ROVANIEMEN AMMATTIKORKEAKOULU

Tekniikka ja liikenne

Sähkötekniikan koulutusohjelma

 

Piirilevyn suunnittelu 3 op., 58TIE03B, Syksy 2005

Lehtori Ari Karjalainen, 5.9.2005

                                             

Opintojakson kuvaus:

Opintojaksolla käsitellään piirilevyn suunnittelua, työkaluna käytetään PADS-ohjelmistoa, jonka maahantuoja on Designsystems Oy. Opintojaksolla opitaan piirtämään piirikaavio halutusta kytkennästä, suunnittelemaan siitä fyysinen piirilevy (PCB = Printed Circuit Board) ja tuottamaan piirilevyn valmistamiseksi piirilevytehtaalla vaadittavat dokumentit. Lisäksi opetellaan oppilaitoksen proto-piirilevynvalmistuslaitteiden käyttö.

 

Opintojakson toteutus:

Opintojakso toteutetaan neljän tunnin mittaisina luentokertoina. Luennot pidetään ellei muuta ilmoiteta ATK-luokassa. Luennoilla läpikäydään luentokerran aiheet ja tehdään aiheeseen liittyvä harjoitus, sekä annetaan aiheeseen liittyvä kotitehtävä. Kotitehtävät vaikuttavat tentin arvosanaan maksimissaan 20% verran korottavasti, kun ne on kaikki tehtynä. Kurssin suorittamiseksi on tehtävä lopputentin lisäksi erikoistyö. Opintojakson arvosana muodostuu tentin ja erikoistyön keskiarvona, molemmista tulee saada kuitenkin hyväksytty arvosana.

 

Opintojakson sisältö ja toteutussuunnitelma:

 

0. Kurssin avaus (Eka viikolla)

1.     Kurssin yleiskuvaus ja johdanto aiheeseen (a:16.9.05, b:23.9.05)

a.      Piirikaavion piirto-ohjelmistoon tutustuminen (PADS Power Logic)

i. ohjelman peruskäyttö

ii. perusominaisuudet (komponenttien haku, kytkennät, komponenttien siirtäminen ja poistaminen)

iii. komponenttien ominaisuudet, (nimeäminen, kotelot, apujännitteet…

iv. Piirtäminen ja tekstit (2D-lines)

v.  Raportit (BOM…)

vi. Tulosteet

vii.Komponenttikirjastot (missä, millaisia, omat komponentit, jne.)

 

b.      Ensimmäinen harjoitus (H1: taululta opettajan ohjauksen mukaan)

c.     Kotitehtävät (Huom! Kotitehtävät palautettava seuraavalla kerralla, jotta vaikuttaa loppuarvosanaan)

i.      Regulaattorityö (KT1)

ii.      Vahvistin työ (KT2)

 

 

2.     Piirikaavion piirtäminen ja tärkeimmät lisäominaisuudet (a: 19.9.05 b:27.9.05)

a.      Kotitehtävän tarkistaminen (KT1, KT2)

b.     Lisäominaisuudet:

i.      Monisivuisuus ja solmujen (nettien) nimeäminen, apujännitteiden (5V, GND jne.) nimeäminen

c.     Harjoitus (H2, yhdistetty KT1 ja KT2, monisivuisuus)

d.     Kotitehtävät

i. Vastussuhde D/A-muunnin (KT3)

 

 

3.     Piirikaavion piirtäminen ja tärkeimmät lisäominaisuudet (a: 30.9.05 b: 7.10.05)

                      a. Kotitehtävien tarkistaminen (KT3)

                      b. Lisäominaisuudet jatkoa:

i.  Väylien määrittäminen ja kytkeminen

ii. Design rules

                 c. Kotitehtävät:

                                   i. Mikroprosessorityön piirikaavion piirto lisättynä 5V regulointi ja

tehon syöttö (liittimet) toiselle sivulle, muista myös konfiguroida

Design Rules (Clearance=20, signal width=12 ja powerit=30). (KT4)

 

 

4.     Piirilevyn suunnittelu (I), (PADS Power PCB) (a: 4.10.05 b:11.10.05)

a.      Kotitehtävien tarkistaminen

b.     Ohjelmaan tutustuminen ja valikot

i.      Preferences !!!

c.     Piirilevyn suunnittelun perusominaisuudet (E1)

i.      OLE-liityntä

ii. Komponenttien sijoittelu ristiinosoittamalla

iii. Vetojen vetäminen manuaalisesti (Design Rules)

iv. lopputuloksen tarkistaminen (Verify)

e.      Kotitehtävä

i. KT1+KT2:n (yhdistetyn=H2) piirilevyksi suunnittelu (KT5), Huom! Design Rules 20 mils default trace, power 35 ja Clearance 20 mils.

                                                                                                                                                                   

 

5.     Piirilevyn suunnitelu (II) (b:18.10.05  ja a:14.10.05)

a.      Kotitehtävän tarkistaminen

·        KT5

b.     Piirilevyn suunnittelun lisäominaisuudet

i. DRE

ii. Täyttökuparin käyttö (Copper Pour-luominen)

iii. Automaattireititin, Blaze Router

d.     Kotitehtävä

        ii. KT3:n piirilevyksi suunnittelu (KT6)

·        Copper Pour, maadoitettu

·        Design Rules:

o       eristeväli: 20

o       trace width: 20, power: 30

 

5.     Piirilevyn suunnittelu (III) (a: 18.10.05, b: vk 44)

a.      Kotitehtävän tarkistaminen

     i. KT6

b.     Piirilevyn suunnittelun lisäominaisuudet (jatkoa)

i. CAM dokumenttien tuottaminen

·         Proto-piirilevy syövyttämällä -> paperi tulosteet

·         Proto-piirilevy jyrsimällä -> gerberit

·         Piirilevyn valmistaminen piirilevy-tehtaassa -> gerberit

ii. Piirilevyn valmistaminen jyrsimällä, mallisuoritus (Ei ehditty a: 18.10.05)

d. Kotitehtävä:

                                         ii.  KT4:n piirilevyksi suunnittelu (KT7),

·        Piirilevyn koko: 2500x3000, suorakaide

·        Copper Pour, maadoitettu

·        Design Rules:

o       eristeväli: 20

o       trace width: 20, power: 30

(kokeile myös eristeväli 12 ja trace width 12)

 

 

6. Piirilevyn suunnittelu (IV) (3 h)

Kotitehtävien tarkistaminen, KT7

Piirilevyn jyrsiminen + kotitehtävä.

d. Kotitehtävä:

        i. Pareittain: Piirilevyn valmistaminen jyrsimällä ja palauttaminen seuraavalla kerralla.

 

7. Piirilevyn suunnittelu

       Piirilevyn lisäominaisuudet…

iii. Komponenttien lisääminen kirjastoon, oma kirjasto

iv. Komponentin luominen

c.     Harjoitus (H4: komponentin tekeminen AM29F040J )

d. Kotitehtävä:

KT8: TMS320F241FN (PLCC)-komponentin piirikaaviosymbolin luominen

 

 

8. Piirilevyn suunnittelu (IV) (4 h)

a. Kotitehtävän tarkistaminen

i. KT8

b. Komponentin luominen, jossa pitää luoda myös PCB-puolen Decal (SMA)

c. Kotitehtävä:

KT9: SMB-liittimen luominen (PCB, angle, jack)

 

9. Piirilevyn suunnittelu (V) (4 h)

a. Kotitehtävät

b. Monikerroslevyn suunnittelu

c. Harjoitus (H5: KT3:n 4-kerroslevyksi suunnittelu)

d. Kotitehtävä

i. Harjoituksen H5 loppuun tekeminen (KT10)

e. Erikoistyön antaminen (4 h)

Erikoistyön, komponenttiluettelo, ohjeistus ja palautuksesta sopiminen (4-kerroslevy, BL233-datalehti, MAX232, Micromatch-liittimen datalehti

c.    Tentin alueen ja arvosteluperusteiden määrittäminen

 

10. Käyttökoe (4 h)

 

11.  Käyttökokeen palaute ja arviointi sekä erikoistyön palauttaminen (3 h)

 

Piirilevyn suunnitteluohjeita:

                 http://www.epanorama.net/links/basics.html#pcb

 

Lataa PADS-ohjelmisto koneellesi opintojakson ajaksi. Ohjelma toimii aina 30 komponenttiin asti normaalisti.

PADS Logic ja PCB ZIP-tiedostona.

 

Ohjeita ja kirjallisuutta:

Lisämateriaalia PADS:n maahantuojalta, ammattioppilaitoksen opettajalta sekä materiaalia koetta silmällä pitäen.

 

Kirjoja:

PADS Piirilevysuunnitteluopas II, Hannu Tikkanen, Design Systems Oy, 2004

PADS Piirilevysuunnitteluopas, Hannu Tikkanen, Design systems Oy 1997

Printed Circuits Handbook 4th ed, Clyde F. Coombs, JR., 1995