Михаил Николаенко - Самоучитель по радиоэлектронике
В отверстия с шагом 2,5 мм, находящиеся на сторонах квадрата 7,5x7,5 мм, удобно монтировать микросхему в круглом металлостеклянном корпусе. Для установки микросхемы в пластмассовом корпусе с двумя рядами жестких выводов (корпус типа DIP) в плате необходимо просверлить два ряда отверстий. Шаг отверстий — 2,5 мм (строго говоря, 2,54 мм), расстояние между рядами кратно 2,5 мм. Следует заметить, что микросхемы с жесткими выводами требуют большей точности разметки и сверления отверстий.
Микросхемы в корпусе типа FLAT имеют гибкие выводы и припаиваются непосредственно к проводникам печатной платы. Следует учесть, что расстояние между выводами у них в два раза меньше и составляет 1,27 мм. Если размеры печатной платы заданы, необходимо начертить ее контур и крепежные отверстия. Вокруг отверстий выделяют запретную для проводников зону с радиусом, несколько превышающим половину диаметра металлических крепежных элементов. Далее следует примерно расставить наиболее крупные детали — реле, переключатели (если их впаивают в печатную плату)и разъемы, большие детали и т. д. Их размещение обычно зависит от общей конструкции устройства, определяемой размерами имеющегося корпуса или свободного места в нем. Часто, особенно при разработке портативных приборов, размеры корпуса определяют по результатам разводки печатной платы.
Цифровые микросхемы предварительно расставляют на плате рядами с межрядными промежутками 7,5 мм. Если микросхем не более пяти, все печатные проводники обычно удается разместить на одной стороне платы и обойтись небольшим числом проволочных перемычек, впаиваемых со стороны деталей. Не пытайтесь расположить на односторонней печатной плате большее количество цифровых микросхем, это значительно затруднит разводку и потребует использования чрезмерно большого числа перемычек. В этих случаях разумнее перейти к двусторонней печатной плате.
Условимся называть ту сторону платы, где размещены печатные проводники, стороной проводников, а обратную — стороной деталей, даже если на ней вместе с деталями проложена часть проводников. Особый случай представляют платы, у которых и проводники, и детали размещены на одной стороне, причем детали припаяны к проводникам без отверстий. Необходимо знать, что внести изменения в печатный монтаж, когда сторона проводников и сторона деталей едины, очень сложно. Платы такой конструкции применяют редко.
Микросхемы размещают так, чтобы все соединения на плате были по возможности короче, а число перемычек — минимальным. В процессе разводки проводников расположение микросхем относительно друг друга придется менять не один раз. Рисунок печатных проводников аналоговых устройств любой сложности обычно удается развести на одной стороне платы.
Далее можно начинать собственно разводку. Полезно заранее измерить и записать размеры мест, занимаемых используемыми элементами. Резисторы МЛТ-0,125 устанавливают рядом, соблюдая расстояние между их осями 2,5 мм, а между отверстиями под выводы одного резистора — 10 мм.
Так же размечают места для чередующихся резисторов МЛТ- 0,125 и МЛТ-0,25 или двух резисторов МЛТ-0,25, если при монтаже их слегка отогнуть один от другого (три таких резистора поставить вплотную к плате уже не удастся). На таком же расстоянии между выводами и осями элементов устанавливают большинство малогабаритных диодов и конденсаторов КМ-5 и КМ-6, вплоть до КМ-66 емкостью 2,2 мкФ. Не следует размещать бок о бок две толстые (более 2,5 мм) детали, их необходимо чередовать с тонкими. Если нужно, расстояние между контактными площадками той или иной детали увеличивают.
Линии соединения элементов выполняются в соответствии с электрической схемой по кратчайшему пути при минимальной длине соединительных проводников. Входные и выходные цепи схемы должны быть разнесены друг от друга по возможности дальше, что исключит наводки и самовозбуждение схем усилителей. Удачно разместить элементы с первой попытки, как правило, не получается, и приходится изменять рисунок (иногда несколько раз) для подбора оптимальной компоновки деталей.
После размещения всех элементов необходимо еще раз проверить соответствие топологии платы электрической схеме и устранить все выявленные ошибки (они будут!). Чем тщательнее выполняется этот этап работы, тем меньше будет проблем при настройке уже собранного устройства.
Если резисторы, диоды и другие детали с осевыми выводами располагать вертикально, можно существенно уменьшить ее площадь, однако рисунок печатных проводников усложнится.
При изготовлении рисунка всегда нужно помнить о достаточных зазорах между проводниками и учитывать свойства поверхности платы. Очень важно оставлять между проводниками максимально возможное расстояние, особенно если они находятся под высоким напряжением или схема должна обладать большим внутренним сопротивлением. Следовательно, в некоторых случаях нужно уделять особое внимание взаимному расположению проводников. Так, цепи с большим внутренним сопротивлением нужно размещать как можно дальше от цепей питания или от других сигнальных цепей. В противном случае могут ухудшиться соотношение сигнал/шум, появиться индуктивные наводки или возникнуть нежелательные обратные связи.
При разводке также следует ограничить количество проводников между контактными площадками, предназначенными для подпайки выводов радиоэлементов. В большинстве используемых в радиолюбительских конструкциях деталей диаметр отверстий под выводы может быть равен 0,8 мм. Ограничения на число проводников для типичных вариантов расположения контактных площадок с отверстиями такого диаметра приведены на рис. 3.11 (сетка соответствует шагу 2,5 мм на плате).
Между контактными площадками отверстий с межцентровым расстоянием 2,5 мм установить проводник практически нельзя. Однако это возможно, если у одного или обоих отверстий такая площадка отсутствует (например, у неиспользуемых выводов микросхемы или у выводов любых деталей, припаиваемых на другой стороне платы). Такой вариант показан в верхней части рис. 3.11 (в центре). Вполне можно проложить проводник между контактной площадкой, центр которой лежит в 2,5 мм от края, платы, и этим краем (рис. 3.11, справа).
Рис. 3.11. Типичные варианты расположения контактных площадок, отверстий и проводников на печатной плате
3.7.3. Предварительная разводка проводников
Предварительную разводку проводников удобно выполнять мягким карандашом на листе гладкой бумаги. Сторону печатных проводников рисуют сплошными линиями, обратную сторону — штриховыми. По окончании разводки и корректировки чертежа под него кладут копировальную бумагу красящим слоем вверх и красной или зеленой шариковой ручкой обводят контуры платы, а также проводники и отверстия, относящиеся к стороне деталей. В результате на обратной стороне листа получится рисунок проводников для стороны деталей.
3.7.4. Предотвращение помех
При реализации печатной схемы часто появляется множество побочных эффектов, например возникают помехи. Детали необходимо размещать так, чтобы они не имели между собой паразитных связей, то есть взаимодействий магнитных и электрических полей различных элементов схемы. Например, часто встречается паразитная связь коллектора транзистора входного каскада с контуром магнитной антенны, которая приводит к самовозбуждению усилителя высокой частоты. Чтобы ее исключить, транзистор располагают на расстоянии 2–3 см от антенны или отгораживают экраном. Таким же образом можно избавиться и от других паразитных связей.
Не следует размещать рядом магнитную антенну, динамик и выходной трансформатор. Их магнитные поля могут оказать взаимное влияние, вследствие чего возникнут наводки. В этом случае необходимо правильно сориентировать детали, то есть принять во внимание конфигурацию их полей.
При использовании микросхем нужно максимально разносить входные и выходные цепи. Монтаж входных цепей ИС следует проводить в непосредственной близости от нее.
Если при проектировании частей схемы придерживались правила использования отдельного заземляющего провода, подключаемого к «земле» в одной точке, то также возникнут помехи.
В том случае, когда рисунок проводников выполняется геометрически правильными линиями, можно ожидать следующих проблем-: утечки, высокого напряжения, больших помех, нежелательных связей, потери сигнала из-за емкостных эффектов. Минимальная ширина проводников должна быть не менее 1–1,5 мм. Чтобы при пайке не появилось мостиков из припоя, минимальный зазор между проводниками должен быть более 1–1,5 мм.
При проектировании полупроводниковых схем печатные проводники, как правило, прокладываются по прямым линиям и прямым углам с незначительным их скруглением, что предотвращает возникновение коронного разряда из-за концентрации электрических полей.
