Eu coloquei muito nesse layout de PCB?

Estou fazendo meu primeiro layout de PCB (usando Altium) e finalmente superei o estágio do roteador automático. O resultado é uma bagunça e há algumas redes ausentes e violações das regras de design. Incluí muito nesta placa ou preciso repensar minha colocação de componentes?

O quadro é de duas camadas.

Estou preso a um gabinete muito específico e não vou conseguir aumentar a placa no eixo xy.

Esta é uma placa de hobby, mas eu tenho uma configuração completa de solda SMD em casa (bom escopo e tudo). A colocação do conector faz parte do gabinete (caso contrário, essas seriam as primeiras coisas a serem movidas). É um substituto para um sistema de monitoramento de motor mais antigo. Faz medições principalmente de termopares e termistores. O chip grande no centro é um ATmega2560 rodando a 16 MHz.

ATUALIZAR:

Obrigado por toda a entrada. Reorganizei a placa e mudei para 4 camadas. Encaminhei tudo manualmente. Parece muito melhor agora!

Presumo que você esteja usando o autorouter porque acha que ele economizará seu tempo. Mas tenho algumas más notícias: diz-se que o layout de PCB é de 80% de posicionamento de componentes, 20% de roteamento. Você não pode simplesmente dar um tapa nos componentes, você precisa pensar em como os sinais se conectam e, se você posicionar os componentes corretamente, o layout "fluirá" a partir desse posicionamento. Portanto, se você tiver um bom posicionamento, terá seu roteamento imediatamente e poderá fazê-lo você mesmo (ou pelo menos grande parte dele) ao fazer esse layout.

Autorouters são uma dor. Eu nunca vi pessoas usá-las com muito sucesso - especialmente as integradas, como as que você encontra no Altium (embora elas estivessem mostrando uma nova ferramenta recentemente, então isso possa ajudar?). Além disso, a colocação de componentes é vital.

Um problema com qualquer layout automático ou síntese de circuitos é que o programa fará apenas o que você disser - e se você não contar tudo, fará coisas estúpidas. Suas regras precisam ser perfeitas . Suas restrições precisam estar completas . Todos os requisitos que você precisa precisam ser definidos na forma de regras e diretrizes. Muitas vezes você pode não perceber o quanto implicitamente sabe / exige - Não direcione os sinais de energia até a placa - A conexão entre o capacitor de desacoplamento e o pino de alimentação do chip deve ser o mais curto possível e não deve serpenteando em torno de um monte de circuito analógico - a lista continua.

Sua veiculação parece desleixada - veja este exemplo:

Se você inverter R17, o rastreamento que vai de R17 a R18 não precisará cruzar o rastreamento, indo de R17 a D1. R19 parece estar em paralelo com C12 - talvez isso seja algo que você possa usar para simplificar o layout, colocando-os fisicamente paralelos um ao outro. Mover R19 acima ou abaixo de C12 também facilitaria a rota C18. C17 também parece que poderia ser girado 180 graus, de modo que não exija traços cruzados. Girar D1 90 graus no sentido horário pode facilitar o roteamento desse traço do pino "central" para o R17. E você tem um monte de espaço não utilizado sob esses componentes. Por que não usá-lo e mover um pouco a montagem inteira? Lembra daquela coisa que eu disse sobre posicionamento de 80%, roteamento real de 20%?

Além disso, parece que seu autorouter desistiu. Considere por exemplo:

Há muito espaço para separar esses traços. Isso não deve ser um problema, e qualquer pessoa pode ver que você só precisa mover o traço esquerdo uma fração para o esquerdo, e o erro seria corrigido.

Ao contrário do que outros disseram, usar o roteador automático não é o problema. Eles estão certos de que você não pode simplesmente lançar um projeto inteiro no roteador automático e esperar que ele resolva tudo para você. Porém, quando usados ​​corretamente, os roteadores automáticos são ferramentas legítimas e que economizam tempo. Não ouça os empurrões de joelho que dizem para não usar o roteador automático.

Seu problema é que você tentou colocar coisas demais em uma placa de 2 camadas. Esperar rotear tantos pinos espaçados em duas camadas é extremamente irrealista.

A outra questão é que você não considerou o layout com cuidado suficiente. Isso é mais difícil de avaliar olhando suas imagens, mas parece bastante provável.

Por um lado, há muito pouco espaço em torno do chip denso. Mesmo com várias camadas, haverá congestionamento em torno desse chip. Às vezes, até rotulo manualmente os traços para longe de um chip denso para expandi-los um pouco e depois ver como o roteador automático pode lidar com isso.

No entanto, a primeira regra do bom roteamento é o bom layout . Você não pode simplesmente colocar peças em algum lugar e conectá-las de alguma forma no roteamento mais tarde. Um bom layout é algo que você aprenderá e terá alguma intuição ao criar mais projetos. Para os primeiros designs, ajuda a ter muito espaço. Você não tem.

Peças grandes geralmente são flexíveis em suas atribuições de pinos. Isso geralmente ocorre em microcontroladores e FPGAs. Em alguns casos, eu realmente imprimi uma imagem pinada de uma grande parte. Fiz então anotações em torno dele, correspondendo ao posicionamento aproximado das coisas às quais ele deveria se conectar no quadro. Eu atravessei todos os pinos fixos, como energia, terra, MCLR, etc. Em seguida, designei cuidadosamente os pinos flexíveis com base na proximidade com a qual eles tinham que se conectar.

Este pode ser um processo iterativo. Você pode se aproximar da peça e perceber que é um alfinete curto em uma direção. Isso pode exigir a reatribuição de pinos do outro lado da peça para mudar as coisas.

Para peças grandes, como microncontroladores, coloco-o em uma grande área vazia e, em seguida, coloco apenas as peças imediatamente conectadas em torno dele. Isso inclui as tampas de derivação e o cristal com as tampas, se houver. Você então orienta e move todo esse grupo de peças como uma unidade a partir de então.

É perfeitamente normal colocar algumas peças apenas em posições difíceis, depois voltar e embalá-las com mais eficiência à medida que mais peças forem colocadas. Novamente, todo o processo é iterativo. Depois de obter alguma experiência e intuição, essas etapas serão mais rápidas. Espere que os primeiros desenhos, especialmente os densos, demorem um pouco.

Depois de ter um layout razoável com fios de ar que não se espalhem por todo o lugar, faça um pequeno roteamento manual de sinais importantes. Eu costumo fazer todas as tampas de derivação primeiro, que obviamente já devem estar próximas dos pinos de alimentação e terra que estão ignorando. Se você possui um plano de terra, o próximo passo é conectar a maioria dos pontos de terra ao plano de terra com vias. Isso deixa apenas os fios de ar que serão traçados roteáveis ​​reais.

Nesse ponto, dependendo da sua experiência, você encaminha algumas coisas que poderá ver como problemas ou apenas deixa o roteador automático voar.

No entanto, você ainda não está usando o roteador automático para criar a rota final, apenas para mostrar os pontos problemáticos. Um bom roteamento automático também é um processo iterativo. Você executa o roteador automático, vê onde ele apresenta problemas, faz alguns roteamentos manuais e, talvez, mudanças de posicionamento como resultado, executa o roteador automático novamente, etc. Eventualmente, você converge para uma rota concluída. O roteador automático ainda economizou um tempo significativo, fazendo muito do trabalho pesado para você.

Depois de ter uma solução com a qual você esteja razoavelmente confortável, analisa tudo com cuidado e limpa manualmente as coisas óbvias. Por exemplo, se você tem um plano de terra, não quer ter vias agrupadas. Muitas ilhas pequenas são melhores do que algumas ilhas maiores no plano terrestre.

Mais uma vez, porém, não dê ouvidos a todos os empurrões religiosos. Vá em frente e use o roteador automático, mas faça-o com cuidado e responsabilidade. Eu faço engenharia elétrica profissionalmente e usei o roteador automático de alguma forma em provavelmente mais de 95% de todas as placas que eu projetei. Quanto mais complicada a placa, mais o roteador automático é uma ferramenta valiosa para você fazer o trabalho pesado. Só não espere que ele faça todo o trabalho. E você precisa começar com um bom posicionamento.

O roteador automático não é mágico. E não deve ser usado para fazer pensões completas. Você primeiro precisa rotear os bits importantes por conta própria. Como potência, alta velocidade e tampas de desvio. Então você pode deixar o roteamento automático fazer as coisas tediosas.
As regras de design devem ser configuradas perfeitamente para que o roteador automático funcione corretamente.

Agora parece que você colocou os componentes aleatoriamente. Você obtém resultados muito melhores se agrupar os componentes ou, pelo menos, colocá-los em uma grade. Por exemplo,

• O U3, que provavelmente é um regulador de tensão, terá alguns Cs próximos. Estes não parecem muito próximos.
• U7 e U8 provavelmente têm um limite de desvio. Onde estão esses?
• Há uma coleção de R's no lado direito. Se são para uma rede de resistores, por que não colocá-los em uma grade quadrada? Se você mantiver algum espaço entre eles, poderá rotear manualmente com a mão.
  Exemplo:
  

Eu recomendo visualizar algumas placas profissionais (desmontagem de alguns equipamentos de teste) ou hardware aberto de qualidade e talvez alguns vídeos de layout de placas de circuito impresso. No blog do EEV, por exemplo.

Pelo menos você está trabalhando com um tamanho de placa definido com suportes, bom! É um erro clássico dos iniciantes encaminhar uma placa sem restrições de tamanho e pensar no gabinete quando a placa já está feita.

Você cometeu um dos maiores erros que um novato pode cometer, e isso é confiar no autorouter para fazer seu trabalho por você. Esse é um enorme mal-entendido entre os entusiastas do hobby, e é que o autorouter é para iniciantes. Na realidade, é exatamente o oposto. Somente usuários experientes do Altium (e outros pacotes) podem usá-lo adequadamente e, quando se tornam especialistas, geralmente é mais fácil rotear manualmente de qualquer maneira. Os iniciantes devem sempre começar à mão. NÃO USE O AUTOROUTOR.

Para ajudá-lo a direcionar sua placa, sugiro começar colocando as peças posicionadas criticamente (conectores, principalmente). Tudo o que você SABE precisa ser posicionado em um local exato e não pode ser movido nem alguns milímetros. Em seguida, comece a agrupar os componentes restantes em pequenas seções. Por exemplo, agrupe todos os componentes diretamente conectados ou relacionados ao IC U1 (fora da placa), organize-os para que os fios de ar sejam curtos e retos (não se cruzem) e depois os encaminhe (fora da placa) ) Faça isso para todos os módulos diferentes (ou pelo menos alguns de cada vez) e, em seguida, mova os módulos para a placa como grupos de componentes para um local que faça sentido. Ao mover os módulos já roteados para a placa, você poderá reposicionar os grupos para que os fios de ar entre eles sejam curtos e retos, e você repete o processo para rotear os "módulos" juntos, assim como fez os componentes em cada módulo. Continue assim e, eventualmente, você terá um design limpo e bem pensado, com vias mínimas e fluxo de sinal lógico.

E para responder à sua pergunta real, não - não há muito nesse quadro. De fato, isso é bastante escasso comparado a alguns dos quais trabalhei. Você só precisa ser inteligente em relação à colocação de componentes para minimizar o número de vias necessárias e o número de faixas que circulam. Como outros já mencionaram, reduza suas vias. A broca de 0,2 mm é suficiente para a maioria das vias.

Uma perspectiva econômica:

Então, este é um projeto de hobby.

Nesse caso, considere o número de horas que você gastará no layout e o custo de uma placa um pouco maior. Alguns fabricantes (como a pcbway) cobrarão o mesmo por uma placa de 80x100mm ou 100x100mm, para que o aumento no tamanho seja gratuito.

Se você gasta um dia de esforço tentando encaixá-lo em uma placa menor para economizar US $ 2 em custos de PCB, relaxe! Faça seu quadro maior. Não importa se existe algum espaço não utilizado. Não precisa parecer todo arrumado e apertado ...

... o item acima agora está obsoleto, pois você disse que a localização do seu gabinete e conector foi corrigida, portanto:

Se esse fosse meu projeto de hobby, eu usaria 4 camadas (US $ 50, vale a pena, tempo versus dinheiro) para manter um plano de terra saudável e não ter que gastar muito tempo pensando em EMI. Sei que parece um pouco absurdo, mas a camada 4 é tão barata hoje em dia que realmente faz sentido em um contexto de hobby quando você deseja que ela funcione pela primeira vez sem dores de cabeça, problemas com EMI e sem gastar muito tempo. Também ajuda de maneiras sutis: as chances de você cometer um grande erro no ruído / EMI serão muito menores.

Se estiver em um ambiente automotivo, espere muito barulho (como velas de ignição ...) para que você realmente queira um plano de aterramento completo. Especialmente se você quiser obter baixo ruído nas leituras do ADC. Lembre-se de que GND, ou seja, 0V é sua referência, portanto, traços finos garantem alta impedância em GND, portanto, GND está em tensões diferentes em todos os lugares, dependendo da corrente que flui nele, portanto, leituras ADC muito barulhentas (se funcionar).

Em termos de sua pergunta sobre a colocação de componentes. A colocação de componentes (como outros já disseram) é 80% do roteamento. Posicionamento pré-pensado da peça e tudo mais se encaixa.

Uma vez que os componentes são colocados de maneira estratégica, você encontrará duas coisas aqui. 1) Educar o roteador automático Altium levará muito mais tempo do que apenas o roteamento manual. 2) O roteamento apenas se encaixa com uma redução via contagem e sem viagens panorâmicas (X, Y & Z) com o Cu. traços / condutores.

Sem mencionar a limpeza após o roteador automático; Eu já vi muitas coisas estranhas que o roteador automático faz e isso realmente me assusta. Sim, eu usei o AR (em uma pitada de tempo), mas apenas em itens variados e similares.

IMHO, pegue o roteador automático Altium até o Pólo Norte, faça um buraco no gelo e jogue-o dentro