¿He colocado demasiado en este diseño de PCB?

Supongo que está utilizando el enrutador automático porque cree que le ahorrará tiempo. Pero tengo malas noticias: se dice que el diseño de PCB es 80% colocación de componentes, 20% enrutamiento. No puede simplemente abofetear los componentes, debe pensar en cómo se conectan las señales y si coloca los componentes correctamente, el diseño "fluirá" desde esta ubicación. Entonces, si tiene una buena ubicación, tiene su enrutamiento de inmediato y también podría hacerlo usted mismo (o al menos gran parte de él) mientras hace este diseño.

Autorouters son un dolor. Nunca he visto a personas usarlas con mucho éxito, especialmente las integradas como las que se encuentran en Altium (aunque recientemente mostraron una nueva herramienta, ¿eso podría ayudar?). Además, la colocación de los componentes es vital.

Un problema con cualquier diseño automático o síntesis de circuitos es que el programa solo hará lo que le digas, y si no le dices todo, hará cosas estúpidas. Tus reglas deben ser perfectas . Las restricciones deben estar completas . Cada requisito que tenga debe establecerse en forma de reglas y directivas. A menudo, es posible que no se dé cuenta de cuánto sabe/necesita implícitamente - No dirija las señales de alimentación por toda la placa - La conexión entre el condensador de desacoplamiento y el pin de suministro del chip debe ser lo más corta posible y no pasar Serpenteando alrededor de un montón de circuitos analógicos, la lista continúa.

Su ubicación parece descuidada; tome este ejemplo:

Si cambiara R17, la traza que va de R17 a R18 no necesitaría cruzar la traza que va de R17 a D1. R19 parece estar en paralelo con C12; quizás esto sea algo que pueda usar para simplificar el diseño, colocándolos físicamente paralelos entre sí. Mover R19 por encima o por debajo de C12 también facilitaría la ruta de C18. C17 también parece que podría girarse 180 grados de modo que no requiera cruzar rastros. Girar D1 90 grados en el sentido de las agujas del reloj podría facilitar el enrutamiento de esa traza desde el pin "central" hasta R17. Y tiene un montón de espacio sin usar debajo de estos componentes, ¿por qué no usarlo y mover todo el ensamblaje un poco hacia abajo? ¿Recuerdas lo que dije sobre el 80% de ubicación, el 20% de enrutamiento real?

Además, parece que su enrutador automático acaba de darse por vencido. Toma por ejemplo:

Hay mucho espacio para separar estos rastros. Esto no debería ser un problema, y ​​cualquiera puede ver que solo tiene que mover el trazo izquierdo una fracción hacia la izquierda, y el error se solucionaría.

A diferencia de lo que otros han dicho, usar el enrutador automático no es el problema. Tienen razón en que no puedes lanzar un diseño completo al enrutador automático y esperar que resuelva todo por ti. Pero, cuando se usan correctamente, los enrutadores automáticos son herramientas legítimas que ahorran tiempo. No escuche a los idiotas que dicen que no use el enrutador automático.

Su problema es que trató de meter demasiadas cosas en un tablero de 2 capas. Esperar enrutar tantos pines que están muy cerca en 2 capas es muy poco realista.

El otro problema es que no consideró el diseño con suficiente cuidado. Esto es más difícil de evaluar mirando sus imágenes, pero parece bastante probable.

Por un lado, hay muy poco espacio alrededor del chip denso. Incluso con capas múltiples, habrá congestión alrededor de ese chip. A veces, incluso enruto manualmente los rastros lejos de un chip denso para expandirlos un poco, luego veo cómo el enrutador automático puede manejarlo.

Sin embargo, la primera regla de un buen enrutamiento es un buen diseño . No puede colocar las partes en algún lugar y luego conectarlas de alguna manera en el enrutamiento posterior. Un buen diseño es algo que aprenderá y tendrá algo de intuición a medida que haga más diseños. Para los primeros diseños, ayuda tener mucho espacio. no lo has hecho

Las piezas grandes suelen ser flexibles en sus asignaciones de pines. Esto suele ser cierto para los microcontroladores y los FPGA. En algunos casos, he impreso una imagen de pinout de una gran parte. Luego hice notas a su alrededor correspondientes a la ubicación aproximada de las cosas a las que tenía que conectarse en el tablero. Taché todos los pines fijos, como alimentación, tierra, MCLR, etc. Luego asigné cuidadosamente los pines blandos en función de la proximidad a la cosa a la que tenían que conectarse.

Esto puede ser un proceso iterativo. Puede llegar a la mitad de la pieza y darse cuenta de que le falta un alfiler en una dirección. Eso puede requerir reasignar pines en el otro lado de la pieza para cambiar las cosas.

Para partes grandes como microcontroladores, lo coloco en un área grande y vacía, luego coloco solo las partes inmediatamente conectadas a su alrededor. Esto incluye las tapas de derivación y el cristal con sus tapas, si corresponde. Luego orientas y mueves todo ese grupo de partes juntas como una unidad a partir de ese momento.

Es perfectamente normal colocar algunas piezas solo en posiciones aproximadas, luego regresar y empaquetarlas de manera más eficiente a medida que se colocan más piezas. Una vez más, todo el proceso es iterativo. Después de que haya adquirido algo de experiencia e intuición, estos pasos serán más rápidos. Espere que los primeros diseños, especialmente los densos, tomen un tiempo.

Una vez que tenga un diseño razonable con cables de aire que no se crucen por todos lados, haga un pequeño enrutamiento manual de las señales importantes. Por lo general, primero hago todas las tapas de derivación, que por supuesto ya deberían estar cerca de los pines de alimentación y tierra que están pasando por alto. Si tiene un plano de tierra, el siguiente paso es conectar la mayoría de los puntos de tierra al plano de tierra con vías. Esto deja solo los cables de aire que serán pistas enrutables reales.

En este punto, dependiendo de su experiencia, enrute algunas cosas que puede ver que serán problemas, o simplemente deje que el enrutador automático vuele.

Sin embargo, aún no está utilizando el enrutador automático para crear la ruta final, solo para mostrarle los puntos problemáticos. Un buen enrutamiento automático también es un proceso iterativo. Ejecuta el enrutador automático, ve dónde se mete en problemas, realiza un enrutamiento manual y tal vez cambios de ubicación como resultado, vuelve a ejecutar el enrutador automático, etc. Eventualmente, converge en una ruta completa. El enrutador automático aún le ha ahorrado mucho tiempo al hacer gran parte del trabajo pesado por usted.

Una vez que tiene una solución con la que se siente razonablemente cómodo, mira todo cuidadosamente y limpia manualmente las cosas obvias. Por ejemplo, si tiene un plano de tierra, no querrá tener vías agrupadas. Muchas islas pequeñas son mejores que unas pocas islas más grandes en el plano de tierra.

Una vez más, sin embargo, no escuches a todos los reflejos religiosos. Continúe y use el enrutador automático, pero hágalo con cuidado y responsabilidad. Hago ingeniería eléctrica profesionalmente y he usado el enrutador automático de alguna manera en probablemente más del 95% de todas las placas que he diseñado. Cuanto más complicada sea la placa, más valioso será el enrutador automático para hacer el trabajo duro por usted. Simplemente no espere que haga todo el trabajo. Y, tienes que empezar con una buena colocación.

El enrutador automático no es mágico. Y no debe usarse para hacer tableros completos. Primero debe enrutar los bits importantes usted mismo. Como tapas de potencia, alta velocidad y bypass. Entonces puede dejar que la ruta automática haga las cosas tediosas.
Las reglas de diseño deben configurarse sin problemas para que el enrutador automático funcione correctamente.

Ahora parece que ha colocado los componentes al azar. Obtiene resultados mucho mejores si agrupa los componentes, o al menos los coloca en una cuadrícula. Por ejemplo,

• U3, que probablemente sea un regulador de voltaje, tendrá algunas C cerca. Estos no se ven muy cerca.
• Lo más probable es que U7 y U8 tengan una tapa de derivación. ¿Donde están esos?
• Hay una colección de R en el lado derecho. Si estos son para una red de resistencias, ¿por qué no ponerlos en una cuadrícula cuadrada? Si deja algo de espacio en el medio, a menudo puede enrutarlos a mano bien.
  Ejemplo:
  

Recomendaría ver algunas placas profesionales (desmontar algunos equipos de prueba), o hardware abierto de calidad y tal vez algunos videos de diseño de PCB. Del EEVblog por ejemplo.

Al menos estás trabajando con un tamaño de tablero definido con monturas, ¡bien! Es un error clásico de los principiantes enrutar una placa sin restricciones de tamaño y pensar en el recinto cuando la placa ya está hecha.

Ha cometido uno de los errores más grandes que puede cometer un novato, y es confiar en que el enrutador automático haga el trabajo por usted. Este es un gran malentendido entre los aficionados, y es que el enrutador automático es para principiantes. En realidad es exactamente lo contrario. Solo los usuarios expertos de Altium (y otros paquetes) pueden usarlo correctamente, y cuando se vuelven expertos, a menudo es más fácil para ellos enrutar a mano de todos modos. Los principiantes SIEMPRE deben comenzar a mano. NO USE EL ENRUTADOR AUTOMÁTICO.

Para ayudarlo a enrutar su tablero, sugiero comenzar colocando las partes en posiciones críticas (conectores, principalmente). Todo lo que SABES que necesitas posicionado en un lugar exacto y no se puede mover ni unos milímetros. Luego comience a agrupar los componentes restantes en pequeñas secciones. Por ejemplo, agrupe todos los componentes directamente conectados o relacionados con el IC U1 juntos (fuera de la placa), colóquelo de manera que los cables aéreos sean cortos y rectos (no se crucen) y luego páselos juntos (fuera de la placa). ). Haga esto para todos los diferentes módulos (o al menos algunos a la vez), y luego mueva los módulos a la placa como grupos de componentes a un lugar que tenga sentido. A medida que mueve los módulos ya enrutados en el tablero, podrá reposicionar los grupos para que los cables de aire entre ellos sean cortos y rectos, y repite el proceso para enrutar los "módulos" juntos tal como lo hizo con los componentes dentro de cada módulo. Continúe así y eventualmente tendrá un diseño limpio y bien pensado con vías mínimas y flujo de señal lógico.

Y para responder a su pregunta real, no, no hay demasiado en ese tablero. De hecho, eso es bastante escaso en comparación con algunos de los que he trabajado. Solo necesita ser inteligente con la ubicación de sus componentes para minimizar la cantidad de vías que necesita y la cantidad de pistas que se repiten. Como han mencionado otros, reduce tus vías. El taladro de 0,2 mm es suficiente para la mayoría de las vías.

Una perspectiva económica:

Entonces, este es un proyecto de pasatiempo.

En este caso, considere la cantidad de horas que pasará haciendo su diseño versus el costo de un tablero un poco más grande. Algunos fabricantes (como pcbway) incluso te cobrarán lo mismo por una placa de 80x100mm o de 100x100mm, por lo que el aumento de tamaño puede ser gratuito.

Si pasa un día de esfuerzo tratando de colocarlo en una placa más pequeña para ahorrar $ 2 en costos de PCB, ¡simplemente relájese! Haz tu tablero más grande. No importa si hay algún espacio sin usar. No tiene que verse todo ordenado y apretado...

... lo anterior ahora está obsoleto ya que dijo que la ubicación de su gabinete y conector se arreglaron, por lo tanto:

Si este fuera mi proyecto de pasatiempo, elegiría 4 capas ($ 50, vale la pena, tiempo versus dinero) para mantener un plano de tierra saludable y no tener que pasar demasiado tiempo pensando en EMI. Sé que suena un poco absurdo, pero la capa 4 es tan barata en estos días que realmente tiene sentido en un contexto de pasatiempo cuando quieres que funcione la primera vez sin dolores de cabeza, problemas de EMI y sin perder demasiado tiempo. También ayuda de manera sutil: las posibilidades de que cometa un gran error en ruido/EMI serán mucho menores.

Si está en un entorno automotriz, espere mucho ruido (como bujías...) por lo que realmente desea un plano de tierra completo. Especialmente si desea obtener un bajo nivel de ruido en las lecturas de ADC. Recuerde que GND, es decir, 0V es su referencia, por lo que las trazas de tierra delgadas garantizan una alta impedancia en GND, por lo que GND tiene diferentes voltajes en todas partes dependiendo de la corriente que fluya en él, por lo tanto, lecturas de ADC muy ruidosas (si es que funciona).

En términos de su pregunta sobre la ubicación de los componentes. La colocación de componentes (como otros también han dicho) es el 80% del enrutamiento. Colocación adecuada de las piezas previamente pensada y todo lo demás encaja en su lugar.

Una vez que los componentes se colocan de manera estratégica, encontrará dos resultados aquí. 1) Educar el enrutador automático Altium llevará mucho más tiempo que solo enrutar a mano. 2) El enrutamiento simplemente encaja con un conteo reducido de vías y sin viajes panorámicos (X, Y y Z) con el Cu. trazas/conductores.

Sin mencionar la limpieza después de que el enrutador automático se saliera con la suya; He visto muchas cosas extrañas que hace el enrutador automático y realmente me asusta. Sí, he usado AR (en un apuro de tiempo) pero solo en cosas misceláneas de un solo extremo y similares.

En mi humilde opinión, lleva el enrutador automático Altium hasta el Polo Norte, haz un agujero en el hielo y tíralo.