Разъем GX16-6 и схема переделки паяльной станции Lukey 702

    Зачастую конденсатор представляется едва ли не самым простым элементом электрической схемы, и во многих случаях именно так и обстоят дела, например, для низкочастотных усилителей сигналов, спектры которых не превышают нескольких десятков килогерц. Однако существует ряд приложений, для которых подобное утверждение неприемлемо.

Речь, прежде всего, идет о технике высоких частот, беспроводных технологиях и цифровой электронике.

В этом случае спектры сигналов простираются от многих сотен килогерц до десятков гигагерц. Встречаются ситуации, когда в пределах одного изделия правомерны оба подхода.

Наглядным примером могут служить системы сбора и обработки данных.

Такие системы обычно состоят из усилительного тракта, в котором происходит усиление и формирование амплитудно-частотных характеристик относительно медленно изменяющихся сигналов, и центрального процессорного устройства, работающего с тактовой частотой в несколько десятков или даже сотен мегагерц.

Эквивалентная схема реального конденсатора и соответствующая ей векторная диаграмма приведены на рисунке 1, а в таблице 1 показаны соотношения между параметрами эквивалентной схемы конденсатора [1]. Рассмотрим физический смысл параметров схемы замещения.

— С

₀

— идеальный конденсатор без потерь, потребляющий из сети только реактивную мощность.

— R

_S

— эквивалентное последовательное сопротивление реального конденсатора, потребляющего из сети активную мощность. Наличие этого параметра обусловлено двумя факторами. Во-первых, потерями в диэлектрике; во-вторых, сопротивлением выводов конденсатора. На частотах до нескольких сотен килогерц преобладает первый фактор, а на частотах свыше 1 МГц — второй. Последнее объясняется поверхностным эффектом, когда при увеличении частоты в n раз сопротивление увеличивается в

раз. Величина RS также зависит от типоразмера конденсатора и его емкости и обычно лежит в пределах от 0,02 Ом на низких частотах до 0,5 Ом на высоких частотах. В англоязычной литературе для обозначения R

_S

используется термин Equivalent Serial Resistor (ESR). Значение ESR обычно приводится в документации производителя.

— L

_S

— эквивалентная последовательная индуктивность реального конденсатора. В основном определяется индуктивностью его выводов и зависит от типоразмера. Для керамических чип-конденсаторов эта величина находится в диапазоне от 0,7 нГн для типоразмера 0508 до 1,2 нГн для типоразмера 1206, а индуктивность конденсаторов с аксиальными выводами достигает 2,0 нГн. Эти данные взяты из материалов фирм AVX и TEMEX и несколько отличаются друг от друга, что, скорее всего, объясняется различными методиками измерений. В англоязычной литературе для обозначения LS используется термин Equivalent Serial Inductance (ESI). Величина ESI не приводится в документации производителя.

Ее значение часто можно найти в технической документации, представленной на сайте фирмы.

— С

_Р

— эквивалентная параллельная емкость реального конденсатора.

Ее наличие объясняет явление резонанса токов (в англоязычной литературе: parallel resonance) в реальном конденсаторе. Значение частоты FPR, при которой наступает этот резонанс, обычно не сообщается изготовителем, но может быть приведено в технической документации, например [2].

— Кроме того, часто применяют следующие термины: добротность (Q); Dissipation Factor (DF) и реактивное сопротивление связи, выражаемое равенством:

Величина импеданса реального конденсатора определяется из соотношения:

График зависимости импеданса от частоты для конденсатора АТС1000А101 емкостью 100 пФ фирмы ATCeramic показан на рисунке 2. При равенстве емкостной X_С и индуктивной XL составляющих наступает резонанс токов (serial resonance).
График зависимости импеданса от частоты для конденсатора АТС1000А101 емкостью 100 пФ фирмы ATCeramic показан на рисунке 2. При равенстве емкостной X_С и индуктивной XL составляющих наступает резонанс токов (serial resonance).
Частота, при которой происходит данный вид резонанса, может быть вычислена по формуле

Значение резонансной частоты практически всегда приводится в документации изготовителя, например в [3].
Отличия реального конденсатора от идеального накладывают определенные ограничения на его применение.
Условно их можно разделить на два вида — эксплуатационные, обусловленные потерями мощности в реальном конденсаторе, что приводит к его нагреву; функциональные, вызванные в основном наличием паразитной индуктивности L_S, из-за чего на частотах, превышающих резонансную F_SR, конденсатор ведет себя как индуктивность, а не как емкость.
Начнем рассмотрение реального конденсатора с эксплуатационных ограничений, абсолютное большинство которых проявляется при работе в цепях переменного тока. Главными лимитирующими факторами являются: температура окружающей среды Т_АМВ, среднеквадратичные значения напряжения U_RMC и тока I_RMS. При пониженной температуре Т_АМВ заметно возрастает значение DF, что приводит к уменьшению максимально допустимых значений напряжения U_RMC и тока I_RMS. В таблице 2, заимствованной из [4], указаны по правочные коэффициенты для разных значений Т_АМВ. Обычно при анализе ограничивающих факторов полосу рабочих частот конденсатора разбивают на три интервала — низкие, средние и высокие частоты [4]. В низкочастотной области основным ограничивающим фактором является напряжение U_{RMC_MAX}, величина которого определяется из соотношения:

Значение резонансной частоты практически всегда приводится в документации изготовителя, например в [3].
Отличия реального конденсатора от идеального накладывают определенные ограничения на его применение.
Условно их можно разделить на два вида — эксплуатационные, обусловленные потерями мощности в реальном конденсаторе, что приводит к его нагреву; функциональные, вызванные в основном наличием паразитной индуктивности L_S, из-за чего на частотах, превышающих резонансную F_SR, конденсатор ведет себя как индуктивность, а не как емкость.
Начнем рассмотрение реального конденсатора с эксплуатационных ограничений, абсолютное большинство которых проявляется при работе в цепях переменного тока. Главными лимитирующими факторами являются: температура окружающей среды Т_АМВ, среднеквадратичные значения напряжения U_RMC и тока I_RMS. При пониженной температуре Т_АМВ заметно возрастает значение DF, что приводит к уменьшению максимально допустимых значений напряжения U_RMC и тока I_RMS. В таблице 2, заимствованной из [4], указаны по правочные коэффициенты для разных значений Т_АМВ. Обычно при анализе ограничивающих факторов полосу рабочих частот конденсатора разбивают на три интервала — низкие, средние и высокие частоты [4]. В низкочастотной области основным ограничивающим фактором является напряжение U_{RMC_MAX}, величина которого определяется из соотношения:
,
где U_{R_MAX} — максимально допустимое значение постоянного напряжения.
Иногда изготовитель приводит максимально допустимые значения и постоянного, и переменного напряжений.
В последнем случае часто указывается величина амплитуды [3].
Граничное значение частоты F₁ для низкочастотной области можно вычислить из формулы
В последнем случае часто указывается величина амплитуды [3].
Граничное значение частоты F₁ для низкочастотной области можно вычислить из формулы
,
где PV_MAX — максимально допустимое значение рассеиваемой мощности, величина которой зависит от типоразмера конденсатора и температуры Т_АМВ.
Например, для конденсатора с типоразмером 1206, емкостью 330 нФ и максимально допустимым значением постоянного напряжения 25 В величина F1 составит 30,6 кГц.
В таблице 3 приведены значения P_{V_MAX} для различных типоразмеров конденсаторов при температуре окружающей среды 20°С [4].
Для расчета максимально допустимой мощности рассеяния при иной температуре удобнее воспользоваться данными таблицы 4 из [5] и известным соотношением:
,
где ?T — отличие температуры конденсатора от температуры окружающей среды.

В области средних частот основным лимитирующим фактором является рассеиваемая мощность. Граничное значение частоты F₂ для этой области определяется соотношением

Для конденсатора емкостью 330 нФ, типоразмера 1206 и I_{RMS_МАХ} = 2 А граничная частота области средних частот составит 600 кГц.
Для области высоких частот ограничением обычно является максимально допустимое значение среднеквадратичного тока I_{RMS_МАХ}, величину которого в первом приближении можно получить из (3). Однако, учитывая зависимость параметра R_S от частоты и емкости конденсатора, целесообразнее воспользоваться информацией, содержащейся в технической документации фирмы-изготовителя.
Превышение рабочих параметров конденсатора над максимально допустимыми параметрами, рассмотренными выше, обычно не приводит к немедленному отказу конденсатора (разумеется, речь не идет о чрезвычайно больших перегрузках, вызывающих механические повреждения, например, расплавление конденсатора или электрический пробой диэлектрика), но может существенно сократить срок его службы. В [6] приведено соотношение для вычисления времени наработки на отказ при работе конденсатора с параметрами, отличающимися от максимально допустимых.

Для конденсатора емкостью 330 нФ, типоразмера 1206 и I_{RMS_МАХ} = 2 А граничная частота области средних частот составит 600 кГц.
Для области высоких частот ограничением обычно является максимально допустимое значение среднеквадратичного тока I_{RMS_МАХ}, величину которого в первом приближении можно получить из (3). Однако, учитывая зависимость параметра R_S от частоты и емкости конденсатора, целесообразнее воспользоваться информацией, содержащейся в технической документации фирмы-изготовителя.
Превышение рабочих параметров конденсатора над максимально допустимыми параметрами, рассмотренными выше, обычно не приводит к немедленному отказу конденсатора (разумеется, речь не идет о чрезвычайно больших перегрузках, вызывающих механические повреждения, например, расплавление конденсатора или электрический пробой диэлектрика), но может существенно сократить срок его службы. В [6] приведено соотношение для вычисления времени наработки на отказ при работе конденсатора с параметрами, отличающимися от максимально допустимых.

где t — время наработки на отказ; T — температура, ^°К; U — напряжение; К — постоянная Больцмана (К = 8,617 Ѕ 10^-5); E_B — тепловая энергия электрона в диэлектрике, приблизительно равная 1 эВ при комнатной температуре; .
Индекс «1» в этой формуле соответствует работе при максимально допустимых параметрах, а индекс «2» — значениям параметров при эксплуатации. В таблице 5 приведены результаты расчетов по формуле (4) для конденсаторов фирмы ATCeramic, предназначенных для применения в военной промышленности.
Из таблицы видно, что при работе конденсатора с параметрами меньше максимально допустимых время наработки на отказ увеличивается. Указанная закономерность сохраняется при уменьшении рабочих параметров примерно до 70% от максимально допустимых. Дальнейшее уменьшение нецелесообразно, так как не приводит к увеличению времени наработки на отказ.
Рассматривая реальный конденсатор, необходимо упомянуть еще одно явление, отличающее его от идеального — старение диэлектрика.
Количественная оценка этого эффекта приведена в [7].
,
где С₂ — величина емкости измеренная в момент времени t₁; С₁ — величина емкости измеренная в момент времени t₂; А — коэффициент старения диэлектрика. Значение величины А и относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, приведенные в таблице 6, также позаимствованы из [7]. Обычно значение С1 контролируется через 1 час после производства конденсатора. Диэлектрики, в зависимости от величины диэлектрической проницаемости, подразделяются на два класса. К классу К1 относятся диэлектрики с температурной стабильностью, малыми потерями мощности и небольшим коэффициентом старения, но с малой диэлектрической проницаемостью (менее 1000) и, как следствие, с малой величиной емкости. Конденсаторы с этими диэлектриками применяются в генераторах, фильтрах и в других приложениях, требующих повышенной точности и стабильности. Для диэлектриков класса К2 характерны большие значения диэлектрической проницаемости и емкости, но низкая температурная стабильность и значительная величина коэффициента старения.
Такие конденсаторы находят применение в байпасных и разделительных цепях.
Сегодня довольно активно ведутся работы по созданию диэлектриков, совмещающих преимущества обоих классов. Значительных успехов в этом направлении добилась японская фирма Murata, инженерам которой удалось создать конденсатор 1206/0,1 мкФ/50 В с характеристиками U2J, близкий по своим свойствам к характеристикам COG, [8].
Одним из возможных приложений для использования такого конденсатора являются устройства фазовой автоподстройки частоты.
Функциональные ограничения применения реального конденсатора проявляются по мере приближения области рабочих частот к резонансной частоте F_SR (см. рис. 2). При увеличении рабочей частоты свыше FSR в импедансе конденсатора (1) начинает преобладать индуктивная составляющая, и он уже не пригоден для использования в качестве емкостного элемента электрической цепи. Рассмотрим разделительные и байпасные цепи, в которых отличия реального конденсатора от идеального проявляются наиболее отчетливо.
В разделительных цепях главной задачей является минимизация импеданса конденсатора в полосе рабочих частот. Если исходить из свойств идеального конденсатора, импеданс которого определяется известным соотношением:
,
где С₂ — величина емкости измеренная в момент времени t₁; С₁ — величина емкости измеренная в момент времени t₂; А — коэффициент старения диэлектрика. Значение величины А и относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, приведенные в таблице 6, также позаимствованы из [7]. Обычно значение С1 контролируется через 1 час после производства конденсатора. Диэлектрики, в зависимости от величины диэлектрической проницаемости, подразделяются на два класса. К классу К1 относятся диэлектрики с температурной стабильностью, малыми потерями мощности и небольшим коэффициентом старения, но с малой диэлектрической проницаемостью (менее 1000) и, как следствие, с малой величиной емкости. Конденсаторы с этими диэлектриками применяются в генераторах, фильтрах и в других приложениях, требующих повышенной точности и стабильности. Для диэлектриков класса К2 характерны большие значения диэлектрической проницаемости и емкости, но низкая температурная стабильность и значительная величина коэффициента старения.
Такие конденсаторы находят применение в байпасных и разделительных цепях.
Сегодня довольно активно ведутся работы по созданию диэлектриков, совмещающих преимущества обоих классов. Значительных успехов в этом направлении добилась японская фирма Murata, инженерам которой удалось создать конденсатор 1206/0,1 мкФ/50 В с характеристиками U2J, близкий по своим свойствам к характеристикам COG, [8].
Одним из возможных приложений для использования такого конденсатора являются устройства фазовой автоподстройки частоты.
Функциональные ограничения применения реального конденсатора проявляются по мере приближения области рабочих частот к резонансной частоте F_SR (см. рис. 2). При увеличении рабочей частоты свыше FSR в импедансе конденсатора (1) начинает преобладать индуктивная составляющая, и он уже не пригоден для использования в качестве емкостного элемента электрической цепи. Рассмотрим разделительные и байпасные цепи, в которых отличия реального конденсатора от идеального проявляются наиболее отчетливо.
В разделительных цепях главной задачей является минимизация импеданса конденсатора в полосе рабочих частот. Если исходить из свойств идеального конденсатора, импеданс которого определяется известным соотношением:

то для его уменьшения необходимо использовать конденсатор с большим значением емкости С₀. Однако, действуя подобным образом, мы рискуем получить диаметрально противоположный результат. Как следует из (2), при увеличении емкости конденсатора уменьшается его резонансная частота F_SR. По данным, приведенным в [3], резонансная частота для конденсатора емкостью 1000 пФ составляет примерно 70 МГц, а для конденсатора емкостью 2,2 мкФ — около 1 МГц. Как только по мере увеличения емкости конденсатора его резонансная частота окажется меньше полосы рабочих частот, дальнейшее увеличение емкости приведет к увеличению импеданса конденсатора и ухудшению частотных характеристик устройства.
Для того чтобы избежать подобного рода недоразумений, увеличивать емкость разделительной цепи следует не за счет применения конденсатора большой емкости, а за счет параллельного включения нескольких конденсаторов [9]. В этом случае эквивалентная емкость увеличивается пропорционально числу параллельно включенных конденсаторов, а паразитные сопротивления и индуктивность уменьшаются во столько же раз (см. рис. 3). В результате резонансная частота остается без изменения, а импеданс разделительной цепи уменьшается.
Если требуется уменьшить импеданс разделительной цепи, работающей в широком диапазоне частот, то возможно параллельное включение конденсаторов с различной емкостью, так чтобы резонансные частоты параллельно включенных конденсаторов были равномерно распределены по всей рабочей полосе. Для уменьшения неравномерности характеристики импеданса, неизбежно возникающей при таком включении, рекомендуется использовать конденсаторы с величиной добротности не менее 5, а также увеличить число параллельно включенных конденсаторов с различной величиной емкости [9].
Применение конденсаторов в байпасных цепях, где они устанавливаются между шиной питания и общей шиной, имеет свои особенности.
Для выбора величины емкости байпасного конденсатора можно руководствоваться рекомендациями, приведенными в [10]. В этой статье частота колебаний FE напряжения на шине питания, вызванных переключением микросхемы из одного логического состояния в другое, и время переключения микросхемы связаны формулой:
Если требуется уменьшить импеданс разделительной цепи, работающей в широком диапазоне частот, то возможно параллельное включение конденсаторов с различной емкостью, так чтобы резонансные частоты параллельно включенных конденсаторов были равномерно распределены по всей рабочей полосе. Для уменьшения неравномерности характеристики импеданса, неизбежно возникающей при таком включении, рекомендуется использовать конденсаторы с величиной добротности не менее 5, а также увеличить число параллельно включенных конденсаторов с различной величиной емкости [9].
Применение конденсаторов в байпасных цепях, где они устанавливаются между шиной питания и общей шиной, имеет свои особенности.
Для выбора величины емкости байпасного конденсатора можно руководствоваться рекомендациями, приведенными в [10]. В этой статье частота колебаний FE напряжения на шине питания, вызванных переключением микросхемы из одного логического состояния в другое, и время переключения микросхемы связаны формулой:
,
где T_E — время нарастания или спада фронта сигнала.

Исходя из этого соотношения в [10], предлагается выбирать резонансную частоту байпасного конденсатора F_SR равную частоте F_E. Например, при длительности фронта нарастания равной 1,5 нс в соответствии с (6) получаем значение резонансной частоты 233 МГц. В технической документации изготовителя, допустим в [2], выбираем конденсатор емкостью 820 пФ или 1000 пФ серии СНВ с повышенной добротностью. Следует отметить, что конденсаторы общего назначения [3] не подойдут для рассматриваемого примера, так как максимальная резонансная частота этих конденсаторов не превышает 80 МГц. Для операционных усилителей частота F_E обычно равна частоте единичного усиления. Такой же следует выбирать и резонансную частоту байпасного конденсатора.
В состав любого изделия обычно входит несколько типов микросхем с разными динамическими параметрами, соответственно и в байпасных цепях должны применяться конденсаторы с различными резонансными частотами. Это утверждение не является откровением. Любой разработчик, не задумываясь, устанавливает около разъема, на который подключается питание, электролитический конденсатор и параллельно с ним керамический. При таком соединении электролитический конденсатор с большой емкостью и малым значением резонансной частоты сглаживает низкочастотные пульсации напряжения на шине питания, а керамический конденсатор — уменьшает высокочастотные составляющие.
Из сказанного следуют два вывода.
Во-первых, величину емкостей и резонансную частоту байпасных конденсаторов, устанавливаемых в непосредственной близости около микросхем, следует выбирать исходя из динамических параметров этих микросхем.
Во-вторых, в случае, когда на печатной плате установлены микросхемы с различными динамическими параметрами, в байпасных цепях, размещаемых около разъема питания, также следует устанавливать не один, а несколько керамических конденсаторов, резонансные частоты которых соответствуют этим параметрам. К сожалению, перечисленные рекомендации не являются панацеей от всех бед. Дело в том, что реальный конденсатор (см. рис.1) представляет собой колебательное звено второго порядка, в котором при подаче на его вход импульса возникает собственный переходный процесс, имеющий явно выраженный колебательный характер.
Причем амплитуда колебаний тем больше, чем меньше длительность фронта входного импульса. Именно в этом обстоятельстве и заключается суть проблемы.
По мере возрастания быстродействия цифровых микросхем ухудшается способность конденсатора сглаживать пульсации на шине питания из-за увеличения амплитуды колебаний переходного процесса, возникающего в самом конденсаторе. В подтверждение сказанного приведем осциллограмму проводимых фирмой AVX [11] испытаний конденсаторов, на которой отчетливо виден собственный колебательный процесс, возникающий в устройстве при подаче на его вход прямоугольного импульса (см. рис. 4).
В первом приближении для оценки возможности использования конденсатора в байпасной цепи помогает следующее неравенство:

. Чем сильнее выполняется это неравенство, тем меньше влияние собственного переходного процесса в конденсаторе. Если соотношение (7) не выполняется, то конденсатор мало пригоден для данного применения.

. Чем сильнее выполняется это неравенство, тем меньше влияние собственного переходного процесса в конденсаторе. Если соотношение (7) не выполняется, то конденсатор мало пригоден для данного применения.
Паразитная индуктивность конденсатора обычно не нормируется изготовителем, но может быть легко вычислена из соотношения (2).
Для уменьшения колебаний, возникающих на шине питания вследствие описанных выше проблем, некоторые фирмы-изготовители цифровых микросхем рекомендуют в качестве байпасной цепочки использовать RC-цепи с величиной сопротивления 1…2 Ом. Действительно, в этом случае колебания уменьшаются, но такое решение возможно лишь для микросхем с потреблением несколько миллиампер.
К тому же подобным образом нельзя сформировать байпасную цепь, устанавливаемую на печатной плате около разъема, через который подключается питание.
Единственное решение описанной проблемы заключается в разработке и применении конденсаторов с уменьшенной паразитной индуктивностью.
В качестве примера можно привести серии массивов конденсаторов DCAP, LP-LICA и LICA, изготавливаемых в корпусах BGA, разработанных фирмой AVX при сотрудничестве с компанией IBM [12]. В массив входят от 32 до 48 конденсаторов емкостью от 42 до 100 нФ. Паразитная индуктивность этих устройств не превышает 50 пГн, что существенно меньше, чем у обычных чип-конденсаторов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Существуют приложения, в которых конденсатор не может рассматриваться как идеальный элемент электрической цепи с импедансом, определяемым по формуле (5). В таких приложениях необходимо учитывать паразитные сопротивления и индуктивность реального конденсатора, импеданс которого вычисляется из соотношения (1). В подобных случаях выбор устройства осуществляется не столько по величине емкости, сколько по величине резонансной частоты реального конденсатора.
Значение резонансной частоты конкретного типа конденсатора всегда можно найти в технической документации изготовителя. При этом следует учитывать, что конденсаторы различных серий одного производителя, а тем более конденсаторы различных фирм-изготовителей могут иметь разную резонансную частоту, несмотря на одинаковую величину емкости.
Возможны случаи (при невыполнении неравенства (7)), когда выбор реального конденсатора только по величине резонансной частоты неправомерен.
В этой ситуации необходимо использовать устройства с минимальным значением паразитной индуктивности.
Например, массивы конденсаторов, выпускаемые фирмой AVX [12], или аналогичные им.

Оригинал

К сожалению, пока фирмы по изготовлению печатных плат далеко не всегда принимают файлы в формате

Eagle

(в формате

PCAD

принимают всегда), поэтому если Вы использовали для разработки печатной платы пакет Eagle, то при заказе печатных плат Вам нужно научиться выводить чертеж печатной платы в специальные файлы, которые приняты в качестве стандарта входных данных на заводах печатных плат. Генерация выходных файлов Gerber и EXCELLON для новичка — нетривиальная задача, поэтому решил написать отдельную статью.

Сначала коротко перечислю шаги, которые нужно провести для получения файлов GERBER (фотоплоттер) и EXCELLON (сверлильный станок). Предполагается, что у Вас стоит Eagle 5.6.0 for Windows (хотя может быть и другая версия Eagle), и плату Вы полностью развели.

Шаги по подготовке производства печатных плат (получение выходных файлов для оборудования производства печатных плат):

— проверка печатной платы на соответствие выбранным допускам производства печатных плат (выбранному классу точности).
— подготовка графики шелкографии (если она нужна).
— получение файлов GERBER (фотоплоттер) и EXCELLON (сверлильный станок) с помощью встроенного в Eagle инструмента CAM Processor.
— проверка полученного результата.

Теперь о каждом шаге поподробнее.

[Соответствие допускам производства (выбранному классу точности)]

Производство печатных плат имеет пять классов точности, от 1 до 5 (см. Ссылки [4]). Первый класс самый грубый и дешевый, пятый самый точный и дорогой. Первый и второй классы в настоящее время практически не используются. Самый распространенный класс — третий (если Вы в программе PCAD или Eagle использовали допуски Design Rules по умолчанию, то это как раз и будет третий класс). Третий класс хорош тем, что у него оптимальное соотношение цена/качество, и для него совсем не обязательно заказывать электроконтроль, так как вероятность брака в производстве (обрывы или замыкания дорожек) очень низка. Для четвертого класса желательно заказывать электроконтроль, а для пятого класса электроконтроль обязателен, и заказывают 5 класс на отдельных заводах и спецоборудовании. Дешевле всего (для всех классов точности) заказывать платы в Китае, однако если Вам надо совсем мало плат, или их нужно сделать быстро, то можно это сделать и в России (например, быстро, но дорого делают платы в Зеленограде).

Допуски на обычную двухстороннюю плату (для допуска на отверстия подразумевается, что текстолит стандартный, толщина 1.5 мм):
3 класс точности — ширина печатного проводника 0.25 мм (9.84 mil), расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка 0.25 мм (9.84 mil), гарантийный поясок 0.1 мм (3.937 mil), минимальный диаметр отверстия 0.495 мм (19.5 mil).
4 класс точности — ширина печатного проводника 0.15 мм (5.9 mil), расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка 0.15 мм (5.9 mil), гарантийный поясок 0.05 мм (1.97 mil), минимальный диаметр отверстия 0.375 мм (14.76 mil).
5 класс точности — ширина печатного проводника 0.1 мм (3.937 mil), расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка 0.1 мм (3.937 mil), гарантийный поясок 0.025 мм (0.984 mil), минимальный диаметр отверстия 0.3 мм (11.8 mil).

Подробнее — см. Ссылки [4] и/или обращайтесь к производителю печатных плат.

Во время трассировки печатной платы определяется класс точности, которому соответствует плата. Если плата простая, то сразу выбирайте допуски 3 класса. Допуски настраиваются через Edit -> Design Rules… Если плата компактная и сложная, то выберите 5-й класс, разведите плату полностью, а затем загрубляйте допуски (более оптимально расставляйте детали, переносите их со слоя на слой, увеличивайте зазоры и толщину дорожек), пока не получите нужные допуски (желательно 3 класс точности).

Запустите проверку платы на соответствие выбранному классу точности. Для этого настраивают параметры класса точности через Edit -> Design Rules… и затем проверяют плату на соответствие этим параметрам через Tools -> Drc… кнопка Check. Процедура проверки, назначение параметров и их настройка подробно описаны в [1] и [2].

[Получение графики шелкографии]

Шелкография — поясняющие надписи белой краской на верхней и нижней сторонах печатной платы. Обычно шелкографией подписываются позиционные обозначения деталей, маркировка сигналов, контрольных точек, назначение разъемов и название платы. В Eagle информацию для шелкографии могут нести слои tPlace, bPlace, tNames, bNames, tValues, bValues, Document, tDocu, bDocu. Здесь в названии слоев буква t означает верхний слой платы (TOP), а буква b нижний слой (BOTTOM). Напрямую графику из всех перечисленных слоев использовать нельзя, так как в ней много мусорной информации, неправильно расположены надписи, и необходимо всю информацию подправить и разместить на отдельном слое (или в двух слоях, если шелкография двухсторонняя). Для этого обычно применяют скрипт silk_gen.ulp. Скачайте его по ссылке [5], положите в папку, где находятся все ULP-скрипты, c:Program FilesEAGLE-5.6.0ulp. Пользоваться скриптом silk_gen.ulp очень просто — File -> Run… выбираете файл ulpsilk_gen.ulp. При первом запуске скрипт ругнется, не обнаружив файл настроек *.silk, но нужно в ответ на окно с сообщением об ошибке «Can’t open ‘диск:/путь_до_файла_brd/имя_файла_brd.silk'» просто нажать OK. Откроется окно с настройками скрипта.

Кнопка «Make Silkscreen layers» создает два слоя шелкографии _tsilk и _bsilk (для верхней и нижней сторон TOP и BOTTOM соответственно), а кнопка «Erase old silkscreen» удаляет ранее сгенерированные слои _tsilk и _bsilk. После того, как слои сгенерированы, редактируют их обычным образом — расставляют правильно надписи, добавляют нужный текст. Должно получиться нечто подобное тому, что показано на скриншотах.

Шелкография, которую Вы видите на скриншотах, нарисована красивыми Proportional-шрифтами. К сожалению, в Gerber-файлы надписи шелкографии попадут в искаженном виде, так как при выводе в Gerber используются не Proportional, а Vector шрифты.

Я пока не научился бороться с этой проблемой. Поэтому во избежание разочарований заранее советую использовать все надписи с Vector шрифтами. Для этого нужно через меню Control Panel -> Options -> User interface… -> поставить галочку Always vector font.

[Получение файлов GERBER и EXCELLON]

По ссылкам [1] и [2] процедура получения файлов также описана (лучше всего, на мой взгляд, в [2]), однако здесь я опишу её подробнее, с уточнениями.

В настоящее время информацию обычно нужно вывести в форматах фотоплоттера GERBER_RS274X и сверлильного станка EXCELLON, без зеркального отображения слоя BOTTOM (уточните у производителя печатных плат). Предположим, что у нас плата двухсторонняя, и на обеих сторонах есть шелкография. Все, что нам необходимо получить в виде файлов, сведено в таблицу.

Получение графики всех пунктов A, B, C, D, E, F, G, H таблицы выполняется с помощью утилиты CAM Processor. В ней каждому пункту A..H ставится в соответствие отдельная секция (Section), а выполнение всех секций сразу называется заданием (Job).

Теперь немного поподробнее. CAM Processor — специальная программа, которая может преобразовывать графику слоев печатной платы в файлы нужного формата (GERBER_RS274X и EXCELLON). Как я уже упоминал, делает это она с помощью задания (Job), которое разделено на отдельные секции (Section). Выполнение одной секции означает вывод в файл одного или нескольких заданных слоев. Все подготовленное задание можно сохранить в файл в в дальнейшем использовать (File -> Save Job…, File -> Open -> Job…). Наша задача — разобраться, как правильно задавать секции для задания, чтобы выводилась именно та информация, которая нужна, и в нужном формате. В общем-то, вместе с программой Eagle поставляются уже готовые задания, лежат они в папке c:Program FilesEAGLE-5.6.0cam. По ссылке [1] как раз и рассматривается вывод с помощью заданий gerb274x.cam и excellon.cam. Использование этих готовых файлов имеет недостаток в том смысле, что Вы будете мало понимать, что происходит, и для всех случаев жизни они не подойдут. По ссылке [2] вывод описан намного лучше.

В редакторе печатной платы выполняем File -> CAM Processor. Появится окно (см. скриншот).

Назначение органов управления CAM Processor (ненужное пропускаем):

Поле ввода Job -> Section: служит для ввода имени секции (т. е. каждому пункту A..H присваивается понятное имя, которое потом появляется на закладке), например board_edge (пункт A), TOP (пункт B), BOTTOM (пункт C), TOPSILK (пункт D), BOTTOMSILK (пункт E), TOPMASK (пункт F), BOTTOMMASK (пункт G), drill-EXCELLON (пункт H).

Выпадающий список Output -> Device: тут нужно выбрать формат выходного файла (нас интересуют только варианты форматов фотоплоттера GERBER_RS274X и сверлильного станка EXCELLON).

Поле ввода возле кнопки Output -> File: тут задается имя для выводимого файла. Можно задавать абсолютный путь, типа c:Program FilesEAGLE-5.6.0projectsteensy10gerbersteensy10.board-edge.grb, но лучше вместо этого использовать пути с макроподстановками %P и %N (описание макроподстановок найдете в системе подсказки Eagle). Например, абсолютный путь для данного примера заменяется на %P/gerbers/%N.board-edge.grb, что намного понятнее, и может использоваться в других проектах. Здесь %P означает абсолютный путь до папки проекта, %N имя файла печатной платы без расширения, а папка gerbers создана в папке проекта специально для хранения выводимой на станки информации (чтобы не замусоривать папку проекта).

Галочка Style -> Mirror: если стоит, то информация выводится зеркально. Иногда нужна для вывода графики нижних слоев печатной платы (например Bottom, _bsilk), если того требует производитель печатных плат. В нашем случае её не трогаем (галка должна быть снята).

Галочка Style -> Rotate: поворачивает чертеж на 90 градусов, не трогаем (галка должна быть снята).

Галочка Style -> Upside down: поворачивает чертеж «вверх ногами», не трогаем (галка должна быть снята).

Галочка Style -> pos. Coord: должна быть установлена (выводятся только положительные координаты, если нужны подробности, см. подсказку).

Галочка Style -> Quickplot: должна быть снята.
Галочка Style -> Optimize: должна быть установлена.
Галочка Style -> Fill pads: должна быть установлена

Поля ввода Offset X и Y: задается смещение координат при выводе, должно везде стоять 0inch.

Список выбора слоев в правой части окна позволяет задавать слои, которые будут использоваться в секции для вывода.

Кнопка Process Job запускает на выполнение сразу все созданные секции (генерируются все файлы).

Кнопка Process Section запускает на выполнение только одну секцию (генерируется только один файл).

Кнопка Description позволяет задать текстовое описание для всего задания.

Кнопка Add добавляет новую секцию.
Кнопка Del удаляет выбранную секцию.

Теперь тупо процесс по шагам для нашего примера.

1. Создадим в корне проекта папку gerbers — для генерируемых файлов (формата GERBER_RS274X и EXCELLON).
2. Запускаем CAM Processor (в редакторе BCP выбираем в меню File -> CAM Processor).
3. Делаем секцию board_edge. Вводим в поле Section имя board_edge, надпись на закладке сразу поменяется со звездочки на board_edge. Из списка Output -> Device выбираем GERBER_RS274X. Возле кнопки File вводим путь %P/gerbers/%N.board-edge.grb. Выбираем только слой Dimension.
4. Делаем секцию TOP. Жмем кнопку Add. Вводим в поле Section имя TOP. Из списка Output -> Device выбираем GERBER_RS274X. Возле кнопки File вводим путь %P/gerbers/%N.top.grb. Выбираем только слои Top, Pads, Vias.
5. Делаем секцию BOTTOM. Жмем кнопку Add. Вводим в поле Section имя BOTTOM. Из списка Output -> Device выбираем GERBER_RS274X. Возле кнопки File вводим путь %P/gerbers/%N.bottom.grb. Выбираем только слои Bottom, Pads, Vias.
6. Делаем секцию TOPSILK. Жмем кнопку Add. Вводим в поле Section имя TOPSILK. Из списка Output -> Device выбираем GERBER_RS274X. Возле кнопки File вводим путь %P/gerbers/%N.topsilk.grb. Выбираем только слой _tsilk.
7. Делаем секцию BOTTOMSILK. Жмем кнопку Add. Вводим в поле Section имя BOTTOMSILK. Из списка Output -> Device выбираем GERBER_RS274X. Возле кнопки File вводим путь %P/gerbers/%N.bottomsilk.grb. Выбираем только слой _bsilk.
8. Делаем секцию TOPMASK. Жмем кнопку Add. Вводим в поле Section имя TOPMASK. Из списка Output -> Device выбираем GERBER_RS274X. Возле кнопки File вводим путь %P/gerbers/%N.topmask.grb. Выбираем только слой tStop.
9. Делаем секцию BOTTOMMASK. Жмем кнопку Add. Вводим в поле Section имя BOTTOMMASK. Из списка Output -> Device выбираем GERBER_RS274X. Возле кнопки File вводим путь %P/gerbers/%N.bottommask.grb. Выбираем только слой bStop.
10. И, наконец, делаем слой drill-EXCELLON. Жмем кнопку Add. Вводим в поле Section имя drill-EXCELLON. Из списка Output -> Device выбираем EXCELLON. Возле кнопки File вводим путь %P/gerbers/%N.drill-EXCELLON.xln. Выбираем только слои Drill, Holes.
11. Формирование задания закончено. Сохраним его на будущее: File -> Save Job… Полученный cam-файл можно впоследствии многократно использовать как в этом Eagle-проекте, так и в других.
12. Жмем кнопку Process Job. В результате в папке gerbers появится 16 файлов (это простые текстовые файлы, которые можно прочитать в текстовом редакторе или просмотрщике). Почему не 8 восемь файлов, а 16, мы ведь задали только 8 секций? Дело в том, что вместе с файлом графики GERBER_RS274X и EXCELLON выводится также сопутствующий информационный файл фотоплоттера (расширение *.grb) и сопутствующий информационный файл сверлильного станка (расширение *.dri).
13. Теперь сделаем PDF файлы для внешнего вида верхней и нижней стороны платы — для гарантии, что производители печатной платы правильно поймут первоначальный замысел конструктора печатной платы. Закрываем CAM Processor. В редакторе PCB включаем слои Top, Pads, Vias, Dimension, Drills, Holes, _tsilk. Выбираем в меню File -> Print…, выбираем Paper формата A4, нужную ориентацию страницы (горизонтальная Landscape или вертикальная Portrait), Scale factor подбираем так, чтобы в окошке просмотра рисунок платы поместился на странице надлежащим образом. Жмем кнопку PDF…, указываем имя файла что-то типа teensy10-top.pdf. То же самое проделываем и для нижнего слоя платы, только выбираем слои Bottom, Pads, Vias, Dimension, Drills, Holes, _bsilk.
14. Можно самостоятельно проверить выведенные файлы с помощью программы ViewMate (см. ссылки [3]) для Windows или gerbv для Linux. Программа ViewMate в свободной версии (Free Edition) позволяет только просматривать графику Gerber, но для наших целей этого более чем достаточно. Принцип работы простой — импортируют (File -> Import -> Gerber) выведенные Gerber-файлы секций board_edge, TOP, BOTTOM, TOPSILK, BOTTOMSILK, TOPMASK, BOTTOMMASK отдельные слои программы ViewMate, и тогда они отображаются отдельными цветами. Включая и выключая импортированные слои Gerber в программе ViewMate, можно убедиться, насколько корректно они будут выводиться на производственном оборудовании завода печатных плат.

[Чем открыть (просмотреть) получившиеся файлы Gerber]

Кроме вышеупомянутой программы ViewMate, есть еще неплохая программа GC-Prevue (см. [7]).

Для Linux тоже есть очень хороший просмотрщик — gerbv (см. [8]). Утилита gerbv предназначена для просмотра файлов от систем автоматизированного проектирования (САПР) печатных плат ( PCB CAD, PCAD) в формате Gerber (стандарт RS-274X), а так же в форматах NC-drill и Excellon.

Другие программы:

[9] Gerber2eps — преобразование из Gerber в «Encapsulated PostScript».
[10] gerber2pdf — преобразование из Gerber в PDF.
[11] kicad — GPL средство для проектирования печатных плат.
CAM350
GerbTool
Genesis 2000

[Ссылки]

1. Как заказать печатную плату из EAGLE.
2. ViewMate Version 10.0.1 Free Edition — программа для просмотра Gerber-файлов.
3. Классы точности печатных плат (PCB).
4. Генератор слоев шелкографии silk_gen.ulp.

Оригинал