poslední úprava těchto stránek
30.červen 2023



Návrh plošných spojů















Bez plošných spojů se dnes při vývoji hardware neobejdete. Dříve nebo později budete chtít projekt odzkoušený na nepájivém poli zachovat anebo uvést v praxi, do používání. V tom případě budete potřebovat solidně zhotovenou konstrukci na plošném spoji.

Je potřeba pochopit, že plošný spoj je elektronická součástka ve vašem zařízení a to velmi důležitá a často složitá, komplikovaná součástka. Proto je potřeba jí věnovat pozornost. Dávno je pryč doba, kdy se plošný spoj navrhoval kreslením tuší na papír a tato předloha se fotografovala na planfilmy, které se následně přefocovaly na destičku budoucího plošného spoje, který se pak tvořil leptáním v lázni chloridu železitého. Tyto doby skutečně jsou již pryč.

V současnosti se pro návrh plošných spojů používají počítačové programy, které generují výrobní podklady v podobě sestavy souborů. Soubory se odesílají do fabriky, která z nich vyrobí plošný spoj. Kvalita výsledného plošného spoje závisí na mnoha okolnostech. V prvé řadě na vlastním návrhu vytvořeném designérem a dále na kvalitě zpracování podkladů ve fabrice. V neposlední řadě na použitých materiálech, které výrobce pro výrobu plošného spoje použije.

Kvalita práce designéra je ovlivněna jednak jeho zkušenostmi, praxí a jednak návrhovým software, který k návrhu použil. Nelze čekat, že s freeware návrhovým software, získaným zdarma na internetu dosáhnete profesionálních výsledků. Takový software bude spíše zdrojem chyb, nepřesností a potíží, které celkově vyústí v nekvalitné plošný spoj.

Podobně volba levného čínského výrobce plošných spojů nepřinese dobré výsledky. Čínští výrobci v honbě za nízkou cenou používají nekvalitní materiály. Snadno se pak stane, že měděné spoje se z destičky odlupují, maska na plošném spoji má mikroskopické prasklinky, které absorbují vlhkost, prokovené otvory časem ztrácejí vodivost a podobně.

Návrhový software

Budete-li vytvářet rekreačně destičku 10x10 cm s 20 součástkami, které mají drátové vývody, zcela jistě vystačíte s freeware návrhovým software. Avšak, pokud budete chtít vyrobit stejně velkou destičku, na které bude 200 nebo 300 součástek v povrchové montáži, budete muset použít kvalitnější návrhový systém, který vám umožní tenké spoje, např. 0.1 mm, prokovené otvory 0.4 mm a tvorbu více vrstev.

Freeware návrhové systémy obvykle nemají mnoho kontrolních funkcí a tak při návrhu složitějšího projektu se snadno dopustíte chyby, kterou návrhový systém získaný zdarma prostě neodhalí a vy si chyby při návrhu nevšimnete. Výrobci plošných spojů zásadně nekontrolují chyby návrhářů a desku vyrobí z podkladů, které jim návrhář dodá. Výsledkem návrhu s neodhalenými chybami je pak nepoužitelný zmetek.

Návrhové systémy generují jednat tzv. "artwork" soubory, což jsou soubory ve formátu Gerber a jednak soubory pro Excelon vrtačky. To jsou dva minimálně potřebné druhy souborů pro výrobce. Profesionální systémy pak generují ještě soubory pro testování a automatické osazování plošného spoje, soubor seznamu použitých součástek, a podobně.

Soubory Gerber však existují v různých formátech. Většinou lze v návrhovém systému nastavit požadovaný typ formátu a jeho parametry. Je potřeba se o požadavcích poptat u výrobce. Některé levné návrhové systémy však negenerují všechny potřebné informace a tak při použití levných freeware návrhových systémů se vám může stát, že na vyrobeném plošném spoji budou například chybět některé otvory nebo otvory či výřezy budou mít jiné rozměry, než jste do návrhu zanesli.

Někteří výrobci plošných spojů poskytují zdarma vlastní návrhový systém a to často velmi propracovaný. Je lákavé takový systém použít. Nedostatkem však je, že výstupní soubory lze použít pouze pro toho výrobce, který vám návrhový systém poskytl. Cena za návrhový systém, který jste "zdarma" takto získali je zahrnuta v ceně následně vyrobených plošných spojů.

Postup návrhu plošného spoje

V prvé řadě musíte mít schéma zapojení, pro které chcete plošný spoj navrhnout. Dále potřebujete rozmyslet tvar a rozměry destičky plošného spoje a to včetně výřezů. V případě, že destička je členitá, má výřezy na okrajích anebo uvnitř, Je dobré nakreslit si nejprve její náčrtek s kótami. Ustálená praxe je taková, že plošné spoje se navrhují v palcových mírách, kde jednotkou je jedna tisícina palce (1 palec = 25.4 mm). Návrhové systémy, ačkoliv často umožňují také míry v milimetrech, mají v tisícinách palce jemnější rozlišení. Palcová míra se ujala proto, že většna součástek má rozteče vývodů v palcových mírách (0.1" nebo 0,05" a podobně). I když se může zdát, že rozdíl 2.54 mm v palcové míře a 2.5 mm v milimetrové míře, tedy rozdíl 0.04 mm je zanedbatelný, při návrhu plošného spoje je to velmi vysoká nepřesnost. Profesionální návrhové systémy pracují s přesností 1/1000 palce. Nepřesnosti se navíc kumulují, sčítají, takže ve výsledku vedou k velkým chybám a celkově je takový plošný spoj zmetek.

Když znáte schema zapojení a máte rozmyšlen tvar a výřezy plošného spoje, potřebujete určit, kde budou umístěny konektory, ovládací prvky (přepínače, vypínače, potenciometry a podobně) s ohledem na budoucí montáž. Pokud mají být na plošném spoji umístěny chladiče, je potřeba zvážit jaký bude způsob jejich chlazení a cirkulace vzduchu okolo chladiče. Po těchto základních rozvrženích můžete začít rozmisťovat ostatní součástky.

Před návrhem spojů musíte určit, zda bude plošný spoj s tzv. "rozlitou zemí" nebo bez rozlité země. Pro návrh spojů hraje roli také druh zapojení. Je rozdíl jestli navrhujete plošný spoj pro digitální obvody, anebo plošný spoj pro analogové obvody anebo plošný spoj pro vysokofrekvenční nebo dokonce mikrovlnné obvody. Tomu musíte váš design přizpůsobit. Bohužel zkušenosti s návrhem plošných spojů nelze získat jinak než dlouhodobou praxí a měřením následného výsledku vaší práce, vašeho projektu.

Příklady navržených plošných spojů

V následujícím odkaze jsou ukázky navržených plošných spojů: galerie návrhů desek plošných spojů

Návrhový systém EdwinXP

V roce 2006 jsem pro časopis Praktická Elektronika napsal seriál článků o návrhovém systému EdWinXP, který používám od poloviny 90-tých let minulého století (předchůdcem byla DOSovská verze EE Designer). Redakce časopisu Praktická Elektronika mé články uveřejnila, ašak nikoliv po mým jménem. Zvěřejnili je, jakoby autorem byla redakce. Zde si můžete články přečít (v PDF):

  • Úvod
  • 2.část
  • 3.část
  • 4.část

  • Návod jak začít pracovat se systémem EdwinXP: EDWinXP Getting started.

    V současnosti licenční práva k systému EdwinXP vlastní čínská společnost. Poslední dvě verze, ještě z roku 2018 jsou EdwinXP 1.90 a EDWinXP 2.10. Lze je stahnout kompletní a testovat 14 dní. Pak je potřeba uhradit registrační poplatek.

    Podpora návrhového systému EdwinXP

    v současnosti je podpora uživatelů systému EdWinXP u mne. Potřebujete-li zhotovit nějakou součástku do knihovny EdwinXP, postačí zaslat majlem katalogový list součástky. Můžete si objednat kontrolu vašeho projektu před výrobou nebo celý návrh desky plošného spoje pro váš projekt.

    Další možnosti využití systému EdwinXP

    Ačkoliv to tvůrce systému EdWinXP asi neměl v úmyslu, systém EdwinXP lze snadno použít pro kreslení schemat elektrotechnických rozvodů a rozvaděčů. Postačí vytvořit si knihovnu elektrotechnických schematických symbolů. Další možností je využití pro kreslení vývojových diagramů a k simulaci elektronických obvodů.