kas jums palīdzēs jūsu PCB izveides ceļojumā. Paldies, ka izlasījāt!

Laimīgu gatavošanu un neizlaist dūmus! (Nopietni, tam vajag burvju dūmus)