Habe ich zu viel auf dieses PCB-Layout gesetzt?

Ich mache mein erstes PCB-Layout (mit Altium) und bin endlich über die Auto-Router-Phase hinausgekommen. Das Ergebnis ist ein Durcheinander, und es fehlen Netze und Verstöße gegen Entwurfsregeln. Habe ich zu viel auf dieses Board gepackt oder muss ich nur meine Komponentenplatzierung überdenken?

Das Brett besteht aus zwei Schichten.

Ich stecke in einem sehr speziellen Gehäuse fest und kann das Board in der xy-Achse nicht vergrößern.

Dies ist ein Hobby-Board, aber ich habe zu Hause ein vollständiges SMD-Löt-Setup (schöner Umfang und alles). Die Steckerbelegung ist Teil des Gehäuses (ansonsten müssen Sie diese als Erstes bewegen). Es ist ein Ersatz für ein älteres Motorüberwachungssystem. Es werden hauptsächlich Messungen an Thermoelementen und Thermistoren durchgeführt. Der große Chip in der Mitte ist ein ATmega2560 mit 16 MHz.

AKTUALISIEREN:

Vielen Dank für all den Input. Ich habe das Board umgestellt und bin zu 4-Layern übergegangen. Dann habe ich alles von Hand geroutet. Es sieht jetzt viel besser aus!

Ich gehe davon aus, dass Sie den Autorouter verwenden, weil Sie denken, dass dies Zeit spart. Aber ich habe eine schlechte Nachricht: Es wird gesagt, dass das PCB-Layout zu 80% aus Bestückung und zu 20% aus Routing besteht. Sie können nicht nur Komponenten herunterklappen, sondern müssen sich auch Gedanken darüber machen, wie die Signale verbunden sind. Wenn Sie die Komponenten richtig platzieren, wird das Layout von dieser Platzierung aus "fließen". Wenn Sie also eine gute Platzierung haben, haben Sie Ihr Routing sofort und können es genauso gut selbst (oder zumindest in großen Teilen) bei diesem Layout durchführen.

Autorouter sind ein Schmerz. Ich habe noch nie gesehen, dass Leute sie sehr erfolgreich einsetzen - besonders die eingebauten, wie sie in Altium zu finden sind (obwohl sie kürzlich ein neues Tool gezeigt haben, könnte das helfen?). Darüber hinaus ist die Platzierung der Komponenten von entscheidender Bedeutung.

Ein Problem bei jedem automatischen Layout oder jeder Schaltkreissynthese besteht darin, dass das Programm nur das tut, was Sie ihm sagen - und wenn Sie nicht alles sagen, tun es dumme Dinge. Deine Regeln müssen perfekt sein . Ihre Einschränkungen müssen vollständig sein . Jede Anforderung, die Sie haben, muss in Form von Regeln und Richtlinien niedergelegt werden. Oft ist Ihnen nicht klar, wie viel Sie implizit wissen / benötigen. - Leiten Sie die Stromsignale nicht vollständig um die Platine herum. - Die Verbindung zwischen dem Entkopplungskondensator und dem Versorgungsstift des Chips muss so kurz wie möglich sein und darf nicht unterbrochen werden ein paar analoge schaltungen durchstreifen - die liste geht weiter.

Ihre Platzierung scheint schlampig - nehmen Sie dieses Beispiel:

Wenn Sie R17 umdrehen würden, müsste der Trace, der von R17 nach R18 geht, nicht den Trace kreuzen, der von R17 nach D1 geht. R19 scheint parallel zu C12 zu sein - vielleicht können Sie dies verwenden, um das Layout zu vereinfachen, indem Sie sie physisch parallel zueinander stellen. Das Bewegen von R19 über oder unter C12 würde es auch einfacher machen, C18 gut zu routen. C17 scheint auch um 180 Grad gedreht zu werden, sodass keine Überkreuzung der Spuren erforderlich ist. Wenn Sie D1 um 90 Grad im Uhrzeigersinn drehen, ist es möglicherweise einfacher, diese Spur vom "mittleren" Stift zu R17 zu leiten. Und Sie haben eine Menge ungenutzten Speicherplatz unter diesen Komponenten. Warum nicht nutzen und die gesamte Baugruppe etwas nach unten verschieben? Erinnern Sie sich an das, was ich über 80% Platzierung und 20% tatsächliches Routing gesagt habe?

Außerdem scheint es, als hätte Ihr Autorouter gerade aufgegeben. Nehmen Sie zum Beispiel:

Es gibt viel Platz, um diese Spuren auseinander zu bewegen. Dies sollte kein Problem sein, und jeder kann sehen, dass Sie die linke Spur nur um einen Bruchteil nach links verschieben müssen, und der Fehler wäre behoben.

Im Gegensatz zu den Aussagen anderer ist die Verwendung des Auto-Routers nicht das Problem. Sie haben insofern Recht, als Sie nicht einfach ein ganzes Design auf den Auto-Router werfen können und erwarten, dass es alles für Sie löst. Bei richtiger Verwendung sind Auto-Router jedoch legitime und zeitsparende Tools. Hören Sie nicht auf die Ruckler, die sagen, dass sie den Auto-Router nicht benutzen sollen.

Ihr Problem ist, dass Sie versucht haben, viel zu viel Material auf ein 2-Lagen-Board zu stopfen. Es ist absolut unrealistisch, zu erwarten, dass so viele Stifte in einem engen Abstand in zwei Schichten verlegt werden.

Das andere Problem ist, dass Sie das Layout nicht sorgfältig genug überlegt haben. Dies ist schwieriger zu beurteilen, wenn Sie sich Ihre Bilder ansehen, aber es scheint sehr wahrscheinlich.

Zum einen ist um den dichten Chip herum nur sehr wenig Platz. Selbst bei mehreren Schichten kommt es zu einer Überlastung des Chips. Manchmal leite ich sogar Traces von Hand von einem dichten Chip weg, um sie etwas zu erweitern, und sehe dann, wie der Auto-Router damit umgehen kann.

Die erste Regel für ein gutes Routing ist jedoch ein gutes Layout . Sie können Teile nicht einfach irgendwo hinuntertauchen und sie später beim Routing irgendwie miteinander verbinden. Gutes Layout ist etwas, was Sie lernen und verstehen werden, wenn Sie mehr Entwürfe machen. Bei den ersten Entwürfen hilft es, sich viel Raum zu geben. Das hast du nicht.

Große Teile sind häufig flexibel in der Pinbelegung. Dies gilt normalerweise für Mikrocontroller und FPGAs. In einigen Fällen habe ich tatsächlich ein Pinout-Bild eines großen Teils ausgedruckt. Ich machte mir dann Notizen, die der groben Platzierung der Dinge entsprachen, mit denen die Verbindung hergestellt werden musste. Ich habe alle festen Stifte wie Strom, Masse, MCLR usw. durchgestrichen. Dann habe ich die weichen Stifte sorgfältig anhand der Nähe zu dem Ding zugewiesen, mit dem sie verbunden werden mussten.

Dies kann ein iterativer Prozess sein. Möglicherweise bewegen Sie sich ein Stück weit herum und stellen fest, dass Sie in einer Richtung einen Stift zu kurz sind. Möglicherweise müssen Sie die Stifte auf der anderen Seite des Teils neu zuweisen, um die Dinge zu verschieben.

Bei großen Teilen wie Mikrocontrollern platziere ich sie in einem großen leeren Bereich und platziere dann nur die unmittelbar verbundenen Teile. Dies schließt die Bypasskappen und den Kristall mit seinen Kappen, falls vorhanden, ein. Anschließend orientieren und verschieben Sie die gesamte Teilegruppe als Einheit.

Es ist völlig normal, einige Teile nur in rauen Positionen zu platzieren, dann zurückzukehren und sie effizienter zu verpacken, wenn mehr Teile platziert werden. Wiederum ist der gesamte Prozess iterativ. Nachdem Sie etwas Erfahrung und Intuition gesammelt haben, werden diese Schritte schneller ausgeführt. Erwarten Sie, dass die ersten Entwürfe, besonders die dichten, eine Weile dauern.

Sobald Sie ein vernünftiges Layout mit Luftkabeln haben, die sich nicht überall kreuzen, führen Sie eine kleine manuelle Verlegung wichtiger Signale durch. Normalerweise mache ich zuerst alle Bypass-Kappen, die sich natürlich bereits in der Nähe der Stromversorgungs- und Erdungsstifte befinden sollten, die sie umgehen. Wenn Sie eine Erdungsebene haben, besteht der nächste Schritt darin, die meisten Erdungspunkte mit Durchkontaktierungen mit der Erdungsebene zu verbinden. Dies hinterlässt nur die Luftleitungen, die tatsächlich routingfähige Spuren sind.

An diesem Punkt können Sie je nach Erfahrung einige Probleme feststellen oder einfach den Auto-Router fliegen lassen.

Sie verwenden jedoch noch nicht den Auto-Router, um die endgültige Route zu erstellen, nur um Ihnen die Problemstellen anzuzeigen. Gutes Auto-Routing ist auch ein iterativer Prozess. Sie führen den Auto-Router aus, sehen, wo Probleme auftreten, führen einige manuelle Routing- und möglicherweise Platzierungsänderungen durch, führen den Auto-Router erneut aus usw. Schließlich konvergieren Sie auf einer abgeschlossenen Route. Der Auto-Router hat Ihnen dennoch viel Zeit gespart, da Sie einen Großteil der Grunzarbeit für Sie erledigt haben.

Nachdem Sie eine Lösung gefunden haben, mit der Sie einigermaßen vertraut sind, sehen Sie sich alles sorgfältig an und bereinigen offensichtliche Dinge manuell. Wenn Sie beispielsweise eine Grundebene haben, möchten Sie, dass keine Durchkontaktierungen verklumpen. Viele kleine Inseln sind besser als einige größere Inseln in der Grundebene.

Hören Sie sich aber auch hier nicht alle religiösen Idioten an. Fahren Sie fort und verwenden Sie den Auto-Router. Gehen Sie dabei vorsichtig und verantwortungsbewusst vor. Ich mache Elektrotechnik professionell und habe den Auto-Router in gewisser Weise auf wahrscheinlich über 95% aller von mir entworfenen Boards verwendet. Je komplizierter das Board, desto mehr ist der Auto-Router ein wertvolles Werkzeug, um die Grunzarbeit für Sie zu erledigen. Erwarten Sie nur nicht, dass es jemals die ganze Arbeit erledigt. Und Sie müssen mit einer guten Platzierung beginnen.

Der Auto-Router ist keine Zauberei. Und sollte nicht verwendet werden, um Vollpension zu machen. Sie müssen zuerst die wichtigen Teile selbst routen. Wie Power, High Speed ​​und Bypass Caps. Dann können Sie das mühsame Zeug von der automatischen Route erledigen lassen.
Die Entwurfsregeln müssen fehlerfrei eingerichtet sein, damit der Auto-Router ordnungsgemäß funktioniert.

Jetzt haben Sie die Komponenten scheinbar nach dem Zufallsprinzip platziert. Sie erhalten viel bessere Ergebnisse, wenn Sie die Komponenten gruppieren oder zumindest in ein Raster einfügen. Beispielsweise,

• U3, bei dem es sich höchstwahrscheinlich um einen Spannungsregler handelt, hat einige Cs in der Nähe. Diese sehen nicht sehr nah aus.
• U7 und U8 haben höchstwahrscheinlich eine Bypasskappe. Wo sind die
• Auf der rechten Seite befindet sich eine Sammlung von Rs. Wenn es sich um ein Widerstandsnetzwerk handelt, warum nicht in ein quadratisches Gitter einordnen? Wenn Sie etwas Platz dazwischen lassen, können Sie diese oft mit der Hand in Ordnung bringen.
  Beispiel:
  

Ich würde empfehlen, sich einige professionelle Boards anzusehen (ein paar Testgeräte runterzureißen), oder hochwertige offene Hardware und vielleicht ein paar PCB-Layout-Videos. Zum Beispiel aus dem EEVblog .

Zumindest arbeitest du mit einer definierten Boardgröße mit Mounts, gut! Es ist ein klassischer Anfängerfehler, eine Platine ohne Größenbeschränkungen zu verlegen und an das Gehäuse zu denken, wenn die Platine bereits hergestellt ist.

Sie haben einen der größten Fehler gemacht, die ein Neuling machen kann, und das ist Vertrauen, dass der Autorouter Ihre Arbeit für Sie erledigt. Dies ist ein großes Missverständnis unter Hobbyisten, und das heißt, dass der Autorouter für Anfänger ist. In Wirklichkeit ist es genau das Gegenteil. Nur erfahrene Altium-Benutzer (und andere Paketbenutzer) können es ordnungsgemäß verwenden, und wenn sie Experten werden, ist es für sie oft einfacher, das Routing von Hand durchzuführen. Anfänger sollten IMMER von Hand beginnen. BENUTZEN SIE DEN AUTOROUTER NICHT.

Um Ihnen das Routen Ihres Boards zu erleichtern, empfehle ich, zunächst die kritisch positionierten Teile (hauptsächlich Steckverbinder) zu platzieren. Alles, was Sie WISSEN, muss genau positioniert sein und kann nicht einmal ein paar Millimeter bewegt werden. Fangen Sie dann an, die verbleibenden Komponenten in kleine Abschnitte zu gruppieren. Gruppieren Sie beispielsweise alle Komponenten, die direkt mit dem U1-IC verbunden sind oder mit ihm in Verbindung stehen (nicht auf der Platine), ordnen Sie sie so an, dass die Luftdrähte kurz und gerade sind (nicht kreuzen), und verlegen Sie sie dann zusammen (nicht auf der Platine) ). Tun Sie dies für alle verschiedenen Module (oder zumindest für einige gleichzeitig) und verschieben Sie die Module dann als Gruppen von Komponenten an einen Ort, der Sinn macht. Wenn Sie die bereits gerouteten Module auf die Platine verschieben, können Sie die Gruppen neu positionieren, sodass die Luftdrähte zwischen ihnen kurz und gerade sind. und Sie wiederholen den Vorgang, um die "Module" zusammen zu leiten, genau wie Sie die Komponenten in jedem Modul ausgeführt haben. Machen Sie weiter so, und Sie erhalten schließlich ein durchdachtes, klares Design mit minimalen Durchkontaktierungen und logischem Signalfluss.

Und um Ihre eigentliche Frage zu beantworten: Nein, es ist nicht zu viel auf diesem Board. Tatsächlich ist das ziemlich spärlich im Vergleich zu denen, an denen ich gearbeitet habe. Sie müssen bei der Platzierung Ihrer Komponenten nur schlau sein, um die Anzahl der benötigten Durchkontaktierungen und die Anzahl der herumschleifenden Spuren zu minimieren. Verkleinern Sie, wie bereits erwähnt, die Durchkontaktierungen. 0,2-mm-Bohrer sind für die meisten Durchkontaktierungen ausreichend.

Eine wirtschaftliche Perspektive:

Das ist also ein Hobbyprojekt.

Berücksichtigen Sie in diesem Fall die Anzahl der Stunden, die Sie für Ihr Layout aufwenden, und die Kosten für eine etwas größere Platine. Einige Hersteller (z. B. PCBway) berechnen für ein 80 x 100 mm oder ein 100 x 100 mm-Board die gleichen Gebühren, sodass die Vergrößerung kostenlos sein kann.

Wenn Sie einen Tag lang versuchen, es auf ein kleineres Board zu kleben, um 2 US-Dollar an PCB-Kosten zu sparen, entspannen Sie sich einfach! Mach dein Board größer. Es spielt keine Rolle, ob nicht genutzter Speicherplatz vorhanden ist. Es muss nicht aufgeräumt und eng aussehen ...

... das oben Genannte ist jetzt veraltet, da Sie sagten, dass Ihre Gehäuse- und Steckerplatzierung behoben wurde. Deshalb:

Wenn dies mein Hobbyprojekt wäre, würde ich 4 Schichten (50 USD, Wert, Zeit gegen Geld) aufbauen, um eine gesunde Grundebene zu erhalten und nicht zu viel Zeit mit dem Nachdenken über EMI zu verbringen. Ich weiß, dass es ein bisschen absurd klingt, aber 4 Layer sind heutzutage so billig, dass es in einem Hobby-Kontext wirklich Sinn macht, wenn es zum ersten Mal ohne Kopfschmerzen, EMI-Probleme und ohne zu viel Zeitaufwand funktioniert. Es hilft auch auf subtile Weise: Die Wahrscheinlichkeit, dass Sie einen großen Fehler in Bezug auf Rauschen / EMI machen, ist viel geringer.

Wenn es sich um eine Fahrzeugumgebung handelt, müssen Sie mit viel Lärm rechnen (z. B. Zündkerzen ...), damit Sie wirklich eine volle Massefläche wünschen. Besonders, wenn Sie bei ADC-Messungen ein geringes Rauschen erzielen möchten. Denken Sie daran, dass GND, dh 0 V, Ihre Referenz ist. Dünne Erdungsspuren garantieren also eine hohe Impedanz der GND, sodass die GND je nach Stromfluss überall unterschiedliche Spannungen aufweist und somit sehr verrauschte ADC-Messwerte (sofern dies überhaupt funktioniert).

In Bezug auf Ihre Frage der Bestückung. Die Platzierung der Komponenten (wie auch andere gesagt haben) macht 80% des Routings aus. Durchdachte richtige Platzierung der Teile und alles andere passt zusammen.

Sobald die Komponenten strategisch platziert sind, finden Sie hier zwei Ergebnisse. 1) Das Erlernen des Altium Auto-Routers dauert weitaus länger als nur das manuelle Routing. 2) Das Routing fügt sich einfach in die richtige Position ein, ohne die Anzahl der Zwischenziele zu verringern und ohne landschaftliche Ausflüge (X, Y & Z) mit dem Cu. Spuren / Leiter.

Ganz zu schweigen von der Bereinigung, nachdem der Auto-Router seinen Weg gefunden hat. Ich habe viele seltsame Dinge gesehen, die der Auto-Router macht, und es macht mir wirklich Angst. Ja, ich habe den AR (zur Not) verwendet, aber nur für Single-Ended-Sonstiges und ähnliches.

IMHO, nimm den Altium Auto-Router zum Nordpol, schneide ein Loch in das Eis und wirf es hinein.