Platinen sind nicht so schwer zu machen und muss nicht die bank sprengen
Breadboarding eine neue Schaltung ist eine Schlüsselkompetenz und ein wichtiger Schritt in vielen Projekten—vor allem am Anfang, wenn Sie brauchen, um Drähte um und ersetzen von Komponenten. Aber diese Flexibilität macht es auch einfach, Drähte auszuschalten., Wenn Ihr Projekt ein Hüter ist, werden Sie schließlich etwas mit etwas mehr Beständigkeit wollen.
Leiterplatten (Leiterplatten) lösen all diese Mängel. Aber die meisten Leute denken nicht einmal daran, ein einmaliges Projekt in ein PCB-Design zu übersetzen. Zum einen war die Leiterplattenherstellung traditionell teuer und nur in kommerziellen Mengen lebensfähig. (Eine Alternative besteht darin, es selbst mit Radierungen und Siebdrucken zu machen, ein unordentlicher und zeitaufwändiger Prozess.) Außerdem gibt es technische Einschränkungen bei PCB-Designs, die für den gelegentlichen Bastler entmutigend sind., Es stellt sich jedoch heraus, dass Sie heutzutage eine professionelle Leiterplatte sehr kostengünstig herstellen können.
Ich habe mich erst vor kurzem mit den Geheimnissen der Leiterplattenherstellung befasst, um einen bevorstehenden IEEE Spectrum-Artikel über den Bau eines digitalen Robotermikroskops zu erhalten. Teil des Projekts ist ein variables LED-Beleuchtungssystem, und um LEDs zu dimmen, müssen Sie eine Pulsweitmodulationsschaltung entwerfen., Mit ein wenig Forschung fand ich ein Design, das auf einem 555-Timer-Chip, einem Leistungstransistor, ein paar Dioden, zwei Widerständen und drei Kondensatoren basiert. Nicht eine große Anzahl von Komponenten, aber genug, dass ich Angst hatte, sie alle an ein Steckbrett zu hängen. Da ich das Design bereits in der Hand hatte, war ich ziemlich zuversichtlich, dass es sofort funktionieren würde. Das machte es zu einem perfekten Kandidaten, um es als PCB zu machen.
Ich hatte mir vor einiger Zeit benutzerdefinierte Leiterplatten angesehen. Ich hatte sogar Eagle heruntergeladen, ein PCB-Design-Programm von CadSoft Computer., Ich mochte Eagle (und kehrte schließlich für dieses Projekt dorthin zurück), aber damals hielten mich die Kosten für ein einzelnes Board—75 US—Dollar und mehr-auf. Dieses Mal entdeckte ich BatchPCB.
BatchPCB konsolidiert eine Reihe einzelner Projekte auf einer einzigen großen Platine und schneidet sie dann auseinander, wenn sie von der Fabrik zurückkommen. Kleine Bretter können für unter $20 auf diese Weise hergestellt werden. Es gibt einen dreiwöchigen Turnaround, aber ich hatte es nicht eilig. Ich tauchte in die Gestaltung meiner LED-dimmer board.
Eine grundlegende Überprüfung der Leiterplatten ist hier in Ordnung., Eine Leiterplatte besteht aus einer dicken, starren Isolierschicht mit leitenden Spuren oben und unten. Da die Mitte isoliert, können die Spuren oben und unten übereinander laufen. Um ein Signal von einer Seite zur anderen zu erhalten, bohren Sie ein Loch namens via, das wie eine Spur ist, die vertikal durch die Platine verläuft. Sie bohren auch Löcher für ICs, Widerstände, Dioden und andere diskrete Teile. Die Spuren führen zu den Löchern, und die Komponenten haben Lötpads, so dass sie an Ort und Stelle gelötet werden können.,
Einige Komponenten können Anschlüsse sein, um Signale auf die Platine zu bringen, und Sie können auch größere Löcher mit Lötpolsterringen um sie herum lassen, um externe Drähte direkt zu löten. Sie können sogar Ebenen mit Spuren zwischen oben und unten hinzufügen, obwohl dies teuer werden kann. Bei BatchPCB kostet eine zweischichtige Platte 2,50 USD pro Quadratzoll (etwa 0,40 USD pro Quadratzentimeter), während eine vierschichtige Platte 8 USD für dieselbe Fläche kostet (etwa 1,24 USD/cm2).
Der erste Schritt beim Erstellen einer benutzerdefinierten Leiterplatte ist das Auslegen der Schaltplanansicht., Platzieren Sie Ihre Komponenten (die normalerweise aus einer Komponentenbibliothek stammen, die in Ihrer Designsoftware enthalten ist) auf einer Leinwand und verbinden Sie die Stifte dann mit Leitungen, die elektrische Verbindungen darstellen. Möglicherweise haben Sie mehrere Möglichkeiten für dieselbe Teilenummer. Das ist, weil viele komponenten kommen in verschiedenen paketen, wie ein DIP (dual in-line-paket) chip oder eine oberfläche-mount chip., Für Hobby-Leiterplatten möchten Sie sich fast immer für die großen, klobigen DIPs und SIPs (System-in-Packages) entscheiden, da sie an Hobbystandorten leicht zu finden sind und einfacher zu löten sind als Aufputzgeräte, die für kommerzielle Anwendungen gedacht sind. Obwohl die verschiedenen Verpackungsoptionen in der schematischen Ansicht möglicherweise gleich aussehen, erscheinen sie sehr unterschiedlich, wenn Sie in die Layoutansicht gehen, um die Platine tatsächlich zu entwerfen.
Zusätzlich zu Ihren Komponenten und Verbindungen müssen Sie auch alle benötigten Strom-oder Erdungssignale platzieren. Die Eagle-Bibliothek enthält zu diesem Zweck Komponenten wie VCC, VDD und GND. Sie müssen auch daran denken, Anschlüsse auf der Platine zu platzieren, um Strom und Masse zu erzeugen, sowie die Platine an externe Geräte wie LEDs oder ein Potentiometer anzuschließen.
Wenn Sie alles dort haben, wo es sein muss, können Sie eine elektrische Regelprüfung (ERC) durchführen, um sicherzustellen, dass keine eklatanten Fehler auftreten., Häufige Probleme sind Drähte, die aussehen, als wären sie verbunden, aber nicht (tatsächlich haben verbundene Drähte kleine Punkte an den Kreuzungen) und Strom-oder Erdungsanschlüsse, die Sie vergessen haben anschließen. Denken Sie daran, dass der ERC nur die elektrischen Eigenschaften des Designs validiert, nicht, dass die Platine tatsächlich das tut, was Sie wollen!
Sobald Sie mit dem Schaltplan zufrieden sind, können Sie in die Kartenlayout-Ansicht wechseln. Wenn Sie dies zum ersten Mal in Eagle tun, werden die Komponenten zufällig verstreut, wobei die Drähte direkt zwischen den Stiften verlaufen., Sie sollten Komponenten auf eine sinnvolle Weise bewegen (z. B. Anschlüsse an den Kanten). Sie werden jedoch immer noch ein Rattennest haben. Um die Platine zu erzeugen, müssen Sie einer Ebene Signale zuweisen, und verschiedene Signale auf derselben Ebene können sich nicht berühren.
Bei Eagle müssen Sie dies von Hand tun, es sei denn, Sie zahlen für die Professional-Version, die über automatische Layoutfunktionen verfügt, die Ihre Signale per Knopfdruck weiterleiten. Einige PCB-Anbieter bieten ihre eigenen Design-Tools, die dies auch für Sie tun können.,
Mit den angelegten Signalen können Sie endlich eine Entwurfsregelprüfung oder DRC durchführen. Dies stellt sicher, dass Sie keine Bohrlöcher zu nahe an Signalleitungen oder Spuren zu nahe beieinander oder am Ende der Platine haben. Die Regeln sind anpassbar und BatchPCB bietet eine Datei, die Eagle mit seinen bevorzugten DRC-Werten einrichtet. Wenn Ihr Design das DRK passiert, können Sie die Designdateien hochladen.
Sie können (und sollten) auch Siebdruck-Schriftzüge auf der Oberseite mit einer speziellen Schicht hinzufügen., Dieser Druck zeigt an, wohin Komponenten mit Umrissen und Teilenummern gehen sollen, sodass Sie diesen 100K-Widerstand nicht dort platzieren, wo der 1K-Widerstand sein sollte.
Die Lingua franca der Leiterplattenherstellung ist die Gerber-Datei, benannt nach Gerber Systems, den ursprünglichen Erstellern des Formats. Jedes Board wird mehrere Dateien haben. Es gibt eine für jede Schicht und die Positionen der Lötpads. Eine separate „Bohrdatei“ definiert, wo die Löcher in die Platine gebohrt werden.,
Wenn Sie diese Dateien in BatchPCB hochladen (nach einigen ziemlich vollständigen Lösungen, die auf der Site verfügbar sind), führt BatchPCB ein eigenes DRC aus und erstellt auch Bilddateien, die zeigen, wie die fertigen Ebenen aussehen. Sie können diese ausdrucken und sicherstellen, dass Ihre Komponenten in die Löcher passen. Schließlich geben Sie einfach BatchPCB Ihre Zahlungsinformationen und lehnen Sie sich für ein paar Wochen zurück.
Als meine Boards ankamen, hätte ich nicht zufriedener sein können. Sie sahen so professionell aus, bis auf die Siebdruck-Komponentensymbole. Besser noch, sie funktionierten perfekt., Ich hatte zwei Boards bestellt und $20 bezahlt (von denen $14 in Richtung Setup und Versand gingen). Also bekam ich meine Boards für effektiv $ 10 pro Stück. Bei höheren Stückzahlen klappt die Preisgestaltung noch besser.
Wenn Sie noch nie eine Leiterplatte entworfen haben, ermutige ich sie sehr. Für $ 20 riskieren Sie viel Zeit, aber kaum Geld. Und der Stolz, den Sie fühlen, halten eine kommerzielle Qualität Bord Ihrer eigenen Herstellung? Unbezahlbar.
Dieser Artikel erschien ursprünglich als “ Board Certified.”
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