Kształty ścieżek na płytkach drukowanych

Miałem w rękach moduły Nokii z BTS'ów. Złocone całe płytki, zasilanie na LP2951, na obu stronach płytki kilkadziesiąt ekranowanych ścieżkami obwodów stabilizatorów na 5 i 3,3V. Przy normalnych częstotliwościach zrobiliby 2 większe stabilizatory i po temacie, ale przy tych kilku GHz zaczyna się zabawa.

Bardzo ładne ścieżki zupełnie jak te rysowane manualnie rysuje program TopoRouter . https://en.wikipedia.org/wiki/TopoR
Podobne rozwiązania raczej nie są zbyt znane choć były i są tematami prac badawczych.

jaeger wrote:

Bardzo ładne ścieżki zupełnie jak te rysowane manualnie rysuje program TopoRouter . https://en.wikipedia.org/wiki/TopoR
Podobne rozwiązania raczej nie są zbyt znane choć były i są tematami prac badawczych.

No program bardzo fajnie prowadzi ścieżki, tylko czy przy np. przetwornicach napięcia, gdzie częstotliwość niejednokrotnie sięga zakresu MHz, takie ścieżki nie będą niczego psuły?

Autoroutera bym sobie odpuścił. Ścieżki trzeba projektować świadomie.

Kamil Monk wrote:

No program bardzo fajnie prowadzi ścieżki, tylko czy przy np. przetwornicach napięcia, gdzie częstotliwość niejednokrotnie sięga zakresu MHz, takie ścieżki nie będą niczego psuły?

A co niby jest złego w takim kształcie, w porównaniu do ścieżek kanciastych?

yogi009 wrote:

Autoroutera bym sobie odpuścił. Ścieżki trzeba projektować świadomie.

No właśnie, sobie. Czyli Ty. Albo ja.
Ale powiedz to 95% pozostałych projektantów.

Ostatnio już zupełnie straciłem wiarę w projektantów PCB.
Dostałem do wbudowania w urządzenie, pewien dedykowany zasilacz (dedykowany, znaczy się zrobiony od zera). Bo sam go nie projektowałem, ze względu na brak czasu. Miał zrobić ktoś inny, i podobno się znał.
Okazało się że nie ma co wbudowywać, bo on nie działa.
Myślę nawet że konstruktorzy dobrze o tym wiedzieli, i zagrali na czas. Przekazali nieuruchomiony, myśląc że ja, lepszy elektronik, sobie to szybko naprawię i nie będę robił problemu (że nie będę skarżył się że coś jest źle).
Niestety projekt PCB okazał się porażką kompletną. Brak dobrego pola masy. Standardowy szkolny błąd amatora: pod pojęciem pola masy rozumie nie poprawne ciągłe pole masy, ale wybranie z menu programu opcji "polygon", i kliknięcie "OK". Bez sprawdzania jak się to pole wyleje. "Kliknąłem przecież polygon i potwierdziłem przyciskiem OK, to pole masy przecież jest, no nie?"
W efekcie powstał prawdziwy labirynt masy. I to w przetwornicy o mocy ponad 500W. Wcześniej kilkukrotnie nie udało się go uruchomić, bo się co chwila coś paliło.
Gość zrezygnował z uruchamiania. Przejął drugi gość. Ten wpadł na pomysł podrutowania płytki. No i faktycznie pomogło, bo przestało się palić. Tyle że ciągle coś było źle, bo uruchamianie dalej się przedłużało.
Męczył się z tym z miesiąc, aż też dał se spokój. Przejął to trzeci gość. Znowu coś modził, aż w końcu powiedział że działa (pewnie grał na czas i chciał się tego pozbyć nie tracąc kasy, kłamiąc że działa). I wtedy dotarło to do mnie.
No ale u mnie wyszło że nie działa. A jak zobaczyłem layolut to się za głowę złapałem.
A cała ta historia dotyczy zawodowych projektantów elektroniki. Robili to za kasę.

A to co dostałem to przetwornica która ma pętlę Power Loop o powierzchni 1300mm², podczas gdy w datasheecie sterownika jest projekt referencyjny z taką pętlą o powierzchni 25mm². Plus rekomendacje co do layoutu. Nie mogę uwierzyć że tego nie czytali.
Ścieżka masy idąca do sterownika ma długość 50mm, i jest to jedyna ścieżka masy sterownika. Ta sama od sterowania MOSFETem (prąd powrotny ze sterowania bramki, dodam że to kilka A), i ta sama od sprzężenia zwrotnego.
Widać że projektowali ręcznie.Ale przy takim projekcie chyba mało brakowało żeby faktycznie projektowali to automatem.
No po prostu ręce opadają.

A Ty yogi009 mówisz żeby projektować ręcznie, i do tego świadomie
To powiedz mi kto ma to robić, jak zawodowi elektronicy tego nie umieją?
Oczywiście mam na myśli takich hobbystów, co robią przy okazji zlecenia.
Bo że dobrzy elektronicy siedzą gdzieś w korporacjach (i nie są dostępni na zewnątrz), to wiem.

Brzydki layput ze ścieżkami wyłącznie pod kątem 90°, to już pikuś przy ogólnym braku znajomości zasad projektowania PCB.
Po prostu powszechna elektronika upada. Tak jak kiedyś upadło kowalstwo czy kołodziejstwo. Zamiast niego weszło kucie maszynowe, i robienie kół na tokarkach.
Dzisiaj upada projektowanie PCB, i w ogóle robienie DIY. Zamiast tego wchodzi masowe projektowanie w dużych biurach, i masowa produkcja gotowych urządzeń.

yogi009 wrote:

Autoroutera bym sobie odpuścił. Ścieżki trzeba projektować świadomie.

No ale np płyty główne komputerów, telefonów czy tabletów projektowane są autoruterami. Tam częstotliwości dochodzą już nie do MHz tylko GHz.
Nie wyobrażam sobie, żeby płyta główna za 450zł mająca 16 warstw była projektowana ręcznie, bo koszt przerósłby zyski, a są przecież też płyty główne za 150zł, całkiem dobrze sprawujące się w komputerach do użytku domowego czy biurowego.
Albo żeby apple ręcznie prowadziło ścieżki w swoich telefonach.
To jak to z tymi autoruterami jest?

Kamil Monk wrote:

No ale np płyty główne komputerów, telefonów czy tabletów projektowane są autoruterami. Tam częstotliwości dochodzą już nie do MHz tylko GHz.

Ale nie w taki sposób jak myślisz.
Ciągle to człowiek wstawia pola masy czy zasilania.
Autorouter ich potem nie rusza.
Autorouter prowadzi ścieżki sygnałowe. Jest ich sporo, ale to są tylko połączenia punkt w punkt.
I jeszcze jedna rzecz. Na 100% przetwornice nie są projektowane Autorouterami.
Nawet nie dlatego że Autorouter tego gnie potrafi. Tylko po prostu każdy sterownik przetwornicy ma swój własny pinout oraz zalecenia producenta.
Robienie pod to zasad projektowych dla Autoroutera zajęłoby dłużej niż ręczne zaprojektowanie. Przetwornice mają zwykle mało połączeń, za to są to bardzo specyficzne i wymagające połączenia.
Podobnie wygląda sprawa projektowania RF. Zbyt dużo wymagań, a zbyt mało połączeń, aby użycie Autoroutera miało przewagę nad ręcznym projektowaniem.

Kamil Monk wrote:

Nie wyobrażam sobie, żeby płyta główna za 450zł mająca 16 warstw była projektowana ręcznie, bo koszt przerósłby zyski, a są przecież też płyty główne za 150zł, całkiem dobrze sprawujące się w komputerach do użytku domowego czy biurowego.

No to słabo u Ciebie z wyobraźnią
Do tego koszt wcale by nie przerósł zysków. Przecież to się produkuje w ponad 1000 sztukach. A koszt dobrego softu do projektowania też jest spory.
Ręcznie zaprojektowanie może wyjść taniej. A ten koszt i tak się potem rozłoży na tysiące wyprodukowanych sztuk.

Kamil Monk wrote:

To jak to z tymi autoruterami jest?

Tak jak opisałem wyżej.
Wyłącznie do poprowadzenia dużej ilości prostych połączeń. Proste ścieżki punkt w punkt, różnicowe linie transmisyjne (też punkt w punkt), albo np. do automatycznego porozstawiania przelotek masy na koniec.

Poza tym warto wiedzieć, że płyty główne potrafią zawierać sporo warstw. W takim przypadku stosuje się warstwy sygnałowe , gdzie ścieżki są dołączane do sygnału przelotkami. To są zupełnie inne techniki projektowania. I cały czas człowiek ma tu sporo do gadania. Automat jest jeszcze zbyt mało inteligentny. Pamiętam projekty PCB tworzone tutaj przez Kolegę Marco47, jakie tam wszystko było proste i logiczne. Znając reguły projektowania różnych grup układów w sposób świadomy rozmieszczasz elementy na PCB, dzięki czemu ścieżki (i pola) są tylko stosownym uzupełnieniem. Wielokrotnie w amatorskich projektach siadałem po raz n-ty do Eagle'a, czy KiCad'a, żeby usunąć kilka nadmiarowych przelotek nie powodując przy tym pogorszenia warunków pracy modułu.

Kolejna sprawa jest taka, że projektuje się blokami. Jak układ wokół jednego IC jest zaprojektowany i działa, to się go przenosi w całości. Jak wchodzi układ podobny, to się część tego układu i "layoutu" używa, bo szybciej i jak działało to się nie poprawia. Nagle się okazuje, że płyta z 1000 komponentów tak naprawdę składa się z 40 klocków.
I oczywiście: pierwsze co robimy to na PCB lub w głowie robimy już projekt wylewek GND przed układaniem wszystkiego.

Co do ścieżek: Ścieżki zaokrąglone mają swoje zalety. Przede wszystkim dwie:
+ połączenia da się zrobić fizycznie najkrótsze, czyli są mniejsze straty, mniejsze pola pętli itd.
+ połączenia nie mają narożników (45* to też narożnik), więc zachowują się lepiej przy wysokich napięciach
I jedną wadę:
- ścieżki na sąsiednich warstwach powinny się przecinać pod katem prostym jeśli jedna z nich generuje zakłócenia. Przy ścieżkach w kształcie łuku lub o dowolnych kątach nie da się tego upilnować i w praktyce lepiej nie kłaść ścieżek pod taką przetwornicą. Tylko czasami się nie da, bo sygnały przetwornicy też mogą iść inną warstwą.

OldSkull wrote:

Kolejna sprawa jest taka, że projektuje się blokami. Jak układ wokół jednego IC jest zaprojektowany i działa, to się go przenosi w całości. Jak wchodzi układ podobny, to się część tego układu i "layoutu" używa, bo szybciej i jak działało to się nie poprawia. Nagle się okazuje, że płyta z 1000 komponentów tak naprawdę składa się z 40 klocków.
I oczywiście: pierwsze co robimy to na PCB lub w głowie robimy już projekt wylewek GND przed układaniem wszystkiego.

Co do ścieżek: Ścieżki zaokrąglone mają swoje zalety. Przede wszystkim dwie:
+ połączenia da się zrobić fizycznie najkrótsze, czyli są mniejsze straty, mniejsze pola pętli itd.
+ połączenia nie mają narożników (45* to też narożnik), więc zachowują się lepiej przy wysokich napięciach
I jedną wadę:
- ścieżki na sąsiednich warstwach powinny się przecinać pod katem prostym jeśli jedna z nich generuje zakłócenia. Przy ścieżkach w kształcie łuku lub o dowolnych kątach nie da się tego upilnować i w praktyce lepiej nie kłaść ścieżek pod taką przetwornicą. Tylko czasami się nie da, bo sygnały przetwornicy też mogą iść inną warstwą.

A co się dzieje z prądem w ścieżkach przy kącie prostym? Wszędzie piszą, że to karygodny błąd, ale nikt nie tłumaczy dlaczego.

Elektrony nie wyrabiają na zakrętach
A tak na serio to ścieżki załamujące się pod kątem 90° mają większą tendencję do pękania, dlatego powinno się ich unikać.
Prawdą jest też, że załamanie ścieżki pod kątem prostym wprowadza lokalną nieciągłość impedancji (ścieżka o szerokości w będzie miała √2×w w samym narożniku), ale w zdecydowanej większości przypadków nie będzie miało to żadnego znaczenia. Eric Bogatin pisze o tym trochę w "Signal and Power Integrity - Simplified" (s. 513 w wyd. III) i podaje przykład dla ścieżki 50-omowej o szerokości 6,5 mil. Ten dodatkowy kawałek miedzi w kącie 90° takiej ścieżki wprowadza pojemność 10 fF (0,01 pF). Dla porównania - przelotka wprowadza od 0.1 do 1pF.

Poza tym, ścieżkami łamanymi pod kątem 45° często łatwiej ominąć różne przeszkody, lawirować pomiędzy nóżkami scalaków i przy okazji gęściej je upchnąć. Wychodzą trochę krótsze, bo można poprowadzić je po przekątnej, zamiast lecieć kwadratami.
O ile wiem, to były się też problemy z trawieniem. Im ostrzejszy kąt, tym większa była szansa na pojawienie się w tym miejscu problemów w czasie wytrawiania, a wewnętrzne narożniki takich 90° załamań już się łapały.
No i, w mojej opinii, takie ścieżki "płynące" falami zakrętów 45° wyglądają dużo lepiej niż kanciaste schody

exti wrote:

Elektrony nie wyrabiają na zakrętach
A tak na serio to ścieżki załamujące się pod kątem 90° mają większą tendencję do pękania, dlatego powinno się ich unikać.
Prawdą jest też, że załamanie ścieżki pod kątem prostym wprowadza lokalną nieciągłość impedancji (ścieżka o szerokości w będzie miała √2×w w samym narożniku), ale w zdecydowanej większości przypadków nie będzie miało to żadnego znaczenia. Eric Bogatin pisze o tym trochę w "Signal and Power Integrity - Simplified" (s. 513 w wyd. III) i podaje przykład dla ścieżki 50-omowej o szerokości 6,5 mil. Ten dodatkowy kawałek miedzi w kącie 90° takiej ścieżki wprowadza pojemność 10 fF (0,01 pF). Dla porównania - przelotka wprowadza od 0.1 do 1pF.

Wow! Jestem pełen podziwu dla wiedzy jaką Pan ma. To jeszcze pytanie, czemu ścieżki pod kątem 90* mają większą tendencję do pękania?

Dodano po 1 [minuty]:

zgierzman wrote:

Poza tym, ścieżkami łamanymi pod kątem 45° często łatwiej ominąć różne przeszkody, lawirować pomiędzy nóżkami scalaków i przy okazji gęściej je upchnąć. Wychodzą trochę krótsze, bo można poprowadzić je po przekątnej, zamiast lecieć kwadratami.
O ile wiem, to były się też problemy z trawieniem. Im ostrzejszy kąt, tym większa była szansa na pojawienie się w tym miejscu problemów w czasie wytrawiania, a wewnętrzne narożniki takich 90° załamań już się łapały.
No i, w mojej opinii, takie ścieżki "płynące" falami zakrętów 45° wyglądają dużo lepiej niż kanciaste schody

Ja akie pytanie zadałem właśnie, bo czasem kąt 45° jest gorszy do zrealizowania niż 90°.

@atom1477 Dobry link.

Pisząc:

zgierzman wrote:

O ile wiem, to były się też problemy z trawieniem. Im ostrzejszy kąt, tym większa była szansa na pojawienie się w tym miejscu problemów w czasie wytrawiania

konstruowałem zdanie w czasie przeszłym, i nie pomyliłem się... W dzisiejszych czasach to raczej nie problem.

Quote:

This objection used to be valid in the 1980’s, but with newer etchant solutions used for copper etching during manufacturing, you can effectively ignore this problem unless you are working with a manufacturer who is cutting corners. A few decades ago, etchant solutions tended to have higher surface tension and viscosity, causing them to accumulate and sit in the 90-degree corners in right-angle PCB traces. This would cause over-etching at corners, leading to excessive surface roughness on copper traces. Today, any American manufacturer that wants to keep their doors open knows not to use these older etchants. However, this continues to be a problem with low-quality overseas manufacturers.

Jednak PCB ze zdjęcia ilustracyjnego po prostu mi się nie podoba, a nawet robiąc coś dla siebie wolę, żeby nie raziło w oczy.
No ale o gustach się nie dyskutuje, płytka jak pokazana poniżej może komuś się podobać i mnie nic do tego.

@zgierzman jeśli nawet taki laik, jak ja jest w stanie wypunktować kilka błędów projektowych tej płytki, to nie jest z nią zbyt dobrze 🙂 zwłaszcza elementy smd mogą być ściągane na boki.

zgierzman wrote:

@atom1477 Dobry link.

Pisząc:

zgierzman wrote:

O ile wiem, to były się też problemy z trawieniem. Im ostrzejszy kąt, tym większa była szansa na pojawienie się w tym miejscu problemów w czasie wytrawiania

konstruowałem zdanie w czasie przeszłym, i nie pomyliłem się... W dzisiejszych czasach to raczej nie problem.

Quote:

This objection used to be valid in the 1980’s, but with newer etchant solutions used for copper etching during manufacturing, you can effectively ignore this problem unless you are working with a manufacturer who is cutting corners. A few decades ago, etchant solutions tended to have higher surface tension and viscosity, causing them to accumulate and sit in the 90-degree corners in right-angle PCB traces. This would cause over-etching at corners, leading to excessive surface roughness on copper traces. Today, any American manufacturer that wants to keep their doors open knows not to use these older etchants. However, this continues to be a problem with low-quality overseas manufacturers.

Jednak PCB ze zdjęcia ilustracyjnego po prostu mi się nie podoba, a nawet robiąc coś dla siebie wolę, żeby nie raziło w oczy.
No ale o gustach się nie dyskutuje, płytka jak pokazana poniżej może komuś się podobać i mnie nic do tego.

Ja pomijam tutaj względy estetyczne, chciałem tylko wiedzy od strony czysto technicznej, też wolę ścieżki pod kątem 45*, ale zdarzyło mi się kilkukrotnie, że ścieżka pod kątem 90* byłaby łatwiejsza do poprowadzenia, i czy jest sens na siłę szukać tych 45* czy 90* się też sprawdzi.
Tam na marginesie. W ostatnim czasie płytka drukowana która mnie urzekła swoim projektem ma zaokrąglone ścieżki.
To jest płytka od Microchipa ATmega168PB-XMINI . Zdjęcie poniżej.

Kamil Monk wrote:

ale zdarzyło mi się kilkukrotnie, że ścieżka pod kątem 90* byłaby łatwiejsza do poprowadzenia, i czy jest sens na siłę szukać tych 45* czy 90* się też sprawdzi.

Nie znam takiej sytuacji gdzie ścieżkę pod kątem 90° poprowadzić łatwiej niż taką pod kątem 45°.
Praktycznie wszystkie przeszkody do omijania są okrągłe, a to automatycznie sprawia że kąt 45° lepiej tu pasuje.
Możesz podać przykład?
Nawet omijanie przeszkody prostokątnej nie pasuje. Dlaczego? A to trzeba sobie rozrysować odległości żeby to zauważyć. Nie będę spoilerował.

Mnie ciekawi że w układach scalonych aż do dzisiaj się stosuje praktycznie wyłącznie kąty 90°.

atom1477 wrote:

Kamil Monk wrote:

ale zdarzyło mi się kilkukrotnie, że ścieżka pod kątem 90* byłaby łatwiejsza do poprowadzenia, i czy jest sens na siłę szukać tych 45* czy 90* się też sprawdzi.

Nie znam takiej sytuacji gdzie ścieżkę pod kątem 90° poprowadzić łatwiej niż taką pod kątem 45°.
Praktycznie wszystkie przeszkody do omijania są okrągłe, a to automatycznie sprawia że kąt 45° lepiej tu pasuje.
Możesz podać przykład?
Nawet omijanie przeszkody prostokątnej nie pasuje. Dlaczego? A to trzeba sobie rozrysować odległości żeby to zauważyć. Nie będę spoilerował.

Mnie ciekawi że w układach scalonych aż do dzisiaj się stosuje praktycznie wyłącznie kąty 90°.

Przy omijaniu otworów montażowych czasami taka sytuacja się zdarza. Sory za jakość tego przykładu, ale nie mam w tej chwili dostępu do żadnego programu do projektowania PCB.

I i dlaczego ścieżka pod kątem 45° tu nie pasuje?
Jak dla mnie to to jest idealny przykład gdzie właśnie pasuje:

atom1477 wrote:

I i dlaczego ścieżka pod kątem 45° tu nie pasuje?
Jak dla mnie to to jest idealny przykład gdzie właśnie pasuje:

Eagle pluje się jak ścieżki są zbyt blisko otworów i stąd taki, a nie inny sposób prowadzenia ścieżek. Podejrzewam, że to wynika też po części z mojego niedoświadczenia i braku głębszej wiedzy o prowadzeniach ścieżek.

A gdzie tu jest mniejsza odległość?
Ten kawałek pod kątem 45° nie jest bliżej niż te pod kątem 0° i 90°.

Niko72 wrote:

Kamil Monk wrote:

Eagle pluje się jak ścieżki są zbyt blisko otworów i stąd taki, a nie inny sposób prowadzenia ścieżek.

W Eagle lub innym programie do projektowania trzeba sobie odpowiednio zdefiniować reguły projektowe. Oczywiście w granicach rozsądku i nie prowadzić ścieżek zbyt blisko otworów montażowych płytki czy jej krawędzi. Później może się okazać, że coś jest nie tak i zakład produkujący płytki zwróci projekt do poprawy lub w skrajnym przypadku obróbka mechaniczna uszkodzi ścieżkę poprowadzoną zbyt blisko otworu lub krawędzi płytki.

Każda fabryka podaje wymagania jakie musi spełnić projekt. Szerokości ścieżek, odległości od krawędzi, minimalne średnice przelotek itp. Wystarczy te reguły wprowadzić do programu - po to one zresztą są.

Co więcej, niektórzy dają gotowe reguły wprost do załadowania do programu z którego korzystamy. Tutaj printscreen ze strony https://www.elecrow.com/pcb-manufacturing.html gdzie podali linki do pobrania tych reguł dla Eagle. Importuje się w Eagle plik DRU i gotowe. Już prościej się nie da...



A co do otaczania okrągłego otworu ścieżkami - rzeczywiście jakiś dziwny przypadek, że lepiej pasuje kwadrat (kąty 90°) niż ośmiokąt (kąty 45°). Dla mnie abstrakcja...

exti wrote:

Ten dodatkowy kawałek miedzi w kącie 90° takiej ścieżki wprowadza pojemność 10 fF (0,01 pF). Dla porównania - przelotka wprowadza od 0.1 do 1pF.

No właśnie, czyli bez znaczenia. Jako punkt "odbicia sygnału też obecnie jest to bez znaczenia, gdyż zaburzenie impedancji nie jest duże. W praktyce większe znaczenie ma to, że ścieżka jest po prostu dłuższa, więc złapie lub wyemituje więcej zakłóceń.
W praktyce jak jest otwór pod kątem prostym w PCB to najbliższa obchodząca go ścieżka będzie pewnie miała kąt prosty, ale jest to absolutnie bez znaczenia. Dopiero skrajne ścieżki jakbyście robili jakieś przetwornice wysokiego napięcia, lepiej aby były łukami, bo narożniki (w tym 90* - bardziej, i 45* - mniej) mogą być punktem skąd wyjdzie przebicie.