Ai-je mis trop sur cette disposition PCB?

Je fais ma première mise en page PCB (en utilisant Altium) et j'ai finalement dépassé l'étape du routeur automatique. Le résultat est un gâchis et il manque des réseaux et des violations de règles de conception. Ai-je trop emballé sur cette carte ou ai-je juste besoin de repenser le placement de mes composants?

La planche est composée de deux couches.

Je suis coincé avec un boîtier très spécifique et je ne pourrai pas agrandir la planche dans l'axe xy.

Il s'agit d'une carte de loisirs, mais j'ai une configuration de soudage SMD complète à la maison (belle portée et tout). Le placement du connecteur fait partie de l'enceinte (sinon ce seraient les premières choses à bouger). Il s'agit d'un remplacement direct pour un ancien système de surveillance du moteur. Il prend des mesures principalement à partir de thermocouples et de thermistances. La grande puce au centre est un ATmega2560 fonctionnant à 16 MHz.

MISE À JOUR:

Merci pour toutes les contributions. J'ai réorganisé la planche et je suis passée à 4 couches. Ensuite, j'ai tout routé à la main. Ça a l'air beaucoup mieux maintenant!

Je suppose que vous utilisez l'autorouteur car vous pensez qu'il vous fera gagner du temps. Mais j'ai une mauvaise nouvelle: on dit que la disposition des PCB est composée à 80% de placement de composants, à 20% de routage. Vous ne pouvez pas simplement gifler les composants, vous devez penser à la façon dont les signaux se connectent et si vous placez les composants correctement, la disposition «découlera» de cet emplacement. Donc, si vous avez un bon placement, vous avez tout de suite votre itinéraire et vous pourriez aussi bien le faire vous-même (ou au moins une grande partie de celui-ci) tout en faisant cette mise en page.

Les autorouteurs sont une douleur. Je n'ai jamais vu des gens les utiliser avec beaucoup de succès - en particulier ceux intégrés comme ce que vous trouvez dans Altium (bien qu'ils montraient récemment un nouvel outil, donc cela pourrait aider?). De plus, le placement des composants est vital.

Un problème avec toute disposition automatique ou synthèse de circuit est que le programme ne fera que ce que vous lui dites - et si vous ne lui dites pas tout, il fera des choses stupides. Vos règles doivent être parfaites . Vos contraintes doivent être complètes . Chaque exigence que vous avez doit être formulée sous forme de règles et de directives. Souvent, vous ne réalisez peut-être pas tout ce que vous savez / exigez implicitement - N'acheminez pas les signaux d'alimentation tout autour de la carte - La connexion entre le condensateur de découplage et la broche d'alimentation de la puce doit être aussi courte que possible et ne pas aller serpentant autour d'un tas de circuits analogiques - la liste continue.

Votre emplacement semble bâclé - prenez cet exemple:

Si vous renversiez R17, la trace qui va de R17 à R18 n'aurait pas besoin de traverser la trace allant de R17 à D1. R19 semble être en parallèle avec C12 - c'est peut-être quelque chose que vous pouvez utiliser pour simplifier la disposition, en les mettant physiquement parallèles les unes aux autres. Déplacer R19 au-dessus ou au-dessous de C12 faciliterait également l'acheminement de C18. Le C17 semble également pouvoir être inversé à 180 degrés de sorte qu'il ne nécessite pas de traces de croisement. Tourner D1 de 90 degrés dans le sens des aiguilles d'une montre pourrait faciliter le routage de cette trace de la broche "centrale" vers R17. Et vous avez un tas d'espace inutilisé sous ces composants, pourquoi ne pas l'utiliser et déplacer un peu l'ensemble entier vers le bas? Vous vous souvenez de ce que j'ai dit à propos du placement à 80%, du routage réel à 20%?

De plus, il semble que votre routeur automatique ait abandonné. Prends pour exemple:

Il y a beaucoup d'espace pour séparer ces traces. Cela ne devrait pas être un problème, et n'importe qui peut voir que vous n'avez qu'à déplacer la trace de gauche d'une fraction vers la gauche, et l'erreur serait corrigée.

Contrairement à ce que d'autres ont dit, l'utilisation du routeur automatique n'est pas le problème. Ils ont raison en ce que vous ne pouvez pas simplement jeter une conception entière sur le routeur automatique et vous attendre à ce qu'il résolve tout pour vous. Mais, lorsqu'ils sont utilisés correctement, les routeurs automatiques sont des outils légitimes et qui font gagner du temps. N'écoutez pas les genoux qui disent de ne pas utiliser le routeur automatique.

Votre problème est que vous avez essayé de mettre trop de choses sur une planche à 2 couches. S'attendre à acheminer autant de broches étroitement espacées en 2 couches est extrêmement irréaliste.

L'autre problème est que vous n'avez pas considéré la mise en page avec suffisamment d'attention. C'est plus difficile à évaluer en regardant vos images, mais cela semble tout à fait probable.

D'une part, il y a très peu de place autour de la puce dense. Même avec plusieurs couches, il y aura une congestion autour de cette puce. Parfois, je détourne même les traces d'une puce dense pour les étendre un peu, puis voir comment le routeur automatique peut le gérer.

Cependant, la première règle d'un bon routage est une bonne mise en page . Vous ne pouvez pas simplement plonger des pièces quelque part, puis les connecter en quelque sorte lors du routage plus tard. Une bonne mise en page est quelque chose que vous apprendrez et que vous obtiendrez une certaine intuition en faisant plus de conceptions. Pour les premiers modèles, cela vous donne beaucoup de place. Tu ne l'as pas fait.

Les grandes pièces sont souvent flexibles dans leurs affectations de broches. Cela est généralement vrai pour les microcontrôleurs et les FPGA. Dans certains cas, j'ai en fait imprimé une photo de brochage d'une grande partie. J'ai ensuite pris des notes autour de lui correspondant au placement approximatif des choses auxquelles il devait se connecter sur le tableau. J'ai barré toutes les broches fixes, comme l'alimentation, la terre, le MCLR, etc. Ensuite, j'ai soigneusement assigné les broches souples en fonction de la proximité de la chose à laquelle elles devaient se connecter.

Cela peut être un processus itératif. Vous pouvez vous déplacer à mi-chemin autour de la pièce et vous rendre compte que vous êtes à court d'une broche dans une direction. Cela peut nécessiter une réaffectation des broches de l'autre côté de la pièce pour déplacer les choses.

Pour les grandes pièces comme les microrégulateurs, je le place dans une grande zone vide, puis ne place que ses parties immédiatement connectées autour de lui. Cela inclut les bouchons de dérivation et le cristal avec ses bouchons, le cas échéant. Ensuite, vous orientez et déplacez l'ensemble de ce groupe de pièces en tant qu'unité.

Il est parfaitement normal de placer certaines pièces dans des positions approximatives, puis de revenir et de les emballer plus efficacement à mesure que davantage de pièces sont placées. Encore une fois, l'ensemble du processus est itératif. Après avoir acquis de l'expérience et de l'intuition, ces étapes iront plus vite. Attendez-vous à ce que les premiers modèles, en particulier les modèles denses, prennent du temps.

Une fois que vous avez une disposition raisonnable avec des fils d'air qui ne se croisent pas partout, faites un petit routage manuel des signaux importants. Je fais habituellement tous les bouchons de dérivation en premier, qui bien sûr devraient déjà être proches des broches d'alimentation et de terre qu'ils contournent. Si vous avez un plan de masse, l'étape suivante consiste à connecter la plupart des points de masse au plan de sol avec des vias. Cela ne laisse que les fils d'air qui seront de véritables traces routables.

À ce stade, selon votre expérience, vous acheminez certaines choses que vous pouvez voir être des problèmes ou laissez simplement le routeur automatique voler.

Cependant, vous n'utilisez pas encore le routeur automatique pour créer l'itinéraire final, juste pour vous montrer les points problématiques. Un bon routage automatique est également un processus itératif. Vous exécutez le routeur automatique, voyez où il rencontre des problèmes, effectuez un routage manuel et peut-être des changements de placement en conséquence, exécutez à nouveau le routeur automatique, etc. Finalement, vous convergez sur un itinéraire terminé. L'auto-routeur vous a encore fait gagner un temps considérable en faisant une grande partie du travail de grognement pour vous.

Une fois que vous avez une solution avec laquelle vous êtes raisonnablement à l'aise, vous examinez soigneusement tout et nettoyez manuellement les choses évidentes. Par exemple, si vous avez un plan au sol, vous ne voulez pas que les vias soient groupés. Beaucoup de petites îles valent mieux que quelques grandes îles dans le plan du sol.

Encore une fois, n'écoutez pas tous les genoux religieux. Allez-y et utilisez le routeur automatique, mais faites-le avec prudence et responsabilité. Je fais du génie électrique de manière professionnelle et j'ai utilisé le routeur automatique d'une manière ou d'une autre sur probablement plus de 95% de toutes les cartes que j'ai conçues. Plus la carte est compliquée, plus le routeur automatique est un outil précieux pour faire le travail de grognement pour vous. Ne vous attendez pas à ce qu'il fasse tout le travail. Et, vous devez commencer par un bon placement.

Le routeur automatique n'est pas magique. Et ne devrait pas être utilisé pour faire des planches complètes. Vous devez d'abord acheminer vous-même les éléments importants. Comme les bouchons d'alimentation, haute vitesse et bypass. Ensuite, vous pouvez laisser l'auto-routage faire les choses fastidieuses.
Les règles de conception doivent être parfaitement configurées pour que le routeur automatique fonctionne correctement.

Il semble maintenant que vous ayez placé les composants au hasard. Vous obtenez de bien meilleurs résultats si vous regroupez les composants, ou du moins les placez sur une grille. Par exemple,

• U3, qui est très probablement un régulateur de tension, aura des C proches. Ceux-ci ne semblent pas très proches.
• U7 et U8 ont très probablement un bouchon de dérivation. Où sont-ils?
• Il y a une collection de R sur le côté droit. S'il s'agit d'un réseau de résistances, pourquoi ne pas les mettre dans une grille carrée? Si vous gardez un espace entre les deux, vous pouvez souvent les acheminer à la main correctement.
  Exemple:
  

Je recommanderais de visionner des cartes professionnelles (démontage de certains équipements de test), ou du matériel ouvert de qualité et peut-être des vidéos de présentation de circuits imprimés. Depuis le EEVblog par exemple.

Au moins, vous travaillez avec une taille de carte définie avec des supports, c'est bien! C'est une erreur classique pour les débutants de router une planche sans contraintes de taille et de penser au boîtier lorsque la planche est déjà faite.

Vous avez fait l'une des plus grosses erreurs qu'un débutant peut faire, c'est de faire confiance à l'autorouteur pour faire votre travail pour vous. C'est un énorme malentendu chez les amateurs, et c'est que l'autorouteur est pour les débutants. En réalité, c'est exactement le contraire. Seuls les utilisateurs experts d'Altium (et d'autres packages) peuvent l'utiliser correctement, et au moment où ils deviennent experts, il est souvent plus facile pour eux de les acheminer à la main. Les débutants doivent TOUJOURS commencer à la main. N'UTILISEZ PAS L'AUTOROUTER.

Pour vous aider à acheminer votre planche, je vous suggère de commencer par placer les pièces en position critique (connecteurs, principalement). Tout ce que vous SAVEZ dont vous avez besoin est placé à un endroit précis et ne peut pas être déplacé même de quelques millimètres. Commencez ensuite à regrouper les composants restants en petites sections. Par exemple, regroupez tous les composants directement connectés ou liés au CI U1 (hors de la carte), disposez-les de manière à ce que les fils d'air soient courts et droits (ne se croisent pas), puis acheminez-les ensemble (hors de la carte) ). Faites cela pour tous les différents modules (ou au moins quelques-uns à la fois), puis déplacez les modules sur la carte en tant que groupes de composants à un endroit qui a du sens. En déplaçant les modules déjà routés sur la carte, vous pourrez repositionner les groupes de sorte que les fils d'air entre eux soient courts et droits, et vous répétez le processus pour acheminer les "modules" ensemble comme vous l'avez fait pour les composants de chaque module. Continuez ainsi et vous aurez finalement une conception propre et bien pensée avec des vias minimaux et un flux de signal logique.

Et pour répondre à votre question, non - il n'y a pas trop de choses sur ce tableau. En fait, c'est assez rare par rapport à certains de ceux sur lesquels j'ai travaillé. Il vous suffit d'être intelligent sur le placement de vos composants pour minimiser le nombre de vias dont vous avez besoin et le nombre de pistes en boucle. Comme d'autres l'ont mentionné, réduisez vos vias. Un foret de 0,2 mm est suffisant pour la plupart des vias.

Une perspective économique:

Donc, c'est un projet de loisir.

Dans ce cas, considérez le nombre d'heures que vous passerez à faire votre mise en page par rapport au coût d'une planche légèrement plus grande. Certains fabricants (comme pcbway) vous factureront même le même prix pour une carte 80x100mm ou 100x100mm, donc l'augmentation de la taille peut être gratuite.

Si vous passez une journée d'efforts à essayer de l'installer sur une planche plus petite afin d'économiser 2 $ sur les coûts des PCB, détendez-vous! Agrandissez votre planche. Peu importe s'il y a de l'espace inutilisé. Il n'a pas besoin d'avoir l'air bien rangé et exigu ...

... ce qui précède est désormais obsolète puisque vous avez dit que l'emplacement de votre boîtier et de votre connecteur était fixe, donc:

Si c'était mon projet de loisir, j'opterais pour 4 couches (50 $, ça vaut le coup, temps contre argent) pour garder un avion au sol sain et ne pas avoir à passer trop de temps à penser aux EMI. Je sais que cela semble un peu absurde, mais la couche 4 est tellement bon marché de nos jours que cela a vraiment du sens dans un contexte de loisir lorsque vous voulez qu'elle fonctionne la première fois sans maux de tête, problèmes EMI et sans passer trop de temps. Cela aide également de manière subtile: les chances de faire une grosse erreur de bruit / EMI seront beaucoup plus faibles.

Si c'est dans un environnement automobile, attendez-vous à beaucoup de bruit (comme des bougies d'allumage ...), alors vous voulez vraiment un plan de masse complet. Surtout si vous voulez obtenir un faible bruit sur les lectures ADC. Rappelez-vous que GND c'est-à-dire 0V est votre référence, donc les traces de masse maigres garantissent à peu près une haute impédance dans GND, donc GND étant à des tensions différentes partout en fonction du courant qui y circule, donc des lectures ADC très bruyantes (si cela fonctionne même).

Pour ce qui est de votre question sur le placement des composants. Le placement des composants (comme d'autres l'ont dit aussi) représente 80% du routage. Placement correct des pièces préalablement pensé et tout le reste se met en place.

Une fois les composants placés de manière stratégique, vous trouverez deux résultats ici. 1) La formation du routeur automatique Altium prendra beaucoup plus de temps que le simple routage manuel. 2) Le routage tombe juste en place avec une réduction via le nombre et aucun trajet panoramique (X, Y et Z) avec le Cu. traces / conducteurs.

Sans parler du nettoyage après que le routeur automatique eut fait son chemin; J'ai vu beaucoup de choses étranges que le routeur automatique fait et cela me fait vraiment peur. Oui, j'ai utilisé l'AR (en un clin d'œil) mais uniquement sur des trucs divers et similaires.

À mon humble avis, prenez l'auto-routeur Altium jusqu'au pôle Nord, découpez un trou dans la glace et jetez-le.