Как развести печатную плату по схеме: аналоговая часть схемы должна быть отделена от остальной части, а при ее разводке должны соблюдаться особые методы и правила

РАЗВОДКА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

Многие знакомы с такой технологией разводки и создания печатных плат, как вырезание дорожек. Но что делать, когда схема слишком сложна и объёмна? Тут уже придётся осваивать более современные методы, с одним из которых мы тут и познакомимся. Возьмем, например, схему этого звукового пробника:

   Существенной разницы не имеет, будем ли мы разводить плату на листочке в клетку, вырезав из картона шаблоны деталей с выводами (хотя я глубоко сомневаюсь, что кто-нибудь будет пользоваться таким методом в 21 веке, когда в каждом доме есть компьютер), либо воспользуемся какой-нибудь программой для разводки печатной платы, например sprint layout. Конечно с помощью sprint layout это сделать будет намного проще, особенно в больших схемах. В обоих случаях сначала мы ставим на рабочее поле деталь с наибольшим количеством выводов в нашем случае это транзистор, допустим VT1, это у нас КТ315. (Ссылка на руководство по пользованию sprint layout будет приведена ниже). Причем поначалу при проектировании у вас печатная плата может напоминать принципиальную схему, ничего страшного, думаю все так начинали. Поставили, дальше соединяем его базу и эмиттер дорожками с резистором R1, также у нас база VT1 соединена с выводом конденсатора С1 и выводом резистора R2. Вместо линий на схеме мы соединяем на печатной плате выводы деталей дорожкой. Еще я взял себе за правило считать количество выводов деталей соединённых на схеме и на печатной плате, у нас должно получиться такое же количество соединенных пятачков.

   Как видим, с базой у нас на плате также как и на схеме соединено еще 3 вывода, на схеме они помечены красными колечками. Дальше устанавливаем транзистор VT2 – это транзистор кт361, он структуры pnp, но нам это в данный момент все равно, так как он имеет также 3 вывода и в корпусе точно таком же как и кт315. Установили транзистор, далее соединяем его эмиттер с вторым выводом R2, а второй вывод конденсатора С1 с коллектором VT2. Базу VT2 мы соединяем с коллектором VT1, устанавливаем на плату пятачки для подключения динамика ВА1, его мы соединяем одним выводом с коллектором VT2, другим выводом с эмиттером VT1. Вот как все, что описал выглядит на плате:

   Продолжаем дальше, мы устанавливаем светодиод, соединяем его с выводом ВА1 и с эмиттером VT2. После мы устанавливаем транзистор VT3, это также кт315 и соединяем его коллектором с катодом светодиода, эмиттер VT3 мы соединяем с минусом питания. Далее мы устанавливаем резистор R4 и соединяем его дорожками с базой и эмиттером транзистора VT3, вывод с базы мы пускаем на щуп Х1. Смотрим, что получилось на плате:

   И наконец устанавливаем последние несколько деталей. Установим выключатель питания, соединяя его с плюсом питания дорожкой от одного пятачка и с эмиттером VT2, дорожкой от другого пятачка, соединенного с выключателем. Соединяем этот вывод выключателя с резистором R3, а второй пятачок резистора соединяем с контактами щупа Х2.  

   Всё, плата разведена. При большом желании можно перенести этот рисунок на текстолит протравить эту плату и у вас будет устройство Звуковой пробник с прозвонкой сопротивлением до 650 Ом. Конечно, можно было при желании развести более компактно, но у меня не было такой цели, моя цель была поэтапно рассказать о процессе создания макета печатной платы. Если кого-то заинтересовал процесс создания плат с помощью программы sprint layout, рекомедую пройти и ознакомиться с руководством на форуме. Ниже прикреплен вариант платы более компактно разведенной.

   Оба варианта печатных плат в Lay можно скачать тут. Материал подготовил – AKV.

   Форум по самостоятельной сборке плат

7 правил проектирования печатных плат / Хабр

Приветствую! В процессе обсуждения статьи товарища KSVl была озвучена необходимость небольшого пособия по проектированию печатных плат. Очень часто на хабре я вижу статьи в стиле «5 правил оформления кода» или «5 шагов к успешному проекту», то есть очень удобные собрания тезисов по определенной теме. К сожалению подобных статей по разработке электроники мало и это плохо…

Я обещал пользователю KSVl и некоторым другим читателям, статью с базовыми принципами проектирования печатных плат (ПП), так же приглашаю к ознакомлению всех любителей попаять за чашечкой кофе!

Пролог

Все описанные в статье правила, являются самыми базовыми и ориентированы исключительно на совсем начинающих разработчиков для которых электроника просто хобби. Сразу хочу отметить, что данная статья не претендует на абсолютную истину и все объяснения даны в вольной форме.

Наверняка найдутся люди, которые скажут: «Да и так ведь работает, зачем что-то менять?». И вот тут увы, я не готов тратить силы и переубеждать вас. Одни хотят все делать хорошо, качественно и надежно, другим же не дано понять этого желания.

Источники информации на которых базируются описанные в статье правила:

1. Курс общей физики и электротехники. Все в пределах 1-го курса ВУЗа
2. Книги Говарда Джонса «Конструирование высокоскоростных цифровых устройств: начальный курс черной магии» и «Высокоскоростная передача цифровых данных: высший курс черной магии»
3. Стандарты IPC, например, IPC-2221A. Бывает перевод на русском (старая версия) и оригинал последних версий на английском
4. Собственный опыт

Правило №1 — Ширина проводника

Ошибка — очень часто начинающие разработчики используют ту ширину проводников (дорожек), которая стоит по умолчанию в используемой САПР. В упомянутой ранее статье, автор использовал EasyEDA и там базовое значение ширины стоит 6 mils, то есть около 0.15 мм. Данная ширина проводников использована практически везде и это плохо, ибо ведет к ряду проблем.

Проблема №1 — падение напряжения. Все мы помни закон Ома из которого следует, что чем меньше площадь сечения проводника, тем больше его сопротивление. Чем больше сопротивление проводника, тем больше на нем упадет напряжение.

Проблема №2 — нагрев проводника. Тут все тот же закон Ома, мощность выделяемая на проводнике пропорциональна его сопротивлению, то есть чем больше сопротивление, тем больше тепла выделится на проводнике. Дорогу 0.15 мм ток в 5-10А легко испарит.

Проблема №3 — паразитная индуктивность. Этот момент к базовым вряд ли уже относится, но знать про него надо. Чем меньше сечение проводника, тем больше его индуктивность. То есть любой проводник на самом деле не просто «кусок меди», это составной компонент из активного сопротивления, индуктивности и паразитной емкости. Если эти параметры слишком высоки, то они начинают негативно отражаться на работе схемы. Чаще они проявляются частотах больше 10 МГц, например, при работе с SPI.

Проблема №4 — низкая механическая прочность. Думаю не надо объяснять, что дорожка шириной 2 мм более прочно прикреплена к текстолитовой основе, чем дорожка 0.15 мм. Ради интереса возьмите заводскую ненужную плату и поковыряйте ее.

Решение — используйте максимально возможную ширину проводников. Если проводник можно провести с шириной 0.6 мм, то это лучше, чем провести его шириной 0.15 мм.

Пример:

1) Плохо

2) Хорошо

Правило №2 — Подключение к выводам

Под выводами подразумевается контактная площадка компонента (pad), переходные отверстия (via) и прочие объекты, которые на плате мы соединяем с помощью проводников (дорожек).

Ошибка — бывают две крайности. В одной, разработчик совершает ошибку из правила №1 и подключает дорожку 0.15 мм к выводу smd резистора 1206. В другом случае наоборот, использует проводник ширина которого равна ширине контактной площадки. Оба варианта плохие.

Проблема №1 — низкая механическая прочность. При нескольких попытках перепайки компонента, площадка или дорожка просто отслоятся от текстолитовой основы печатной платы.

Проблема №2 — технологические проблемы с монтажом платы. Хотя это станет проблемой, если вы начнете заказывать в Китае не только платы, но и сборку. Вам конечно соберут, но % брака вырастает.

Решение — ширина проводника, подключаемого к контактной площадке, должна составлять примерно 80% от ширины этой площадки.

Пример:

1) Плохо

2) Хорошо

Размер площадки конденсатора 1206 в данном случае составляет 1.6 х 1 мм. Соответственно для подведения сигнала снизу используется дорожка равная 80% от ширины площадки, то есть 0.8 мм (80% от 1 мм). Для подведения сигнала справа используется дорожка толщиной 1.2 мм (примерно 80% от 1.6 мм). Ширина площадки у микросхемы в корпусе SOIC-8 равна 0.6 мм, поэтому подводить нужно сигнал с помощью дорожки около 0.5 мм.

Стоит понимать, что данный вариант является идеальным. Переход из 1.2 мм в 0.5 мм вам наверняка не понравится — лишняя возня. Его можно избежать. Для этого обычно принимают ширину дорожки относительно минимального pad-а (площадки), то есть в данном случае можно сделать вот так:

Как видите, я выбрал ширину проводника по минимальной площадке, то есть по площадке вывода микросхемы в корпусе SOIC-8. Такое упрощение допустимо, но его стоит применять с умом.

Правило №3 — Цепи питания

Теперь рассмотрим случай, когда упрощение в отношение правила №2 просто недопустимо, а именно — проектирование цепей питания. Данной правило опирается на два предыдущих и является частным, но пожалуй самым критичным случаем.

Ошибка — пренебрежение правилами №1 и №2 при проектирование цепей питания.

Проблема №1 — на выходе вашего стабилизатора напряжения строго +3.3В. Вы включаете устройство и наблюдаете, что микросхема ведет себя неадекватно, АЦП измеряет не точно и периодически выключается. Вы измеряете напряжение на ногах потребителя (микросхемы) и обнаруживаете вместо +3.3В всего лишь +2.6В.

Проблема №2 — ваш DC-DC преобразователь не запускается, либо на выходе имеет большие пульсации.

Проблема №3 — в попытках найти неисправность, вы ставите щуп осциллографа на линию +3.3В и обнаруживаете там вместо постоянного напряжения какие-то страшные пульсации и помехи.

Решение — соблюдаем особо строго и фанатично правила №1 и №2. Дорожки максимально широкие. Питание должно приходить на микросхему через керамический конденсатор, который по возможности ставят ближе к выводу этой микросхемы.

Пример:

1) Плохо

2) Хорошо

Что я сделал чтобы стало хорошо:

1) Дорожка питания VCC3V3 теперь подходит не в обход конденсатора, а через него. То есть сначала на конденсатор, а затем уже на вывод микросхемы

2) Переходное отверстие (via) я использовал размером 1.2/0.6 мм. Да, согласно требованиям для 4 класса точности (стандартного), я могу использовать переходное отверстие размером 0. 7/0.3 мм, но делать этого не стал и применил более габаритный переход. Это позволило уменьшить его сопротивление и пропустить больший ток

3) Шина питания, которая приходит от стабилизатора у меня теперь не 0.3 мм, а 2 мм! Не бойтесь делать широкие проводники. Такой подход минимизирует падение напряжения в цепи и уменьшит индуктивность проводника

Правило №4 — Земля

О влияние качества проектирование земляной шины (GND) можно говорить вечно, но любой разговор сводится к простой сути: стабильно и работоспособность устройства в наибольшей степени зависит именно от проектирование земли. Данная проблема очень объемная и требует глубокого изучения, поэтому я дам самые базовые рекомендации.

Ошибка — трассировка цепи GND (земли) обычным проводником, да еще и минимальной ширины. Это просто к-к-к-комбо!

Проблема №1 — нестабильность работы устройства и сильные помехи в цепях, особенно в цепях питания.

Проблема №2 — нагрев и часто обрыв тонкого проводника, т. к. в нем действует большой ток.

Решение — использовать полигон для разводки цепи GND, а в идеале отдельный слой, который полностью выделен для данной цепи, например, нижний слой.

Пример:

1) Плохой

2) Хороший

Как видите, вместо обычного проводника я применил заливку сплошным полигоном. Такое решение обеспечило мне огромную площадь сечения, ведь полигон это просто очень большой проводник. Только иногда такое решение имеет недостаток, например, когда плотность монтажа высокая и другие проводники разрывают сплошной полигон, как тут цепи LED1..3 разрывают кратчайший путь между выводом микросхемы и конденсатора (GND):

Тут нам поможет, упомянутый ранее, отдельный слой GND. В двухслойной плате в идеале под него выделить нижний слой, а в многослойной плате — один из внутренних слоев:

Таким образом мы восстановили кратчайший путь для тока по цепи GND, а помог в данном случае нижний слой (синий цвет), который из себя полностью представляет земляной полигон. Переходные отверстия (via) около контактных площадок обеспечили для них максимально короткое соединение с нижним слоем земли.

Конечно это идеальный случай и иногда не получится его реализовать без удорожания платы, поэтому тут решение за вами. Порой «супер» надежность и не нужна, тут важно найти для своей задачи золотую середину между стоимостью и качеством.

Правило №5 — Ширина зазора

Минимальное значение зазора между медными проводниками на печатной плате, нам диктуют технологические требования. Для 4-го (стандартного) класса значение составляет 0.15/0.15 мм или 6/6 mils. Максимальная ширина ограничена лишь вашей фантазией, габаритами платы и здравым смыслом.

Ошибка — зазор недостаточно большой, обычно оставляют значение по умолчанию около 0.15 мм.

Проблема №1 — электрический пробой. Короткое замыкание возникает, когда 2 проводника с разным потенциалом замыкают, например, металлическим предметом и ток резко возрастает. К сожалению идеальных диэлектрических материалов не бывает и в какой-то момент любой материал начинает проводить ток. Пример тому — изоляторы на ЛЭП, иногда и их пробивает. Данное явление происходит, когда превышено значение критического напряжения пробоя. По этой же причине и стеклотекстолит, являющийся основной большинства печатных плат, в какой-то момент может начать пропускать ток.

Решение — увеличение расстояния между проводниками. Напряжение пробоя зависит от типа материала и от толщины/ширины изолятора. В случае печатных плат — расстояние (зазор) между проводниками как раз является тем параметром, который влияет на критического значение напряжения пробоя. Чем больше расстояние между проводниками, тем большее напряжение необходимо чтобы пробить его.

Так же хочется сказать, что пробой по стеклотекстолиту не всегда самая актуальная проблема. Воздух, который окружает плату, тоже является диэлектриком, но при определенных условиях становится проводником, вспомните грозу. Воздушный электрический пробой большая проблема в электронике, особенно если учитывать, что воздух может быть сухой, а может и иметь влажность 90-100%, например, в тропиках или на Севере.

Пример:

Условимся, что в данном примере есть 3 проводника: выпрямленное сетевое напряжение +310В, низковольтная линия питания для микроконтроллера +3.3В и шина земли (GND).

1) Плохой

2) Хороший

Почему 0.3 мм плохо, а 0.8 мм уже хорошо спросите вы и в качестве ответа приведу вам 2 источника:

1) Обычные физика и электротехника. Данные в них разнятся из-за различных методик измерений и прочего, но наиболее реалистичная цифра для сухого воздуха составляет 2 кВ/мм. Тут многие испугаются цифры и подумают: «У меня же нет таких напряжений» и это будет ошибкой. Данное значение характерно лишь для сухого воздуха, который встретить в реальных условиях удается редко. И тут цифры уже куда скромнее, например, при влажности 100% напряжение пробоя воздуха составляет всего 250 В/мм! А еще на значение напряжения пробоя влияет запыленность воздуха и платы, а так же атмосферное давление (кривая и закон Пашена).

2) Стандарт IPC-2221, ссылку на который я давал в начале. Интересует нас таблица 6-1, которая выглядит вот так:

Как видите в таблице для большое количество значений даже для нашего конкретного случая 301-500В. Если посмотрим, то увидим значение 0.25 мм для закрытых проводников на внутренних слоях, то есть в «идеальных» условиях без доступа пыли, грязи и влаги. Если устройство будет работать где-то в горах и проводник находится на внешних слоях (все проводники в случае 2-х слойной платы) на высоте до 3000 метров, то там минимальный зазор уже 2,5 мм, то есть в 10 раза больше. Если же мы эксплуатируем устройство на большей высоте, то зазор необходим уже в 12.5 мм! Стоит сделать замечание — такой большой зазор требуется если наша плата не покрыта защитными составами, например, лаком или компаундом. Как только появляется защитное покрытие, то мы видим уже более адекватные значения: 0.8 и 1.5 мм.

Поэтому в «хорошем» примере по мимо обеспечения зазора 0. 8 мм, необходимо так же покрыть плату защитных составом, например, лаком после завершения монтажа устройства, его отмывки и сушки. В противном случае необходимо увеличить зазор!

Правило №6 — Гальванический зазор

Ошибка — приравнивание диэлектрического зазора к гальваническому. По сути они очень похожи, но по требованиям все строже, когда дело доходит до гальванической развязки. Ярким случаем является развязка схемы управления и силовой части с помощью реле или оптрона, когда зазор между развязанными сторонами выбирается так же 0.8 или 1,5 мм.

Проблема №1 — пробой изоляции, выход из строя системы управления и прочего дорогого оборудования.

Решение — увеличение порога электрического пробоя. Стандартными значениями обычно являются напряжения 1,5 кВ, 2,5 кВ и 4 кВ. Если ваше устройство работает с сетевым напряжением, но человек напрямую с ним не взаимодействует, то напряжение развязки в 1,5 кВ будет достаточным. Если предполагается взаимодействие человека с устройством, например, через кнопки и прочие органы управления, то рекомендую применить изоляцию с напряжением 2,5 кВ и более.

Пример:

1) Плохой

Что плохого спросите вы, ведь зазоры на плате есть, их можно сделать и 1,5 мм. Дело в том, что даже если сделать зазор 2 мм, то этого будет недостаточным для обеспечения изоляции. Самым «слабым» местом должно быть расстояние между выводами управления реле (1-2) и выводами силовыми (3-8). Так же надо учитывать, что пробой может быть не только между проводниками на одном слое, но и на разных — насквозь плату через стеклотекстолит.

2) Хороший

Что было сделано для улучшения ситуации:

а) Появилась четкая граница между низковольтной и высоковольтной частью. Теперь проводник +3.3В не проходит в высоковольтной области +310В, полигон GND не выходит за границу низковольтной часть, соответственно и пробоя не будет. Так же в зоне/границе гальванической развязки не должно быть вообще ничего.

б) Изолирующая зона освобождена от паяльной маски. Маска — тоже слабое место и в зависимости от качества ее пробьет раньше, чем стеклотекстолит. Это делать не обязательно в общем случае, но если с устройством взаимодействуют люди, то настоятельно рекомендую.

в) Как я выше писал, слабое место — расстояние между управляющими и силовыми выводами реле. Везде я смог сделать изолирующую зону 4 мм, а тут только 2.5 мм. От маски мы очистили, от проводников тоже и единственное через что может произойти пробой по плате — стеклотекстолит. Поэтому убираем и его, я сделал вырез под реле шириной 2.5 мм и убрал весть текстолит между выводами. Данная операция тоже не обязательна, но существенно повышает надежность и безопасность вашего устройства.

Правило №7 — Переходные отверстия

Ошибка — очень часто наблюдаю картину, когда на 2-х слойной печатной плате для того, чтобы соединить 2 контактные площадки, использую 3..4… или даже 5 переходных отверстий.

Проблема №1 — переходных отверстий (via) становится слишком много на плате и это ограничивает место под проводники, что приводит к удлинению цепей, а следовательно и к увеличению их сопротивления. Уменьшает устойчивость цепей и сигналов к помехам.

Решение — используйте минимальное количество переходных отверстий: если вам нужно соединить 2 контакта на разных слоях, то не используйте более 1-го переходного отверстия. Если 2 контакта находятся на одном слое и вы не можете соединить их напрямую, то используйте максимум 2 переходных отверстия. Если вам нужно больше переходов для соединения, то что-то вы делаете не так — тренируйте логику и переразводите участок платы, который привел к проблеме.

Пример:

1) Плохо

2) Хорошо

Для соединения использовано минимальное количество переходных отверстий (via), что дает больше свободного места для других проводников и обеспечивает минимальные паразитные параметры проводника.

Несколько общих советов

• Не используйте автотрассировщики! В «сыром» не настроенном виде они выдают ужасный результат, который даже самую светлую идею превратит в гуано. Для того, чтобы автотрассировщик работал хорошо, ему необходимо прописать определённые правила, которые скажут ему, что дороги надо не 0.15, а 1 мм и так далее. Для адекватного результат даже на простых платах приходится прописывать сотню, а то и две, этих самих правил. В Altium Designer под них выделен целый раздел, например. Если вы любитель и у вас не стоит задачи спроектировать свою плату для ноутбука, то разводите плату руками — выйдет быстрее и качество будет на высоте
• Не ленитесь переделывать плату. Часто бывает, что вы сделали плату на 90%, но дальше все стало туго и вы начинаете нарушать «правила» и лепить гуано. Откатитесь назад, иногда приходится откатываться в самое начало, сделайте работу качественно и на этапе отладки устройства вы сэкономите очень много времени и нервов
• Перед тем как начать проектировать плату, посмотрите несколько open source проектов, например, на хабре или hackaday. Главное не копируйте оттуда чужие очевидные ошибки
• Если у вас есть знакомые разработчики электроники, пускай тоже любители — дайте им на проверку. Свежий взгляд на ваш проект позволит избежать очень много ошибок

Заключение

Надеюсь данная статья станет полезной для начинающих электронщиков и избавит их хотя бы от самых простых ошибок. Думаю не мало людей в данных правилах увидят и свои недочеты, но не стоит от этого правила слепо копировать. Всегда думайте головой и ищите лучший вариант, иногда и 4 переходных отверстия для 1-й цепи допустимы, если это позволяет вам улучшить конечный результат.

Те, кому данного материала мало — предлагаю ознакомиться со стандартами IPC по диагонали, сильно вчитываться смысла нет, а так же прочитать начальный курс «черной магии» от Говарда Джонса. В ней разобраны и физические принципы проектирования, а так же приводится множество рекомендаций по проектированию стандартных цепей и интерфейсов. Это раньше высокоскоростные цифровые цепи были чем-то магическим и возвышенным, но сегодня на дворе 2018 и с ними сталкиваются даже совсем новички, например, при подключение датчиков и памяти по SPI или дисплеев.

Основы печатных плат — SparkFun Learn

• Главная
• Учебники
• Основы печатных плат

≡ Страниц

Авторы:
SFUptownMaker

Избранное

Любимый

48

Обзор

Одним из ключевых понятий в электронике является печатная плата или печатная плата. Это настолько важно, что люди часто забывают объяснить, что такое печатная плата 9.0019 это . В этом учебном пособии будет рассмотрено, из чего состоит печатная плата, и некоторые общие термины, используемые в мире печатных плат.

На следующих нескольких страницах мы обсудим состав печатной платы, рассмотрим некоторую терминологию, рассмотрим методы сборки и кратко обсудим процесс проектирования, лежащий в основе создания новой печатной платы.

Рекомендуемая литература

Прежде чем приступить к работе, вы можете прочитать о некоторых концепциях, на которых мы основываемся в этом руководстве:

• Что такое электричество?
• Что такое цепь?
• Напряжение, ток, сопротивление и закон Ома
• Основные сведения о разъемах
• Пайка 101 — ПТН
• Сигналы

Переводы

Minh Tuấn был достаточно любезен, чтобы перевести это руководство на вьетнамский язык. Посмотреть перевод можно здесь.

Что такое печатная плата?

Плата с печатным монтажом является наиболее распространенным названием, но может также называться «платы с печатным монтажом» или «платы с печатным монтажом». До появления печатных плат схемы конструировались с помощью трудоемкого процесса двухточечной проводки. Это приводило к частым отказам в местах соединения проводов и коротким замыканиям, когда изоляция проводов начинала стареть и трескаться.

->
любезно предоставлено пользователем Википедии Wikinaut <-

Значительным достижением стала разработка накрутки проводов, при которой провод небольшого сечения буквально наматывается вокруг столба в каждой точке соединения, создавая газонепроницаемое соединение с высокой прочный и легко заменяемый.

По мере того, как электроника перешла от электронных ламп и реле к кремнию и интегральным схемам, размер и стоимость электронных компонентов начали уменьшаться. Электроника стала преобладать в потребительских товарах, и стремление уменьшить размер и стоимость производства электронных продуктов заставило производителей искать лучшие решения. Так родилась печатная плата.

PCB — это аббревиатура от печатной платы . Это доска с линиями и контактными площадками, которые соединяют различные точки вместе. На картинке выше есть дорожки, которые электрически соединяют различные разъемы и компоненты друг с другом. Печатная плата позволяет направлять сигналы и питание между физическими устройствами. Припой — это металл, который создает электрические соединения между поверхностью печатной платы и электронными компонентами. Будучи металлом, припой также служит сильным механическим клеем.

Состав

Печатная плата похожа на слоеный пирог или лазанью: чередующиеся слои различных материалов ламинируются вместе с помощью тепла и клея, так что в результате получается единый объект.

Давайте начнем с середины и пройдем дальше.

FR4

Основным материалом или подложкой обычно является стекловолокно. Исторически сложилось так, что наиболее распространенным обозначением этого стекловолокна является «FR4». Это твердое ядро ​​придает печатной плате жесткость и толщину. Существуют также гибкие печатные платы, изготовленные из гибкого высокотемпературного пластика (каптон или его аналог).

Вы найдете множество печатных плат различной толщины; наиболее распространенная толщина продуктов SparkFun составляет 1,6 мм (0,063 дюйма). В некоторых наших продуктах — платах LilyPad и платах Arudino Pro Micro — используется плата толщиной 0,8 мм.

Более дешевые печатные платы и перфокарты (показаны другие материалы, такие как эпоксидные смолы или фенольные смолы, которые менее долговечны, чем FR4, но намного дешевле.Вы будете знать, что работаете с этим типом печатной платы, когда будете припаивать ее — они имеют очень характерный неприятный запах.Эти типы подложек также обычно встречается в дешевой бытовой электронике.Фенолы имеют низкую температуру термического разложения, из-за чего они расслаиваются, дымят и обугливаются, когда паяльник слишком долго держат на плате.

Медь

Следующий слой представляет собой тонкую медную фольгу, которая приклеивается к плате с помощью нагрева и клея. На обычных двухсторонних печатных платах медь наносится на обе стороны подложки. В недорогих электронных гаджетах печатная плата может иметь медь только с одной стороны. Когда мы говорим о двусторонней плате или двухслойной плате , мы имеем в виду количество медных слоев (2) в нашей лазанье. Это может быть как 1 слой, так и 16 и более слоев.

Печатная плата с открытой медью, без паяльной маски и шелкографии.

Толщина меди может варьироваться и указывается по весу в унциях на квадратный фут. Подавляющее большинство печатных плат содержат 1 унцию меди на квадратный фут, но некоторые печатные платы, рассчитанные на очень большую мощность, могут использовать 2 или 3 унции меди. Каждая унция на квадрат соответствует примерно 35 микрометрам или 1,4 тысячным дюйма толщины меди.

Паяльная маска

Слой поверх медной фольги называется слоем паяльной маски. Этот слой придает печатной плате зеленый (или, в SparkFun, красный) цвет. Он накладывается на медный слой, чтобы изолировать медные дорожки от случайного контакта с другим металлом, припоем или проводящими битами. Этот слой помогает пользователю выполнять пайку в правильных местах и ​​предотвращать перемычки.

В приведенном ниже примере зеленая паяльная маска наносится на большую часть печатной платы, закрывая небольшие дорожки, но оставляя открытыми серебряные кольца и контактные площадки SMD, чтобы их можно было припаять.

Паяльная маска чаще всего зеленого цвета, но возможен почти любой цвет. Мы используем красный цвет почти для всех плат SparkFun, белый — для платы IOIO и фиолетовый — для плат LilyPad.

Шелкография

Белый слой шелкографии наносится поверх слоя паяльной маски. Шелкография добавляет к печатной плате буквы, цифры и символы, которые упрощают сборку и индикаторы, чтобы люди лучше понимали плату. Мы часто используем трафаретные этикетки, чтобы указать, какова функция каждого контакта или светодиода.

Шелкография чаще всего белого цвета, но можно использовать чернила любого цвета. Черные, серые, красные и даже желтые цвета шелкографии широко доступны; однако редко можно увидеть более одного цвета на одной доске.

Терминология

Теперь, когда вы получили представление о структуре печатной платы, давайте определим некоторые термины, которые вы можете услышать при работе с печатными платами:

• Кольцевое кольцо — кольцо из меди вокруг металлизированного сквозного отверстия в печатной плате.

Примеры кольцевых колец.

• DRC — проверка правил проектирования. Программная проверка вашего дизайна, чтобы убедиться, что он не содержит ошибок, таких как дорожки, которые неправильно соприкасаются, слишком тонкие дорожки или слишком маленькие отверстия.
• Попадание сверла — места на конструкции, где должны быть просверлены отверстия, или там, где они фактически были просверлены на плате. Неточные удары сверла, вызванные тупыми битами, являются распространенной производственной проблемой.

Не очень точные, но функциональные удары тренировкой.

• Палец — открытые металлические накладки по краю платы, используемые для соединения двух печатных плат. Типичными примерами являются компьютерные расширения или платы памяти, а также старые видеоигры на основе картриджей.
• Мышиные укусы — альтернатива v-score для отделения досок от панелей. Ряд ударов сверла сгруппированы близко друг к другу, создавая слабое место, где доска может быть легко сломана постфактум. Хороший пример см. на платах SparkFun Protosnap.

Укусы мыши на LilyPad ProtoSnap позволяют легко разобрать печатную плату.

• Площадка — часть открытого металла на поверхности платы, к которой припаивается компонент.

Контактные площадки PTH (металлизированные сквозные отверстия) слева, контактные площадки SMD (устройства поверхностного монтажа) справа.

• Панель — большая печатная плата, состоящая из множества меньших плат, которые перед использованием разбираются на части. Автоматизированное оборудование для обработки печатных плат часто имеет проблемы с меньшими платами, и, объединив несколько плат вместе, можно значительно ускорить процесс.
• Трафарет для пасты — тонкий металлический (иногда пластиковый) трафарет, который лежит на плате и позволяет наносить паяльную пасту на определенные участки во время сборки.

Абэ быстро демонстрирует, как выровнять трафарет пасты и нанести паяльную пасту.

• Pick-and-place — машина или процесс, с помощью которого компоненты размещаются на печатной плате.

Боб показывает нам машину SparkFun MyData Pick and Place. Это довольно круто.

• Плоскость — непрерывный блок меди на печатной плате, определяемый границами, а не путем. Также обычно называется «залить».

Различные части печатной платы, которые не имеют следов, но вместо этого имеют грунтовую заливку.

• Сквозное металлизированное отверстие — отверстие в плате, имеющее кольцевое кольцо и покрытое металлизацией на всем протяжении платы. Может быть точкой соединения компонента сквозного отверстия, переходным отверстием для прохождения сигнала или монтажным отверстием.

Резистор PTH, вставленный в печатную плату FabFM, готовый к пайке. Ножки резистора проходят через отверстия. Отверстия с покрытием могут иметь дорожки, соединенные с ними на передней и задней сторонах печатной платы.

• Pogo pin — подпружиненный контакт, используемый для временного соединения в целях тестирования или программирования.

Популярный пого-пин с заостренным концом. Мы используем тонны из них на наших тестовых стендах.

• Оплавление — расплавление припоя для создания соединений между контактными площадками и выводами компонентов.
• Шелкография — буквы, цифры, символы и изображения на печатной плате. Обычно доступен только один цвет, а разрешение обычно довольно низкое.

Шелкография, идентифицирующая этот светодиод как светодиод питания.

• Слот — любое некруглое отверстие в плате. Слоты могут быть покрыты или не покрыты. Слоты иногда увеличивают стоимость платы, потому что требуют дополнительного времени для вырезания.

Сложные прорези в ProtoSnap — Pro Mini. Также показано много укусов мыши. Примечание: углы прорезей нельзя сделать полностью прямыми, потому что они вырезаны с помощью круглой фрезы.

• Паяльная паста — маленькие шарики припоя, взвешенные в гелевой среде, которые с помощью трафарета пасты наносятся на контактные площадки для поверхностного монтажа на печатной плате перед размещением компонентов. Во время оплавления припой в пасте плавится, создавая электрические и механические соединения между контактными площадками и компонентом.

Паяльная паста на печатной плате незадолго до размещения компонентов. Обязательно прочтите также *пасту для трафарета выше.*

• Паяльный бачок — бачок, используемый для быстрой ручной пайки плат с компонентами со сквозными отверстиями. Обычно содержит небольшое количество расплавленного припоя, в который быстро погружают плату, оставляя места пайки на всех открытых контактных площадках.
• Soldermask — слой защитного материала, накладываемый на металл для предотвращения коротких замыканий, коррозии и других проблем. Часто зеленый, хотя возможны и другие цвета (красный SparkFun, синий Arduino или черный Apple). Иногда упоминается как «сопротивление».

Паяльная маска закрывает сигнальные дорожки, но оставляет контактные площадки для пайки.

• Перемычка под пайку — небольшая капля припоя, соединяющая два соседних контакта на компоненте на печатной плате. В зависимости от конструкции для соединения двух контактных площадок или контактов вместе можно использовать перемычку для пайки. Это также может привести к нежелательным шортам.
• Поверхностный монтаж — метод конструкции, который позволяет просто устанавливать компоненты на плату, не требуя, чтобы провода проходили через отверстия в плате. Это основной метод сборки, используемый сегодня, и он позволяет быстро и легко заполнять платы.
• Термический — небольшая дорожка, используемая для соединения площадки с плоскостью. Если контактная площадка не термически разгружена, становится трудно нагреть контактную площадку до достаточно высокой температуры для создания хорошего паяного соединения. Площадка с ненадлежащим термическим разгрузом будет казаться «липкой», когда вы попытаетесь припаять ее, и потребуется ненормально много времени для оплавления.

Слева площадка для пайки с двумя небольшими дорожками (термиками), соединяющими контакт с заземляющей пластиной. Справа переходное отверстие без термиков, полностью соединяющее его с заземляющим слоем.

• Воровство — штриховка, линии сетки или медные точки, оставленные в областях платы, где нет плоскости или следов. Снижает сложность травления, поскольку для удаления ненужной меди требуется меньше времени в ванне.
• След — непрерывный путь меди на печатной плате.

-> Небольшая дорожка, соединяющая контактную площадку Reset с другим местом на плате.
Более крупная и толстая дорожка соединяется с контактом питания 5 В . <-

• V-балл — частичный разрез доски, позволяющий легко защелкнуть доску по линии.
• Via — отверстие в плате, используемое для передачи сигнала с одного слоя на другой. Тентированные переходные отверстия покрыты паяльной маской для защиты от пайки. Переходные отверстия, к которым должны быть присоединены разъемы и компоненты, часто не имеют тентов (открытых), чтобы их можно было легко припаять.

Передняя и задняя часть одной и той же печатной платы с шатровым переходным отверстием. Это сквозное отверстие переносит сигнал с передней стороны печатной платы через середину платы на заднюю сторону.

• Припой волной припоя — метод пайки, используемый на платах с компонентами в сквозных отверстиях, при котором плата проходит над стоячей волной расплавленного припоя, который прилипает к открытым контактным площадкам и выводам компонентов.

Как вы разрабатываете собственную печатную плату? Подробная информация о проектировании печатных плат слишком глубока, чтобы вдаваться в нее, но если вы действительно хотите начать, вот несколько советов:

1. Найдите пакет САПР: существует множество недорогих или бесплатных вариантов на рынке проектирования печатных плат. На что обратить внимание при выборе пакета:
   • Поддержка сообщества: много ли людей используют пакет? Чем больше людей им пользуется, тем больше вероятность, что вы найдете готовые библиотеки с нужными вам частями.
   • Простота использования: если вам больно пользоваться, вы не будете.
   • Возможности: некоторые программы накладывают ограничения на ваш дизайн — количество слоев, количество компонентов, размер платы и т. д. Большинство из них позволяют вам платить за лицензию для расширения их возможностей.
   • Портативность: некоторые бесплатные программы не позволяют вам экспортировать или преобразовывать ваши проекты, привязывая вас только к одному поставщику. Может быть, это справедливая цена за удобство и цену, а может и нет.
2. Посмотрите на макеты других людей, чтобы увидеть, что они сделали. Аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом делает это проще, чем когда-либо.
3. Практика, практика, практика.
4. Сохраняйте низкие ожидания. Ваш первый дизайн платы будет иметь много проблем. В вашем 20-м дизайне доски будет меньше, но они все равно будут. Вы никогда не избавитесь от них всех.
5. Схемы важны. Попытка спроектировать плату без хорошей схемы — бесполезное занятие.

Наконец, несколько слов о полезности разработки собственных печатных плат. Если вы планируете сделать более одного или двух экземпляров данного проекта, окупаемость разработки платы довольно высока — схемы подключения «точка-точка» на макетной плате доставляют хлопоты, и они, как правило, менее надежны, чем специально разработанные. доски. Это также позволяет вам продавать свой дизайн, если он окажется популярным.

Ресурсы и дальнейшее развитие

Хотите узнать больше об основных темах?

Полный список основных тем, связанных с электротехникой, см. на нашей странице Engineering Essentials .

Отвези меня туда!

Печатные платы — это только начало! Здесь мы рекомендуем вам изучить:

• Пайка 101 — PTH
• Как читать схему
• Как установить и настроить программное обеспечение Eagle PCB
• Как компоновать печатные платы PTH: Схема
• Как компоновать печатные платы PTH: компоновка платы
• Создание посадочных мест SMD
• Создание печатных плат SMD
• T³: Травление собственных печатных плат
• Блок электроники

Если вы хотите поделиться своими печатными платами со всем миром, ознакомьтесь с этими руководствами:

• Использование GitHub
• Использование GitHub для совместного использования с SparkFun

Как читать схему

• Главная
• Учебники
• Как читать схему

≡ Страниц

Авторы:
Джимблом

Избранное

Любимый

109

Обзор

Схемы — это наша карта для проектирования, построения и устранения неполадок схем. Понимание того, как читать и следовать схемам, является важным навыком для любого инженера-электронщика.

Это руководство должно превратить вас в грамотного читателя схем! Мы рассмотрим все основные символы схемы:

Затем мы поговорим о том, как эти символы соединяются на схемах для создания модели цепи. Мы также рассмотрим несколько советов и приемов, на которые следует обратить внимание.

Рекомендуемая литература

Понимание схем — довольно базовый навык электроники, но есть несколько вещей, которые вы должны знать, прежде чем читать это руководство. Посмотрите эти уроки, если они звучат как пробелы в вашем растущем мозгу:

• Что такое электричество?
• Что такое цепь?
• Напряжение, ток, сопротивление и закон Ома

Схематические символы (часть 1)

Готовы ли вы к шквалу схемных компонентов? Вот некоторые из стандартных, основных схематических символов для различных компонентов.

Резисторы

Основные компоненты схемы и символы! Резисторы на схеме обычно изображаются несколькими зигзагообразными линиями с двумя выводами , выходящими наружу. На схемах, использующих международные символы, вместо волнистых линий может использоваться безликий прямоугольник.

Потенциометры и переменные резисторы

Переменные резисторы и потенциометры дополняют символ стандартного резистора стрелкой. Переменный резистор остается двухвыводным, поэтому стрелка просто проложена по диагонали через середину. Потенциометр представляет собой трехконтактное устройство, поэтому стрелка становится третьей клеммой (дворник).

Конденсаторы

Есть два часто используемых символа конденсатора. Один символ представляет собой поляризованный (обычно электролитический или танталовый) конденсатор, а другой — неполяризованные конденсаторы. В каждом случае есть две клеммы, перпендикулярно входящие в пластины.

Символ с одной изогнутой пластиной указывает на то, что конденсатор поляризован. Изогнутая пластина обычно представляет собой катод конденсатора, напряжение на котором должно быть ниже, чем на положительном анодном выводе. К положительному выводу символа поляризованного конденсатора также следует добавить знак плюс.

Катушки индуктивности

Катушки индуктивности обычно представлены серией изогнутых выпуклостей или петельчатых катушек. Международные символы могут просто определять индуктор как закрашенный прямоугольник.

Переключатели

Переключатели существуют во многих различных формах. Самый простой переключатель, однополюсный / однопозиционный (SPST), представляет собой две клеммы с полусоединенной линией, представляющей привод (часть, которая соединяет клеммы вместе).

Переключатели с более чем одним направлением, такие как SPDT и SP3T ниже, добавляют больше посадочных мест для привода.

Многополюсные переключатели, как правило, имеют несколько одинаковых переключателей с пунктирной линией, пересекающей средний привод.

Источники питания

Так же, как существует множество вариантов питания вашего проекта, существует множество символов схемы источника питания, которые помогают определить источник питания.

Источники постоянного или переменного напряжения

Большую часть времени при работе с электроникой вы будете использовать источники постоянного напряжения. Мы можем использовать любой из этих двух символов, чтобы определить, подает ли источник постоянный ток (DC) или переменный ток (AC):

Батарейки

Батарейки, будь то цилиндрические, щелочные AA или перезаряжаемые литий-полимерные, обычно выглядят как пара непропорциональных параллельных линий:

Больше пар линий обычно указывает на большее количество последовательных ячеек в батарее. Кроме того, более длинная линия обычно используется для обозначения положительной клеммы, а более короткая линия соединяется с отрицательной клеммой.

Узлы напряжения

Иногда — особенно на очень загруженных схемах — вы можете назначить специальные символы напряжениям узлов. Вы можете подключать устройства к этим с одной клеммой символов, и он будет напрямую привязан к 5 В, 3,3 В, VCC или GND (земля). Узлы положительного напряжения обычно обозначаются стрелкой, указывающей вверх, в то время как заземляющие узлы обычно включают от одной до трех плоских линий (или иногда стрелку или треугольник, указывающую вниз).

Схематические символы (часть 2)

Диоды

Базовые диоды обычно изображаются в виде треугольника, прижатого к линии. Диоды также поляризованы, поэтому для каждого из двух выводов требуются отличительные идентификаторы. Положительный анод — это клемма, входящая в плоский край треугольника. Отрицательный катод выходит за пределы линии в символе (думайте об этом как о знаке «-»).

Существует множество различных типов диодов, каждый из которых имеет особое обозначение стандартного символа диода. Светоизлучающие диоды (СИД) дополняет символ диода парой направленных в сторону линий. Фотодиоды , которые генерируют энергию из света (в основном, крошечные солнечные элементы), переворачивают стрелки и указывают их на диод.

Другие специальные типы диодов, такие как диоды Шоттки или стабилитроны, имеют свои собственные символы с небольшими вариациями штриховой части символа.

Транзисторы

Транзисторы, биполярные или полевые МОП-транзисторы, могут существовать в двух конфигурациях: положительно легированные или отрицательно легированные. Таким образом, для каждого из этих типов транзисторов существует как минимум два способа его рисования.

Биполярные переходные транзисторы (BJT)

BJT — это устройства с тремя выводами; у них есть коллектор (C), эмиттер (E) и база (B). Существует два типа BJT — NPN и PNP, и каждый из них имеет свой уникальный символ.

Выводы коллектора (C) и эмиттера (E) расположены на одной линии друг с другом, но на эмиттере всегда должна быть стрелка. Если стрелка указывает внутрь, это PNP, а если стрелка направлена ​​наружу, это NPN. Мнемоника для запоминания «NPN: 9».

Полевые транзисторы на основе оксидов металлов (MOSFET)

) и затвор (G). И опять же, есть две разные версии символа, в зависимости от того, какой у вас n-канальный или p-канальный полевой МОП-транзистор. Существует ряд часто используемых символов для каждого из МОП-транзисторов. типы:

Стрелка в середине символа (называемая объемной) определяет, является ли полевой МОП-транзистор n-канальным или p-канальным. p-канал. Помните: «n находится в» (своего рода противоположность мнемонике NPN).0011

Цифровые логические элементы

Наши стандартные логические функции — И, ИЛИ, НЕ и исключающее ИЛИ — все имеют уникальные схематические символы:

Добавление кружка к выходным данным отменяет функцию, создавая И-НЕ, ИЛИ-НЕ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ. :

У них может быть больше двух входов, но формы должны оставаться прежними (ну, может быть, немного больше), а выход по-прежнему должен быть только один.

Интегральные схемы

Интегральные схемы выполняют такие уникальные задачи, и их так много, что на самом деле они не имеют уникального символа схемы. Обычно интегральная схема представлена ​​​​прямоугольником с выводами, выходящими из сторон. Каждый контакт должен быть помечен как номером, так и функцией.

Схематические символы для микроконтроллера ATmega328 (обычно встречается в Arduinos), микросхемы шифрования ATSHA204 и микроконтроллера ATtiny45. Как видите, эти компоненты сильно различаются по размеру и количеству выводов.

Поскольку ИС имеют такой общий символ схемы, имена, значения и метки становятся очень важными. Каждая микросхема должна иметь значение, точно определяющее название микросхемы.

Уникальные ИС: операционные усилители, регуляторы напряжения

Некоторые из наиболее распространенных интегральных схем имеют уникальный символ схемы. Обычно вы увидите операционные усилители, расположенные, как показано ниже, с 5 клеммами: неинвертирующий вход (+), инвертирующий вход (-), выход и два входа питания.

Часто два операционных усилителя встроены в один корпус ИС, требующий только одного контакта для питания и одного для земли, поэтому у правого есть только три контакта.

Простые регуляторы напряжения обычно представляют собой трехконтактные компоненты с входными, выходными и заземляющими (или регулировочными) контактами. Обычно они имеют форму прямоугольника с контактами слева (вход), справа (выход) и внизу (заземление/регулировка).

Разное

Кристаллы и резонаторы

Кристаллы или резонаторы обычно являются важной частью схем микроконтроллера. Они помогают обеспечить тактовый сигнал. Кристаллические символы обычно имеют два вывода, а резонаторы, которые добавляют к кристаллу два конденсатора, обычно имеют три вывода.

Заголовки и разъемы

Будь то для подачи питания или передачи информации, разъемы необходимы для большинства цепей. Эти символы различаются в зависимости от того, как выглядит разъем, вот образец:

Двигатели, трансформаторы, динамики и реле

Мы объединим их вместе, поскольку все они (в основном) так или иначе используют катушки. Трансформаторы (не те, что бросаются в глаза) обычно состоят из двух катушек, прижатых друг к другу, с парой линий, разделяющих их:

Реле обычно соединяют катушку с переключателем:

Громкоговорители и зуммеры обычно имеют форму, аналогичную их реальным аналогам:

И моторы обычно имеют обведенную букву «М», иногда с немного большим украшением вокруг клемм:

Плавкие предохранители и PTC

Предохранители и PTC — устройства, которые обычно используются для ограничения больших бросков тока — каждое имеет свой уникальный символ:

Символ PTC на самом деле является общим символом для термистора , температуры -зависимый резистор (обратите внимание на международный символ резистора?).

Несомненно, в этом списке осталось много схемных обозначений, но приведенные выше должны обеспечить вам 90% грамотность в чтении схем. В общем, символы должны иметь много общего с реальными компонентами, которые они моделируют. В дополнение к символу каждый компонент на схеме должен иметь уникальное имя и значение, что в дальнейшем помогает его идентифицировать.

Один из самых важных ключей к тому, чтобы быть схематически грамотным, — это способность распознавать, какие компоненты какие. Символы компонентов рассказывают половину истории, но каждый символ должен быть связан с именем и значением, чтобы завершить его.

Имена и значения

Значения помогают точно определить, что представляет собой компонент. Для компонентов схемы, таких как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, значение говорит нам, сколько у них омов, фарад или генри. Для других компонентов, таких как интегральные схемы, значением может быть просто имя микросхемы. Кристаллы могут указывать свою частоту колебаний в качестве значения. По сути, значение компонента схемы вызывает его важнейшая характеристика .

Имена компонентов обычно представляют собой комбинацию одной или двух букв и числа. Буквенная часть названия определяет тип компонента: R для резисторов, C для конденсаторов, U для интегральных схем и т. д. Каждое имя компонента на схеме должно быть уникальным; например, если в цепи несколько резисторов, их следует назвать R ₁ , R ₂ , R ₃ и т. д. Имена компонентов помогают нам ссылаться на определенные точки схемы.

Префиксы имен довольно хорошо стандартизированы. Для некоторых компонентов, таких как резисторы, префикс — это просто первая буква компонента. Другие префиксы имен не так буквальны; катушки индуктивности, например, L (потому что ток уже занял I [но он начинается с C … электроника — глупое место]). Вот краткая таблица общих компонентов и префиксов их имен:

Хотя это «стандартизированные» имена для символов компонентов, они не соблюдаются повсеместно. Например, вы можете увидеть интегральные схемы с префиксом IC вместо U или кристаллы с маркировкой XTAL вместо Y . Используйте свое лучшее суждение при диагностике, какая часть какая. Обычно символ должен передавать достаточно информации.

Чтение схем

Понимание того, какие компоненты есть на схеме, составляет более половины успеха в ее понимании. Теперь осталось только определить, как все символы связаны друг с другом.

Сети, узлы и метки

Схематические сети показывают, как компоненты соединяются вместе в цепи. Сети представляются как линии между терминалами компонентов. Иногда (но не всегда) они имеют уникальный цвет, как зеленые линии на этой схеме:

Соединения и узлы

Провода могут соединять две клеммы вместе или десятки. Когда провод разделяется на два направления, он создает соединение . Соединения на схемах изображаем цифрой узлы , маленькие точки на пересечении проводов.

Узлы дают нам возможность сказать, что «провода, пересекающие это соединение , соединены». Отсутствие узла на стыке означает, что два отдельных провода просто проходят мимо, не образуя никакого соединения. (При разработке схем обычно рекомендуется избегать этих несвязанных перекрытий, где это возможно, но иногда это неизбежно).

Имена цепей

Иногда, чтобы сделать схемы более разборчивыми, мы даем цепям имя и маркируем их, вместо того, чтобы прокладывать провод по всей схеме. Предполагается, что сети с одинаковыми именами соединены, даже если между ними нет видимого провода. Имена могут быть либо написаны прямо поверх сетки, либо они могут быть «ярлыками», свисающими с провода.

Каждая цепь с одинаковым именем подключена, как на этой схеме для коммутационной платы FT231X. Имена и метки помогают предотвратить слишком хаотичную схему (представьте, что все эти цепи на самом деле соединены проводами).

Цепям обычно дается имя, в котором конкретно указывается назначение сигналов на этом проводе. Например, силовые сети могут быть помечены как «VCC» или «5V», а сети последовательной связи могут быть помечены как «RX» или «TX».

Советы по чтению схем

Идентификация блоков

Действительно обширные схемы должны быть разделены на функциональные блоки. Может быть раздел для входной мощности и регулирования напряжения, или раздел микроконтроллера, или раздел, посвященный разъемам. Попробуйте распознать, какие секции какие, и проследите за потоком цепи от входа к выходу. Действительно хорошие разработчики схем могут даже разложить схему как книгу, входы слева, выходы справа.

Если ящик схемы действительно хорош (например, инженер, который разработал эту схему для RedBoard), они могут разделить разделы схемы на логические, помеченные блоки.

Распознавание узлов напряжения

Узлы напряжения представляют собой однополюсные компоненты схемы, к которым мы можем подключать выводы компонентов, чтобы назначить их определенному уровню напряжения. Это специальное применение имен цепей, означающее, что все клеммы, подключенные к узлу напряжения с таким же названием, соединены вместе.

Узлы напряжения с одинаковыми названиями, такие как GND, 5 В и 3,3 В, подключены к своим аналогам, даже если между ними нет проводов.

Узел напряжения заземления особенно полезен, так как очень многие компоненты нуждаются в заземлении.

Справочные таблицы компонентов

Если на схеме есть что-то, что просто не имеет смысла, попробуйте найти таблицу данных для наиболее важного компонента. Обычно компонент, выполняющий большую часть работы в схеме, представляет собой интегральную схему, такую ​​как микроконтроллер или датчик. Обычно это самый большой компонент, часто расположенный в центре схемы.

Хотите узнать больше об основных темах?

См. нашу страницу Engineering Essentials , где представлен полный список краеугольных тем, связанных с электротехникой.

Отвези меня туда!

Ресурсы и продолжение

Вот и все, что нужно для чтения схем! Знание символов компонентов, следование цепям и определение общих меток. Понимание того, как работает схема, открывает перед вами целый мир электроники! Ознакомьтесь с некоторыми из этих руководств, чтобы попрактиковаться в своих новых знаниях в области схем:

• Делители напряжения.