Konwencja nazewnictwa PCB i zarządzanie danymi

Wprowadzenie

John Godfrey Saxe napisał kiedyś wiersz oparty na hinduskiej bajce o sześciu ślepcach z Indostanu, którzy poszli zobaczyć słonia. Pierwszy podszedł do słonia z boku i doszedł do wniosku, że dotykał ściany. Drugi podszedł do zwierzęcia, dotknął kła i zawołał: „To wcale nie jest ściana, to ostrze”. Trzeci ślepiec dotknął olbrzymiej trąby i zdecydował, że to był wąż. Czwarty dotknął nogi słonia i powiedział: „Nie ma wątpliwości, że to drzewo”. Piąty mężczyzna dotknął ogromnego ucha i uznał, że to był wachlarz. W końcu ostatni ślepiec chwycił ogon słonia i z dumą oświadczył: „Wszyscy jesteście w błędzie; to jest bez wątpienia sznurek”. 

Morał tej przypowieści jest taki, że najważniejsze dla jasności oraz zrozumienia jest to, jak postrzegamy i nazywamy rzeczy. Dodatkowa mądrość dotyczy tego, że bez spojrzenia na szerszy obraz najprawdopodobniej popełnimy błąd. Nie inaczej jest w przypadku pracy z informacjami w systemie zarządzania danymi. Jeżeli projektanci PCB nie przestrzegają ustalonych norm, efektem są długie poszukiwania podczas wyszukiwania informacji, a dodatkowo większe prawdopodobieństwo zduplikowania podzespołów lub modeli.

Normy nazewnictwa symboli dla schematów

Symbole dla schematów zazwyczaj oznaczają kategorie ogólne. To znaczy, że jeden symbol wykorzystuje się do wielu podzespołów. Doskonałym przykładem jest dowolny dyskretny symbol kondensatora, rezystora lub wzbudnika. Konwencja nazewnicza jest również bardzo ogólna — np. ogólny rezystor czy ogólny kondensator. 

W przypadku bardziej złożonych podzespołów sprawa się nieco komplikuje. Trzeba pozyskać arkusz danych i przestudiować system identyfikacji produktu. Oto przykład wzięty prosto z arkusza danych AT24C01C/02 IC EEPROM 1K I2C 1MHZ 8SOIC.

Jak widać, podstawowy numer części to AT24C01C. Pozostałe parametry podzespołu to opcja obudowy, klasa urządzenia, napięcie robocze oraz opcja przewoźnika.

_{Rys. 1. Za konwencję nazewnictwa PCB większości współczesnych podzespołów odpowiadają systemy identyfikacji produktów właściwe dla dostawców. Nazwy obejmują informacje o typie i parametrach urządzenia.}

_{Rys. 2. Większość podzespołów jest dostępna w wielu obudowach. Część systemu identyfikacji produktu dotycząca opcji obudowy opisuje, jaką obudowę ma produkt.) (Alternatywny tekst: Typy obudów dla AT24C01C-SSHM-T pokazujące, że układ jest dostępny w obudowie PDIP/SOIC z 8 stykami, SOT23 z 5 stykami, UDFN z 8 padami oraz VFBGA z 8 końcówkami.}

To, co nas interesuje, to typy obudów, a zwłaszcza konfiguracje styków. Widzimy, że pośród sześciu różnych obudów tylko SOT23 ma 5 styków. Zatem mamy dwa możliwe symbole dla schematu elektrycznego. 

Pierwszy symbol to element z ośmioma stykami.

_{Podpis: Rys. 3. Należy zaprojektować symbol używanych podzespołów zależnie od wybranej opcji obudowy. Oto przykład dla 8-stykowej obudowy SOIC układu AT24C01C-SS}

Zastosujemy raczej prosty schemat konwencji nazewniczej, czyli <Numer podstawowy>-<Opcja obudowy>.

Przykładowo może to być AT24C01C-SS_X_MA_P_C.

Nazwą końcowego podzespołu (SOT23) byłby poniższy symbol z oznaczeniem AT24C01C-ST. 

Te dwa dość proste symbole dla schematu elektrycznego mogą obsługiwać łącznie 24 różne podzespoły.

Wspaniałe jest to, że wyszukiwania tylko numeru podstawowego AT24C01C da w rezultacie oba symbole dla schematu i wszystkie sześć typów obudów podzespołu.

_{Rys. 4. Dla porównania symbol wersji SOT23 z 5 stykami miałby tylko pięć wyprowadzeń.}

Norma nazewnictwa footprintów

W przypadku footprintów korzystamy z normy IPC, a konkretnie IPC-7351 Generic Requirements for Through-Hole Design and Land Pattern Standard (Ogólne wymogi dotyczące konstrukcji i układu połączeń przy montażu powierzchniowym).

Jest to dosyć łatwy system. Każdy podzespół ma przypisaną rodzinę z identyfikatorem składającym się z 3–4 liter. 

Ponadto do zidentyfikowania podzespołu wykorzystuje się jego konkretne wymiary. To wszystko jest zakodowane za pomocą liter służących jako identyfikatory obudowy podzespołu, czyli:

P= rozstaw styków dla podzespołów z co najmniej trzema wyprowadzeniami

W= maksymalna szerokość wyprowadzenia (lub średnica wyprowadzenia podzespołu)

L= długość obudowy przy montażu w poziomie

D= średnica obudowy w przypadku okrągłych podzespołów

T= grubość obudowy w przypadku prostokątnych podzespołów

H= wysokość obudowy dla podzespołów montowanych pionowo

Q= liczba styków dla podzespołów z co najmniej trzema wyprowadzeniami

R= liczba rzędów dla złączy

A, B oraz C= poziom złożoności produkcji zdefiniowany w normach IPC-2221 oraz IPC-2222

Spójrzmy np. na naszą obudowę SOT23, której przyglądaliśmy się, omawiając podzespół AT24C01C. Składnia według normy IPC jest następująca: 

SOT23-+ Pitch (rozstaw styków) P + Lead Span Nominal (nominalna rozpiętość wyprowadzeń) X Height (wysokość) – Pin Qty (liczba styków)+Density (gęstość).

Oznaczenie rodziny podzespołu to SOT23.

Zajrzyjmy ponownie do arkusza danych, gdzie widzimy wszystkie niezbędne informacje.

 

_{Rys. 5. Wymiary 5-stykowej obudowy SOT23 pokazane w arkuszu danych i zapisane wg standardów PCB.}

Po zestawieniu mamy następujące wymiary podzespołu:

_{Rys. 6. Cechy obudowy wpływające na nazwę podzespołu zapisanego wg standardów PCB.}

Co daje nam nazwę SOT23-95P280X110-5N

_{Rys. 7. Kompletna tabela wymiarów obudowy dostępna w arkuszu danych używa wartości systemu metrycznego i konwencji nazewnictwa PCB.)} 

Informacje podane w nazwie to rozmiary metryczne. Pomija się wszystkie zera na początku oraz miejsca po przecinku. Zatem 0.95 staje się 95, 2.80 staje się 280, a 1.10 staje się 110. 

Norma IPC-7351 zawiera znacznie więcej informacji, które należy uwzględnić. Jest to jedna z tych norm, którą mam cały czas pod ręką. 

Słowo na temat gęstości (upakowania)

Zgodnie z normą IPC każdy podzespół ma trzy warianty układu połączeń.  

Poziom gęstości A: Maksymalny stosunek styku/wyprowadzenia do otworu

Poziom gęstości B: Nominalny stosunek styku/wyprowadzenia do otworu

Poziom gęstości C: Minimalny stosunek styku/wyprowadzenia do otworu 

Głównym celem określenia gęstości służy przede wszystkim do uwzględnienia poziomu możliwości produkcyjnych. Poziom A (maksymalny) jest najbardziej przyjazny dla firm produkcyjnych (DFM), podczas gdy poziom C (najmniejszy) oznacza największą gęstość i wyzwanie dla producenta.

_{Podpis: Rys. 8. Trzy poziomy gęstości.}

Wnioski

Wracając do naszej bajki z początku artykułu, wnioski wysnute przez każdego z sześciu ślepców z Indostanu byłyby zupełnie inne, gdyby współpracowali oni ze sobą i spojrzeli na swoje ustalenia jako na całość. Mając większy obraz, wiedzieliby, że to, czego dotykali, to słoń.

Projektant PCB nie może być samotnym wilkiem podążającym własnymi ścieżkami, ale raczej członkiem zespołu, który opracuje normę, jaką każdy może stosować. 

Zbierzmy wszystko razem dla naszego przykładowego podzespołu. Nazwą podzespołu jest pełny numer części, o który nam chodzi. Weźmy AT24C01C-STUM-T, układ pamięci EEPROM 1 Kb (128 x 8) I²C 1 MHz 550 ns SOT-23-5. To jest kompletne oznaczenie konkretnego podzespołu, którego potrzebuję. 

_{Rys. 8. Ostateczna nazwa podzespołu, symbolu i footprintu zapisana wg konwencji nazewnictwa PCB.}

Czy chcesz dowiedzieć się więcej na temat tego, jak Altium może Ci pomóc przy kolejnym projekcie PCB? Porozmawiaj z ekspertem Altium i dowiedz się więcej o podejmowaniu decyzji projektowych z łatwością i przekonaniem.