Трассировка

Трассировка (routing) — прокладка дорожек вместо резинок. Это самая медитативная часть работы, но и в ней есть порядок и правила, которые отличают аккуратную плату от «спагетти».

Аналогия: дороги в городе

Сначала строят магистрали (питание, земля, быстрые сигналы), потом улицы, потом дворовые проезды. Магистраль шире улицы. Без нужды не строят эстакады — переходные отверстия. А если город распланирован удачно (размещение), дороги получаются короткими и прямыми.

Порядок трассировки

1. Критичные цепи. Кварц, контуры импульсных преобразователей, быстрые интерфейсы (USB), аналоговые входы. Их делают первыми, самыми короткими и прямыми, пока место свободно.
2. Питание. Широкие дорожки или полигоны от источника к потребителям, с развязкой у каждой микросхемы (урок 5.7).
3. Остальные сигналы. Медленная логика, светодиоды, кнопки — им всё равно, какой они длины.
4. Земля. На двухслойной плате — полигон, чаще всего на нижнем слое, с переходными отверстиями к выводам земли на верхнем (урок 5.6).

Ширина дорожек

Для сигналов с токами в миллиамперы ширина определяется не током, а технологией и удобством. Для любительских и учебных двухслойных плат разумный стандарт — 0,2–0,25 мм для сигналов: это с запасом выше минимума большинства заводов и легко делается. Для питания ширину считают по току (урок 5.4), и обычно она 0,4–1 мм и больше.

Широкую дорожку у вывода мелкой микросхемы сужают до ширины площадки только на последних миллиметрах, а дальше снова расширяют.

Повороты

Рис. 5.3. Повороты дорожки. Под 45° — стандарт: короче путь, аккуратный вид, нет внешнего «лишнего» угла меди. 90° для низкочастотных цепей работает, но выглядит неряшливо и на нём сложнее держать зазоры. Дуга нужна в высокоскоростных и гибких платах. Острого угла между дорожками избегай: Altium ловит его правилом Acute Angle.

На низких частотах форма поворота электрически почти ни на что не влияет: прямой угол — не «антенна», как часто пишут на форумах. Но 45° короче, аккуратнее, на них проще держать равные зазоры, и это стандарт де-факто. Острых углов между дорожками и площадками (меньше 90°) избегай: в таком «кармане» хуже вытравливается медь и задерживаются химикаты.

Переходные отверстия

Переходное отверстие (via) соединяет дорожки разных слоёв (урок 4.4). Правила:

• переходы дешёвые, но не бесплатные: каждый добавляет сопротивление, индуктивность (порядка наногенри) и место для брака;
• не ставь переход в площадку SMD-компонента без надобности: припой утечёт в отверстие. Если нужно (например, термопереходы под корпусом, урок 5.8), отверстие закрывают или заполняют — это оговаривают с заводом;
• размер берут из норм завода с запасом. Например, отверстие 0,3 мм с площадкой 0,6 мм — распространённый «безопасный» вариант для двухслойных плат. Окончательные значения — по возможностям конкретного производителя.

Стратегия для двухслойной платы

• На верхнем слое — компоненты и большинство сигналов, на нижнем — сплошной полигон земли с минимумом дорожек.
• Если сигналов много, удобно вести их на одном слое преимущественно горизонтально, на другом вертикально. Тогда они пересекаются под прямым углом через переходы и не мешают друг другу.
• Каждая дорожка на нижнем слое режет полигон земли. Делай такие «перемычки» короткими и не выстраивай их в длинную линию поперёк платы (урок 5.6).

📖Из учебникагл. 1, §1.02, с. 10

Дорожка — это проводник с сопротивлением R = ρ·L/S (урок 1.2). Чем она длиннее и тоньше, тем больше на ней падает напряжения при большом токе. Хоровиц на этом не останавливается, а для конструктора платы это главный аргумент за короткие широкие цепи питания.

Практика в Altium

1. Включи интерактивную трассировку: Route›Interactive Routing или кнопка на Active Bar над рабочей областью. Горячая клавиша — Ctrl+W [ПРОВЕРИТЬ: в документации AD 26 встречаются разные сочетания].
2. Щёлкни на площадку — потянется дорожка нужной цепи. Каждый щелчок фиксирует сегменты, Backspace отменяет последний.
3. Во время прокладки:
   • Shift+Space — перебор режимов углов (45°, 90°, дуги, любой угол);
   • Space — сменить направление излома;
   • * на цифровом блоке — перейти на другой слой, переходное отверстие добавится само по правилу Routing Via Style;
   • 3 — перебор ширины (минимальная, предпочтительная, максимальная из правила Width); Shift+W — выбрать ширину из списка;
   • Tab — пауза и параметры трассировки в панели Properties;
   • Shift+R — режим обхода препятствий (обходить, расталкивать, игнорировать).
4. Ctrl + щелчок по цели — Altium сам доведёт дорожку, если путь свободен.

[СКРИНШОТ: интерактивная трассировка: дорожка тянется от площадки, видны режим угла и текущая ширина]public/screenshots/m05-pcb-design/l03-interactive-routing.png

🛠Особенность Altium

Ширину, которую предлагает трассировщик, задаёт правило Width (минимум / предпочтительная / максимум), размеры переходов — правило Routing Via Style, контроль острых углов — правило Acute Angle (категория Manufacturing). Чтобы питание автоматически трассировалось шире, создай отдельное правило Width для этих цепей (классы цепей — урок 9.3).

🧯 Типичные ошибки

Всю плату развели одной шириной 0,15 мм

Почему Дорожки питания при этом греются и дают падение напряжения, а тонкие дорожки ближе к пределу завода.

Как исправить Сигналы — 0,2–0,25 мм, питание — по расчёту тока (урок 5.4).

Нижний слой земли изрезан длинными дорожками

Почему Полигон распался на острова, обратный ток идёт в обход — растут помехи.

Как исправить Переноси сигналы на верхний слой, делай короткие перемычки снизу, добавляй переходы земли рядом.

Переходное отверстие прямо в площадке SMD без заполнения

Почему Припой утекает в отверстие, контакт получается плохим.

Как исправить Отодвинь переход от площадки и соедини коротким отрезком дорожки, или закажи заполнение отверстий (via-in-pad).

Проверь себя

1. 1. Какие цепи разводят первыми?

   Светодиоды и кнопкиКритичные: кварц, контуры преобразователей, быстрые интерфейсыЗемляной полигон
2. 2. Почему повороты обычно делают под 45°?

   Прямой угол излучает радиоволны на любой частотеТак короче и аккуратнее, проще держать зазоры; это общепринятая практикаAltium не умеет рисовать 90°
3. 3. Что делает клавиша * (цифровой блок) во время интерактивной трассировки в Altium?

   Удаляет дорожкуПереводит трассировку на следующий слой с автоматическим переходным отверстиемМеняет ширину дорожки
4. 4. Чем плох переход прямо в площадке SMD-компонента без заполнения?

   НичемПрипой утекает в отверстие, пайка получается ненадёжнойЭто запрещено ГОСТ

🎯Практическое задание~30 мин

На бумажном размещении мультивибратора из урока 5.2 нарисуй дорожки двумя цветами: верхний и нижний слой. Нижний слой оставь под землю, переходы отметь кружками. Посчитай, сколько переходов понадобилось, и попробуй переставить компоненты так, чтобы их стало меньше.