Bedre prosjekter ved bruk av PCB: 6 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

Hvis du har brukt tid på å jobbe med elektronikkprosjekter, vet du hvor morsomt og spennende det kan være. Ingenting er mer spennende enn å se kretsen din komme til liv rett foran øynene dine. Det blir enda mer spennende når prosjektet ditt blir til en nyttig gadget som du vil lage til et fast inventar rundt hjemmet eller kontoret. Men hva er den beste måten å oppnå dette på? Brødbrett er absolutt ikke svaret, og å bygge en komplisert krets på proto-board kan bli ganske kjedelig. Begge disse verktøyene har sin plass, men de er ikke ideelle for realistisk produksjon.

Løsningen? Gjør prosjektet ditt ved hjelp av et kretskort. Med antall produsenter og hobbyister som vokser daglig, gjør produsentene tjenester på profesjonelt nivå tilgjengelig (og rimelig) for alle. På en gang var det utrolig dyrt å designe og produsere PCB. Med CAD -programvare av høy kvalitet lett tilgjengelig gratis i noen tilfeller, og fabrikker som lager små prototypebrett for så lite som $ 5 pluss frakt. Det er svært få grunner til ikke å dra fordel av disse tjenestene.

Målet mitt er å ta deg gjennom dette prosjektet på et høyt nivå. Fordi hver CAD -programvare er litt annerledes, må du samle inn kunnskap fra andre kilder for å få dette til. Jeg legger ut lenker til noen få ressurser som jeg syntes var nyttige. Før du blir bekymret for tiden det tar å lære disse ferdighetene, la meg si at jeg begynte med absolutt null kunnskap og erfaring, og jeg laget vellykkede design etter å ha brukt mindre enn 8 timer på å lære av online ressurser.

Jeg har personlig brukt alle tre av disse CAD-programvarepakkene, men jeg anbefaler at du ser på disse introduksjonsvideoene for å få en ide om hvordan de er satt opp.

• En introduksjon til KICAD
• Introduksjon til Eagle CAD webinar
• Introduksjon til Altium

Lege Peter Dalmaris har et utmerket kurs basert på KICAD som jeg har fullført og anbefaler på det sterkeste hvis det er programvaren du velger. Forklaringene hans om hvordan alle funksjonene fungerer er enkle å følge og veldig komplette. Her er en lenke til klassen hans på Tech Explorations.

Et annet alternativ å vurdere (selv om dette ikke er en jeg har brukt selv) er EasyEDA. Jeg har sett andre produsenter bruke denne online programvaren til å lage noen veldig solide design.

La oss begynne å designe!

Rekvisita

• PC med CAD -programvare
• Loddejern
• Flux
• 1 ESP-32-modul (WROOM-32D)
• 2 MCP 23017 (SOIC -pakke)
• 5 volt regulator (L7805)
• 3,3 volt regulator (AP2114H)
• generisk DC -fatkontakt for en 2,1 mm plugg
• Mannlige eller kvinnelige pin-headers (valgfritt)
• Brødrister og loddepasta (valgfritt)
• Drill (valgfritt)

Trinn 1: Planlegging og design

Det er veldig viktig å ha et solid grunnlag for ethvert prosjekt. Litt tid brukt på planlegging kan spare timer med frustrasjon nedover veien.

Et godt sted å starte er å lage en liste over funksjoner og funksjoner du vil at designet skal ha. Følgende er listen jeg brukte da jeg opprettet dette eksempelprosjektet.

• Et ESP-32-basert kort som er kompatibelt med eksisterende ESP-32-design
• Flere digitale pinner enn standard ESP-32 Dev-sett
• Tilgjengelig 5v og 3v3 for strømforsyningstilbehør festet til kretskortet
• En programmeringsport slik at jeg kan oppdatere enheten i fremtiden
• Muligheten til å kjøre på en 6 til 12 volt inngang

For det andre er det å samle en liste over deler du ønsker å bruke, og finne en lett tilgjengelig kilde. Det siste du vil gjøre er å lage en PCB som du ikke kan kjøpe delene til. Du bør også samle produsentens datablad for hver del du planlegger å bruke (stol på meg, dette er VELDIG viktig, og jeg skal forklare hvorfor senere).

Til slutt samler du notater og tegninger du kanskje allerede har laget for dette designet. Dette vil omfatte eventuelle fysiske begrensninger du måtte ha. Slik som du vil at brettet ditt skal være kompatibelt med et Arduino -skjold eller passe inn i et bestemt kabinett. All denne informasjonen vil være nødvendig på forskjellige trinn i prosessen.

Trinn 2: PCB -skjematisk bruk av CAD

La oss begynne å lage skjematikken vår!

Generelt liker jeg å legge alle delene mine til skjematikken og legge dem ut på en måte som gir mening for meg. På dette tidspunktet hvor du plasserer dem har ingen innvirkning på den fysiske plasseringen på PCB, så du kan bruke denne fleksibiliteten til din fordel. Hvis du ikke har fotavtrykk for alle komponentene dine, anbefaler jeg SnapEDA og Ultralibrarian. Disse ressursene har et fantastisk utvalg av tilgjengelige deler til omtrent hver CAD -programvare du kan bruke. Bare slå opp delenummeret til komponenten, og last ned de riktige filene. De har opplæringsprogrammer som lærer deg hvordan du importerer disse filene hvis du ikke allerede vet hvordan du gjør det.

Før du kobler delene sammen, er det best å sjekke pin-outs for hver komponent for nøyaktighet. Dette er grunnen til at det er viktig å ha databladene, jeg har ødelagt hele partier PCB -er (husker du de timene med frustrasjon?) Fordi jeg hoppet over dette trinnet. Hvis du ikke lagde delen selv (og noen ganger selv om du gjorde det) Dobbeltsjekk ALLTID.

Når du går til wire din skjematisk jeg har funnet det fordelaktig å bruke nett etiketter for å gjøre tilkoblinger. Hvis du har en stor mengde ledninger som går alle veier, blir det vanskelig å følge, og øker også sjansene for å koble til et sted du ikke burde (flere timer med frustrasjon). En balanse mellom ledninger og nettmerker er vanligvis den beste. Bare vær sikker på å bruke en liste med nettmerker som vil være fornuftig for alle andre som ser på designet. Dette vil gjøre livet enkelt hvis du kommer tilbake til dette designet i fremtiden og ønsker å gjøre endringer, eller feilsøke det originale designet.

Skjematisk er også et godt sted å legge igjen notater om hvordan forskjellige deler av kretsen skal fungere. Dette er en god måte å holde oversikt over alle detaljene som kreves for å få tingen til å fungere som den skal. Et eksempel på dette prosjektet er at det kreves en jumper mellom aktiveringspinnen til ESP -modulen og 3.3v -forsyningen for programmering. Selv om dette sannsynligvis ikke er det eneste stedet du bør dokumentere den slags informasjon, er det definitivt godt å ha for vane å skrive ALT ned.

Gi diagrammet en god inspeksjon før du går videre til neste trinn. Dette må være riktig for at PCB -layoutprosessen skal gå greit. En treg og metodisk tilnærming vil alltid gi deg det beste sluttresultatet. Gå over eventuelle notater du måtte ha, og bekreft hver av dem mot skjematikken.

Trinn 3: PCB -oppsett

Før vi begynner å ordne komponentene våre, er det best å se på fotavtrykkene og kontrollere at de er riktige for delene du har tenkt å bruke. For eksempel vil noen deler ha hull- og SMD -varianter tilgjengelig. Sørg for at du bare bruker deler du vil kunne installere. EPS-32-modulen har en pute under den som krever spesiell håndtering (mer om dette senere) Bare sørg for at du har en plan for disse situasjonene. Etter å ha valgt de riktige pakkene for komponentene våre, bør du igjen sjekke pin-outs for hver del mot databladet (har du lagt merke til en trend her?) Tro meg når jeg sier at disse kan være feil, og det vil ta en lang dag hvis du må spore opp disse problemene senere

Når du ordner komponentene dine, må du sørge for at du tar hensyn til noen av de fysiske begrensningene jeg nevnte tidligere. I noen tilfeller kan det være nødvendig at du plasserer visse deler først fordi plasseringen er kritisk og passer til alt annet rundt dem. Husk å plassere deler som er koblet tett sammen, men også gi nok plass til å jobbe med under montering. Hvis du har et bestemt kabinett som du planlegger å bruke, kan det være fornuftig å lage brettprofilen og eventuelle borehull først.

Etter at alle komponentene er plassert der du vil ha dem, er det på tide å begynne å rute sporene dine. Det er noen få viktige punkter å huske mens du gjør dette.

• Det kortest mulige sporet er generelt best
• Større er vanligvis bedre (spesielt for strømforsyningslinjer)
• Du må vite hvor mye strøm et gitt spor skal håndtere og sørge for at størrelsen du har valgt trygt kan håndtere den mengden (Dette er et veldig viktig sikkerhetsproblem, overstrøm kan forårsake oppvarming og potensielt være brannfare)
• Vet hvilke toleranser produsenten din er i stand til å opprettholde, og følg disse retningslinjene. Her er en lenke til kapasitetssiden for én produsent (CAD -programvaren din kan ha en designregelkontroll som vil varsle deg om steder som ikke oppfyller en standard fabrikken kan følge)

Selv om ruting av spor kan være et morsomt puslespill, kan noen ganger designene våre bli kompliserte, noe som gjør dette til en ekstrem utfordring. I slike tilfeller kan du spare mye tid ved å bruke programvare for automatisk ruting. Her er en lenke til en Auto-router jeg har brukt på flere prosjekter. Auto-ruteren importerer prosjektet ditt og bruker designreglene dine til å lage passende spor for alle garnene dine. Vanligvis vil jeg la auto-ruteren gjøre jobben sin, og deretter endre noen ting manuelt som jeg kanskje vil være annerledes. Du kan også rute sporene du vil være på bestemte steder, og auto-ruteren vil omgå de eksisterende sporene mens den fungerer på de gjenværende garnene.

Trinn 4: Siste berøring og forberedelse til produksjon

Med deler plassert og spor kjøre, er PCB -en nesten klar til å gå. Nå er det et godt tidspunkt å gi hele oppsettet en god gang. Følg spor ved å bruke skjemaet som en guide, og sørg for at alle tilkoblingene du trenger er gjort.

Du bør også vurdere å legge til grafikk på tavlen i silketrykket. Ditt navn eller noen andre produsenters merke er en god måte å la andre vite at du er stolt over arbeidet ditt. Jeg tror også på å markere de fleste om ikke alle forbindelsespunktene mine med det de er til for. Dette hjelper når du skal koble til ting etter montering, og gjør det lettere for andre å forstå funksjonene til disse tilkoblingspunktene.

En annen ting du bør vurdere er å merke en revisjonsidentifikator, spesielt hvis dette er et brett du har tenkt å lage mer enn én gang. På denne måten kan du gjøre endringer i kretsen i fremtiden, og på et øyeblikk fortelle hvilken versjon av brettet du jobber med.

Med alt dette gjort er det på tide å plotte/eksportere designet ditt, og sende det til produsenten. Generelt vil dette være Gerber -filer, og vanligvis bør de alle lagres i en enkelt zip -mappe. Dette er hva du vil laste opp når du legger inn PCB -bestillingen.

Her er en lenke til Gerber -filene for eksempelprosjektet mitt på GitHub

Trinn 5: Bestilling av kretskort

Flere og flere alternativer er tilgjengelige for dette enn tidligere. Det har blitt så enkelt at alle kan få designene sine profesjonelt laget av store fabrikker og en utrolig rimelig pris.

Jeg har designet over 35+ PCB -er og alle har blitt produsert av JLCpcb (https://jlcpcb.com)

Et veldig godt selskap som jeg aldri har hatt kvalitetsproblemer med. Her er en lenke til en video som gir en omvisning i anlegget deres og forklarer PCB -fabrikasjonsprosessen i detalj. Fabrikk-omvisning

Gå til nettstedet deres og start et tilbud. Last deretter opp.zip av Gerber -filene dine. Du bør se en gjengivelse av designet etter at opplastingen er fullført. Velg mengde, farge og andre kriterier du vil spesifisere på dette tidspunktet. Da er det enkelt å gå til kassen. Du kan enkelt laste opp dine egne Gerber -filer til en gratis online Gerber -visning og se hvordan disse filene ser ut når de gjengis.

Vanligvis prøver jeg å sende inn flere design samtidig for å kombinere forsendelsen. Normalt forventer jeg å motta disse i 1-2 uker etter at bestillingen er lagt inn. Dette kan selvfølgelig variere avhengig av en rekke faktorer, men de vil gi deg oppdateringer om bestillingsfremgangen via nettstedet deres og et sporingsnummer etter at bestillingen er sendt.

Trinn 6: La oss bygge det

Det er på tide å sette sammen!

Husker du at jeg tidligere nevnte at det er et triks å lodde ESP-32-modulen? Hvis du ser på fotavtrykket på kretskortet, vil du legge merke til en stor pute under komponenten. Det kan være litt av en utfordring, men jeg må måter du kan få jobben gjort.

Alternativ 1: Bruk loddemasse og en liten brødristerovn.

Dette er virkelig rett frem, og det kommer definitivt til å gi deg de beste resultatene totalt sett. Denne videoen forklarer prosessen. Sørg for at du forstår temperaturkravene til loddemassen du bruker, og du vil få noen ganske utrolige resultater uten mye innsats. Dette vil ta seg av lodding de fleste om ikke alle SMD -komponentene. Bonuspoeng hvis brødristeren kom fra en søppelhaug og måtte repareres før bruk.

Alternativ 2: Få ut øvelsen!

Dette alternativet vil definitivt fungere, men det er ikke det mest ideelle. Hvis du borer et lite hull forsiktig gjennom kretskortet i midten av denne puten, kan du lodde det fra baksiden av brettet som en gjennomgående hullkomponent. Ting kan gå galt med denne tilnærmingen, så ta deg god tid og bruk en borekrone av høy kvalitet. Hvis du ikke har tenkt å bruke en reflow -ovnprosess, kan du håndtere problemer som dette i designet ditt ved å legge til et gjennomhullet hull i midten av denne puten. Dette lar deg lodde med et strykejern uten risiko for å skade brettet ditt.

Lodd alle gjenværende hulldeler (og SMD hvis du ikke brukte reflow -metoden). For pinnehodene skal jeg lodde en enkelt pinne for å holde den på plass mens jeg snur brettet for å sikre at det er rett. Det er også godt å sjekke lodding nøye på alle SMD -deler ved hjelp av en eller annen forstørrelsesglass. Hvis du finner noe du trenger å røre ved, kan du bruke litt flux (tro meg, dette gjør en stor forskjell) og varme opp loddetinnet. Jeg fant på mitt eksempeldesign at ESP-32-modulen hadde flere steder som måtte omarbeides. Vær også oppmerksom på at jeg ikke med vilje har lagt til noen pin-headers til dette kortet, det er fordi jeg har tenkt å lodde ledningene direkte fra eksterne enheter. Dette er ikke alltid den beste tilnærmingen, men for applikasjonen min er det ikke et problem.

Det er det! fra start til slutt tok vi et kretskonsept og laget vår egen tilpassede PCB for dette prosjektet. Når du får tak i det, er mulighetene nesten uendelige. Jeg håper denne instruksjonsboken har gitt deg noen gode ideer, og pekte deg på noen nyttige ressurser for å hjelpe deg på PCB -reisen. Takk for at du leste!

Glad i å lage, og ikke la røyken slippe ut! (Seriøst trenger den den magiske røyken)