Методика размещения компонентов и трассировки плат

[Foxhound]

Понимаю, что на тему давно и много написано... Но....
Все что удается нарыть в интернете это либо совсем локальные рекомендации, типа размещайте конденсатор как можно ближе к ноге питания микросхемы или очевидные типа проектируйте больше с опытом будет проще...

Проблема очень простая. Как только на плате четыре пять - десятков компонентов, то дорожки завязываются просто в неимоверную паутину....
Но наверняка же есть какие то глобальные шаблоны проектирования? Типа начинаем с разъемов, потом микросхемы с максимальным количеством ног?
Или сначала размещаем и трассируем функциональные блоки, потом компонуем из между собой? Должно же было человечество что то придумать..... Кто ни будь может мастер класс дать? На примере чуть более сложном, чем 10 элементов?

Я проектирую в KiCAD. Плату развожу руками. Двухстороннюю. Начинаю с разъемов, потом потихоньку размещаю функциональные блока (регулятор напряжения, схема зарядки аккумуляторов т.д.) Проблем в том что когда подходишь к последним компонентам, то на плате уже месиво из дорожек....
Вот последний пример. Принципиальная схема с относительно большим количеством элементов


Трассировку я еще не доделал но вот такая вот фигня получается....



Понятно, что придется поиграть с размещением элементов, только вот как их правильно сразу размещать? В глобальном смысле этого вопроса?
Как разместить все так, что бы трассировка не превратилась в проблему...

[Slabovik]

Предположения по большей части верные.
Вначале размещаем по местам те компоненты, которые точно должны стоять в определённых местах (разъёмы, радиаторы, болты).
Потом группируем по принадлежности к узлам остальные компоненты. Перемещаем, разводим вокруг крупных мелкоту (тут как раз учитываем мелкотные требования типа "конденсаторы около ног питания) и т.п.), делаем блоки.
Потом уточняем положения частично разведённых блоков друг относительно друга, корректируем, доразводим остатки.

Есть два приёма, заметно упрощающие жизнь.
Первый - это не напихивать (рисовать) схему как попало. Компоновка исходной схемы, разбивка на функциональные блоки - это уже половина дела. Такую схему гораздо удобнее растаскивать на плате по углам, она легкопонятна.

Второй приём - выбрать приоритетность направлений по слоям. Например, на верхнем слое разводить горизонтальные связи, на нижнем - вертикальные. Например, если проводник идёт по диагонали из угла в угол, то сначала его вести вертикально (горизонтально) на одном слое, затем сделать via и довести его горизонтально (вертикально) на другом слое.

Если на плате есть многопроводные шинки , то предусмотреть место и для них, чтобы они кучно-параллельно были.

[Foxhound]

Ну... Так то оно так....

Ну допустим разделили все на функциональные блоки. Каждый блок детально прорисовали. Расставили мелочевку, нарисовали дорожки. Дальше пытаемся эти блоки как то между собой в пространстве соотнести. Но ведь это все в габариты платы запихать. И блок прорисовывать можно по разному. Например что бы те или иные линии с нужной стороны подходили. Это хорошо бы заранее знать.

Хоть компоновку в больших кубиках сначала рисуй. Я тут на бумажке пробовал, но не удобно. Все равно линий связи много.
Опять же как определить на какой стороне лучше компоненты размещать?

С питанием и землей тоже не понято. Сразу шину нарисовать и потом вокруг нее все строить?

Если на плате есть многопроводные шинки , то предусмотреть место и для них, чтобы они кучно-параллельно были

Вот тут тоже интересно. Например есть у меня несколько микросхем общающихся по SPI и делаю я на плате для них нишу. Когда мне от этой шины дорожки надо в сторону отвести, это получается кучу переходных отверстий сделать надо?
Под это по любому какие то шаблонные подходы уже изобретены?

[Slabovik]

Хоть компоновку в больших кубиках сначала рисуй.

Да, именно так. Ещё раз повторю - начинается всё со схемы. Сама схема - это уже "кубики". Как они удобно будут расположены - так они на заготовку платы и лягут. Вот на вашей схеме, честно говоря, всё просто насыпано. Да, компьютеру всё-равно, как оно выглядит, лишь бы связи были указаны, но работать-то вам. Поэтому функциональные блоки должны выглядеть законченно - все близкие детали близко, внешние связи - только необходимые. Например, вход питания - один, соединение с шиной - одно.

на какой стороне лучше компоненты размещать?

А тут думать надо, как оно чисто механически. Но вот совет дам - старайтесь компоненты одного типа размещать на одной стороне платы, а другого - на другой, не мешая их. Дырочные - с одной, smd - с другой. например, размещать smd сразу с двух сторон, да ещё друг над дружкой - плохой тон. Просто потому, что крайне неудобно производить монтаж - паяешь с одной - отваливается с другой.

Когда мне от этой шины дорожки надо в сторону отвести, это получается кучу переходных отверстий сделать надо?

Да, надо. На первоначальном этапе их будет много. Потом, когда разводка будет почти готова, можно будет заняться сокращением количества переходных отверстий - часть их удастся убрать. А так, многослойные платы для того и придуманы, чтобы можно было "нырять" из слоя в слой.

Кстати, часто помогает испльзование "микса" из типов (th - smd) деталей. В процессе разводки некоторые детали бывает удобно заменить на другого типа (обычно smd на th) - это позволяет легче "нырять" в нужных местах. Например, th транзистор BC556 занимает места на плате ничуть не больше, чем smd BC856, если около последнего приходится делать хотя бы один via...

В качестве примера плата одного из эпохальных компьютеров

Спойлер

[Foxhound]

Ну что же... Небольшая работа над ошибками

Slabovik писал(а):

Да, именно так. Ещё раз повторю - начинается всё со схемы. Сама схема - это уже "кубики". Как они удобно будут расположены - так они на заготовку платы и лягут. Вот на вашей схеме, честно говоря, всё просто насыпано. Да, компьютеру всё-равно, как оно выглядит, лишь бы связи были указаны, но работать-то вам. Поэтому функциональные блоки должны выглядеть законченно - все близкие детали близко, внешние связи - только необходимые. Например, вход питания - один, соединение с шиной - одно.

Перерисовал схему. Теперь она выглядит примерно следующим образом:

Каждый кубик это какой то законченный функционал. Одна - две микросхемы и обвязка.
Если я правильно понимаю идею, то эти кубики надо друг относительно друга расположить так, что бы удобно было рисовать связи.
Дальше мы каждый кубик прорисовываем внутри (размещаем компоненты, рисуем дорожки).
Полученные блоки размещаем так как на схеме. Потом соединяем между собой....

Но....
Эти кубики же не отражают реальной геометрии компонентов? Кто сказал, что их безболезненно можно будет соединить?
Опять же переходные отверстия неизвестно куда попадут....
В общем не понятно что с этим дальше делать

[musa56]

Foxhound писал(а):

Эти кубики же не отражают реальной геометрии компонентов?

Не нужно все понимать буквально. И кубики это просто для понятности так названы. Рисуете схему так чтобы все было разбито по каскадам. Сответственно выделяете каскад на схеме и на плате собираете элементы в кучку. После этого стараетесь расположить элементы оптимальным образом так чтобы была минимальная длинна соединений и по возможности небыло пересечений проводников. Если монтаж плотный и предполагается двухсторониий монтаж посмотреть как можно разбить каскад так чтобы с минимальными переходными можно было бы перенести часть элементов на ту сторону. Это и будет ваш кубик. Тоесть законченный узел с оптимальной компоновкой. Ну и так со всеми каскадами. После этого компонуете плату покаскадно. Шины питания формируете исходя из удобства соединений. Достаточно часто для разводки питания используют внутренние слои

[ozonn]

для этого и придумали автоматическую трассировку. Расставил компоненты по фиксированным местам, если таковые имеются, остальные расставляешь в первом приближении, жмешь кнопку автотрассировки. После этого становится видно, что ты не так расположил. Детрассируешь, делаешь нужные перемещения, снова трассируешь. И так пока не достигнешь приемлемого результата

[Foxhound]

ozonn писал(а):

для этого и придумали автоматическую трассировку. Расставил компоненты по фиксированным местам, если таковые имеются, остальные расставляешь в первом приближении, жмешь кнопку автотрассировки. После этого становится видно, что ты не так расположил. Детрассируешь, делаешь нужные перемещения, снова трассируешь. И так пока не достигнешь приемлемого результата

Так это и есть самая главная проблема. Правильная расстановка компонентов это 90% успеха трассировки. И не важно ручная она или автоматическая она будет.
Вопрос то собственно про это.
Когда расставляешь компоненты в первом приближении получается вот это ....



Первые компоненты еще соединить реально, но чем дальше тем сложнее... Хотя наверное тоже реально.... Вернее ты понимаешь, что надо компоненты расставить по-другому и уже догадываешься как....

Собственно вопрос как раз в том, как оптимально расставить компоненты.

[Slabovik]

Вернее ты понимаешь, что надо компоненты расставить по-другому и уже догадываешься как....

Да, именно. Остаётся двигать их туда, куда надо.

[ozonn]

Foxhound писал(а):

ozonn писал(а):

для этого и придумали автоматическую трассировку. Расставил компоненты по фиксированным местам, если таковые имеются, остальные расставляешь в первом приближении, жмешь кнопку автотрассировки. После этого становится видно, что ты не так расположил. Детрассируешь, делаешь нужные перемещения, снова трассируешь. И так пока не достигнешь приемлемого результата

Так это и есть самая главная проблема. Правильная расстановка компонентов это 90% успеха трассировки. И не важно ручная она или автоматическая она будет.
Вопрос то собственно про это.
Когда расставляешь компоненты в первом приближении получается вот это ....



Первые компоненты еще соединить реально, но чем дальше тем сложнее... Хотя наверное тоже реально.... Вернее ты понимаешь, что надо компоненты расставить по-другому и уже догадываешься как....

Собственно вопрос как раз в том, как оптимально расставить компоненты.

я же тебе и пытаюсь объяснить: пошагово, используя автоматическую трассировку. Прелесть автотрассировки в том, что она трассирует быстро и без ошибок.

ЗЫ если бы расстановка компонентов была такой тривиальной задачей, то их давно бы уж расставляли автоматически. Но, увы...

[musa56]

Foxhound писал(а):

Собственно вопрос как раз в том, как оптимально расставить компоненты.

Так это и есть главный камень преткновения и никто здесь ничем помочь вам не сможет. Все упирается в то чтобы вы сами увидели как оптимально поставить компоненты. И автотрассировка мало помогает в этом. Если изначально вы недокомпоновали плату то никакие автоматические режимы вам тут не помогут. Иногда просто передвижение какого нибудь компонента на чуть чуть может резко изменить всю трассировку. При автоматической разводке вы этого просто неувидите и программа начнет класть петли чтобы провести цепь при этом ломая всю трассировку.

[ozonn]

musa56 писал(а):

И автотрассировка мало помогает в этом. Если изначально вы недокомпоновали плату то никакие автоматические режимы вам тут не помогут.

неправда. Автотрассировка позволяет сократить время выбора оптимальной расстановки

[Slabovik]

Оба правы. Просто в разных пакетах разные автотрассировщики с разным уровнем"умения". И если одному можно довериться, то другой - это просто ой...

Но ведь речь изначально была о ручной разводке

[ozonn]

Slabovik писал(а):

Оба правы. Просто в разных пакетах разные автотрассировщики с разным уровнем"умения". И если одному можно довериться, то другой - это просто ой...

не могу себе представить трассировщика, который делает ошибки в трассировке

Slabovik писал(а):

Но ведь речь изначально была о ручной разводке

при ручной трассировке то же самое, только на порядок дольше

[Slabovik]

не могу себе представить трассировщика, который делает ошибки в трассировке

Вообще не в ту степь. При чём тут ошибки? Об ошибках речь вообще не велась - их и так не удастся сделать ни в ручном режиме, ни в автоматическом.

при ручной трассировке то же самое, только на порядок дольше

Дольше - да. То же самое - никак нет.

[12943]

Foxhound писал(а):

Правильная расстановка компонентов это 90% успеха трассировки.
Первые компоненты еще соединить реально, но чем дальше тем сложнее... Хотя наверное тоже реально.... Вернее ты понимаешь, что надо компоненты расставить по-другому и уже догадываешься как....
Собственно вопрос как раз в том, как оптимально расставить компоненты.

Вопрос вот в чём: сколько времени можно потратить на это занятие и каковы критерии оценки качества?

[musa56]

ozonn писал(а):

Автотрассировка позволяет сократить время выбора оптимальной расстановки

Ой ли. Вы на ваш взгляд сделали идеальную компоновку. Но при автотрассировке одному проводнику немного нехватило места и программа пытается найти место для его разводки при этом блокируя и ломая разводку других проводников. Ну и что в получившейся каше вы увидите. Опртимальным было бы чуть сдвинуть компоненты и освободить место. Но программа этого делать не умеет. Я не говорю что все нужно делать самому в ручную. Но агульно полагаться на автотрассировку безсмысленно. Она может помочь и сократить рутинную работу но полноценную разводку она сделать к сожалению не может.

[ozonn]

Slabovik писал(а):

]Дольше - да. То же самое - никак нет.

поверь, то же самое

Добавлено after 5 minutes 54 seconds:

musa56 писал(а):

Ой ли.

ой ли

musa56 писал(а):

Вы на ваш взгляд сделали идеальную компоновку. Но при автотрассировке одному проводнику немного нехватило места и программа пытается найти место для его разводки при этом блокируя и ломая разводку других проводников. Ну и что в получившейся каше вы увидите. Опртимальным было бы чуть сдвинуть компоненты и освободить место. Но программа этого делать не умеет. Я не говорю что все нужно делать самому в ручную. Но агульно полагаться на автотрассировку безсмысленно. Она может помочь и сократить рутинную работу но полноценную разводку она сделать к сожалению не может.

если бы ты внимательно читал, то понял бы, что я говорил о пошаговости процесса. Расставил, автоттрассировал, потом подкорректировал расстановку, снова автотрассировал. И так до полного успеха. И я не полагаюсь огульно. автотрассирую либо до полного успеха, либо, когда остаются плохо страссированы пара дорожет и их трассирую вручную. а все время трассировать вручную, это даже не знаю как назвать...

я вот не могу понять, что такого трудного в автотрассировке? Трудно нажать на кнопку? Зачем делать руками то, что можно сделать автоматом?

Добавлено after 52 seconds:

12943 писал(а):

Вопрос вот в чём: сколько времени можно потратить на это занятие и каковы критерии оценки качества?

критерий тут один - рабочая плата

[12943]

Я спрашивал у Foxhound. Мнение людей самостоятельных, это уже другой вопрос.

[Foxhound]

12943 писал(а):

Foxhound писал(а):

Правильная расстановка компонентов это 90% успеха трассировки.
Первые компоненты еще соединить реально, но чем дальше тем сложнее... Хотя наверное тоже реально.... Вернее ты понимаешь, что надо компоненты расставить по-другому и уже догадываешься как....
Собственно вопрос как раз в том, как оптимально расставить компоненты.

Вопрос вот в чём: сколько времени можно потратить на это занятие и каковы критерии оценки качества?

Да собственно вопрос возник потому что слишком много времени я на это стал тратить.
Для меня в первую очередь это хобби. И хочется видеть результаты своего труда. Конкретно с разводкой этой платы я сижу по вечерам вторую неделю (1 - 1,5 вечером). И что то меня это задалбывать начинает.

Понятно, что в вариант нажать кнопку и получить пусть не очень красивую, но рабочую плату был бы для меня оптимален. Единственное ограничение, она (плата) должна быть изготавлеваема в домашних условиях.

У мня например были проблемы когда не протравивалось расстояние между близко идущими дорожками (особенно если это шина из 4 - 7 параллельно идущих дорожек), если при этом больше держать в растворе, то подъедаются мелкие контакты, например у любимой микросхемы CP2102. Когда я развожу руками я на это поправку делаю.