Перейти к содержимому
PCB с нуля

Размещение компонентов

Время: ~40 мин

Цели урока

  • расставлять компоненты в правильном порядке — от механики к мелочам
  • группировать компоненты по функциям и по потоку сигнала
  • учитывать тепло, помехи и удобство монтажа при размещении

Что нужно знать заранее

После переноса схемы на плату все компоненты лежат кучей рядом с контуром, а между ними тянутся тонкие прямые линии будущих соединений (их называют резинки или ratsnest). Задача размещения — расставить компоненты так, чтобы резинки стали короткими и не путались, а плата при этом влезла в корпус, не перегревалась и легко собиралась.

Аналогия: расстановка мебели на кухне

Заголовок раздела «Аналогия: расстановка мебели на кухне»

Сначала то, что нельзя двигать: окна, двери, трубы. Потом крупное — плита, мойка, холодильник — так, чтобы между ними было удобно ходить. И только потом мелочи на свои места рядом с тем, чем пользуешься вместе. Тарелки хранят у мойки, а не в другом конце кухни.

Порядок размещения

Заголовок раздела «Порядок размещения»
  1. Механика. Крепёжные отверстия, разъёмы, кнопки, светодиоды, дисплеи — всё, что должно совпасть с корпусом или с рукой пользователя. Эти компоненты фиксируют (блокируют), чтобы случайно не сдвинуть.
  2. Ключевые микросхемы. Микроконтроллер, стабилизатор, драйвер — вокруг них строится остальное.
  3. «Свита» ключевых микросхем. Развязывающие конденсаторы вплотную к выводам питания (урок 5.7), кварц как можно ближе к выводам генератора, резисторы обратной связи стабилизатора — рядом с его выводом обратной связи.
  4. Остальное по функциональным группам. Блок питания, цифровая часть, аналоговая часть, интерфейсы.
J1ПитаниеLDOMCUкварцАналогдатчиккнопки и индикация — у краяпоток сигнала →Порядок1. Механика: отверстия,разъёмы, кнопки2. Ключевые микросхемы3. Их «свита»: развязка,кварц, резисторы4. Остальное по группам5. Шумное отдельноот чувствительного
Рис. 5.2. Компоновка «по потоку»: питание входит у края и сразу попадает на стабилизатор; микроконтроллер в центре, кварц и развязывающие конденсаторы вплотную к его выводам; чувствительная аналоговая часть подальше от импульсного питания; всё, к чему тянется рука (разъёмы, кнопки, светодиоды), — на краях.

Принципы

Заголовок раздела «Принципы»

Поток сигнала. Располагай группы в том порядке, в котором через них идёт сигнал или энергия: вход питания → стабилизатор → потребители; датчик → усилитель → АЦП. Тогда соединения короткие и не пересекаются.

Короткие критичные цепи. Кварц, развязка, контуры импульсных преобразователей, обратная связь — их длина важнее красоты. Сначала двигай компоненты так, чтобы эти резинки стали короче всего.

Шумное отдельно от чувствительного. Импульсный преобразователь, реле и двигатели — источники помех. Аналоговые входы, датчики и опорные напряжения — приёмники. Разнеси их по разным частям платы. Разделять землю прорезями при этом не нужно: зонируют компоненты, а земля остаётся сплошной (урок 5.6).

Тепло. Греющиеся компоненты (стабилизаторы, мощные резисторы, транзисторы) не ставь вплотную к термочувствительным: датчикам температуры, кварцу, электролитическим конденсаторам. Вокруг них оставь место под медь для отвода тепла (урок 5.8).

Края платы. Не ставь компоненты вплотную к краю: при фрезеровке и разламывании панели плата изгибается, и керамические конденсаторы у края могут треснуть. Отступ от края согласуй с заводом (урок 5.5).

Одна сторона. Для первых плат и ручной пайки ставь всё на верхнюю сторону. Двусторонний монтаж дороже на заводе и неудобен вручную.

Одинаковая ориентация. Полярные компоненты (диоды, электролиты, светодиоды) по возможности поворачивай одинаково. Так проще собирать и проверять плату: ошибка ориентации сразу бросается в глаза.

Место для паяльника и щупа. При ручной пайке между компонентами нужно хотя бы 1–2 мм, чтобы пролезло жало. К контрольным точкам должен подлезать щуп осциллографа.

Практика в Altium

Заголовок раздела «Практика в Altium»
  1. После переноса схемы компоненты появляются рядом с контуром платы, часто сгруппированные в «комнаты» (Rooms) по листам схемы.
  2. Перетаскивай компонент мышью. Во время перетаскивания Space поворачивает его, а L переносит на другую сторону платы. Нам пока нужна только верхняя сторона.
  3. Начни с разъёмов и крепёжных отверстий, затем ключевые микросхемы, затем их «свиту».
  4. Следи за резинками: они должны укорачиваться и распутываться.

🧯 Типичные ошибки

Развязывающие конденсаторы стоят «где было место»

Почему Длинные дорожки до вывода питания сводят пользу конденсатора на нет.

Как исправить Ставь конденсатор 100 нФ в 1–3 мм от вывода питания, раньше остальной мелочи.

Кварц далеко от микроконтроллера

Почему Длинные дорожки генератора ловят помехи и добавляют ёмкость — генератор может не запуститься или уйти по частоте.

Как исправить Кварц и его конденсаторы — вплотную к выводам генератора, без переходных отверстий и чужих дорожек рядом.

Разъём развёрнут гнездом внутрь платы

Почему Ориентацию разъёма не проверили относительно края и кабеля.

Как исправить Проверяй ориентацию разъёмов по 3D-виду и на распечатке 1:1 до трассировки.

Стабилизатор вплотную к датчику температуры

Почему Тепло от стабилизатора искажает показания.

Как исправить Разнеси источники тепла и термочувствительные компоненты, дай греющимся деталям медь для отвода тепла.

Проверь себя

  1. 1. Что размещают в первую очередь?
  2. 2. Как правильно отделить шумный импульсный преобразователь от аналоговой части?
  3. 3. Что такое «резинки» (ratsnest)?
  4. 4. Почему керамические конденсаторы не ставят вплотную к линии разлома панели?

Практическое задание~30 мин

Возьми схему мультивибратора из модуля 3 (два транзистора, четыре резистора, два конденсатора, два светодиода, разъём питания) и на клетчатой бумаге в масштабе 1 клетка = 2,5 мм расставь компоненты на плате 40×30 мм. Подпиши поток сигнала, отметь крепёжные отверстия и место разъёма. Сохрани листок: в уроке 7.6 ты повторишь это в Altium и сравнишь.