Тема 9. Створення власних компонентів в EasyEDA

Власні компоненти

У процесі розробки електронних пристроїв досить часто виникає ситуація, коли потрібного компонента немає в стандартній бібліотеці середовища проєктування. Це особливо характерно для нових мікросхем, нестандартних модулів, власних розробок або просто рідкісних деталей. У таких випадках інженер створює власний компонент.

Щоб зрозуміти принцип створення власного елемента, потрібно розуміти, з чого він складається. У системах автоматизованого проєктування електроніки компонент має дві основні частини:

1. Умовне графічне позначення (Symbol). Воно використовується на принциповій схемі і відображає логічну функцію елемента. Наприклад, у випадку мікроконтролера на схемі ми бачимо прямокутник із підписами виводів.

   

2. Посадкове місце (Footprint). Це геометричний опис контактних майданчиків і контурів компонента на друкованій платі. Саме він визначає, де будуть розташовані паяльні площадки, отвори та контури корпусу.

   

Третім елементом є зв’язування цих двох частин у єдиний компонент бібліотеки. Саме цей компонент згодом додається на схему, а при переході до розробки друкованої плати автоматично отримує відповідний footprint.

Додатково до компонента також можна привʼязати 3D-модель, що дозволить виконувати повноцінну візуалізацію створюваного проекту.

Створення умовного графічного позначення (Symbol)

У процесі розробки електронних схем важливу роль відіграє правильне та зрозуміле представлення компонентів на принциповій схемі. Для цього використовуються умовні графічні позначення. Вони відображають логічну структуру електронного компонента, показують його виводи та забезпечують зручність читання схеми.

Умовне графічне позначення використовується виключно на принциповій схемі, тому воно не містить фізичних розмірів елемента. Його основна задача – наочно показати функцію компонента та забезпечити правильне підключення сигналів.

Кожен символ містить кілька основних елементів:

• графічну частину (контур компонента);
• виводи (піни);
• назву компонента;
• позначення елемента (десигнатор).

Особливо важливими є виводи, оскільки саме через них формується електричне з’єднання між компонентами схеми.

Створення умовного графічного позначення виконується в редакторі символів, доступний через меню створення нового документу (Файл – Новий – Символ).

Першим етапом створення символу є формування його графічної основи. Найчастіше для цього використовується прямокутник, який умовно позначає корпус мікросхеми або функціонального блока.

Для побудови використовуються наступні графічні інструменти:

• Line (лінія) ;
• Rectangle (прямокутник) ;
• Arc (дуга) ;
• Circle (коло) .

Графічна частина не повинна бути надто складною. Основна мета – забезпечити зрозумілу структуру компонента на схемі. Наприклад, для операційного підсилювача символ може мати форму трикутника, а для мікроконтролера – прямокутника з великою кількістю виводів.

Найважливішим елементом символу є виводи, через які компонент підключається до інших елементів схеми. Для додавання виводу використовують інструмент Pin . Після розміщення виводу необхідно налаштувати його параметри.

Основними параметрами є:

1. Імʼя (Name) – текстове позначення виводу (VCC, GND, RX, TX, IN, OUT тощо);
2. Номер (Number) – цей номер повинен відповідати номеру контакту у фізичному корпусі компонента. Саме за цим номером пізніше відбувається зв’язок із контактними майданчиками на друкованій платі.
3. Електричні (Electrical) – визначає електричну роль контакту:
   • Undefined (Невизначено) – роль контакту не встановлено. Використовується за замовчуванням;
   • Input (Ввести) – пін налаштований на прийом сигналу;
   • Output (Вивести) - пін налаштований на передачу сигналу;
   • I/O - двонаправлений контакт (прийом та передача);
   • Power (Потужність) – використовується для підключення живлення.

Щоб схема була зручною для читання, рекомендується дотримуватися певної логіки розташування контактів. Зазвичай застосовують такі принципи:

• входи розміщують зліва;
• виходи – справа;
• контакти живлення – зверху або знизу;
• групи функціонально пов’язаних сигналів розташовують поруч (порти вводу/виводу, сигнали інтерфейсів SPI, UART, I2C).

Крім графічних елементів і виводів, символ містить текстові параметри: десигнатор – позначення елемента на схемі (наприклад U1, R3, C5. Задається параметром Pre у вигляді U?, де U – префікс позначення, ? – буде замінено порядковим значенням при додаванні на схему), імʼя — назва або модель компонента (задається одноіменним параметром). Ці параметри автоматично використовуються під час формування списку компонентів (BOM — Bill of Materials).

Після завершення створення символу необхідно перевірити його правильність. Особливу увагу варто звернути на:

• відповідність номерів виводів технічній документації;
• правильність назв сигналів;
• відсутність накладання тексту та графічних елементів;
• логічне розташування контактів.

Іноді корисно відкрити тестову схему і розмістити новий символ, щоб переконатися, що він виглядає коректно.

Після завершення роботи символ зберігають у власній бібліотеці. У EasyEDA він потрапляє до розділу My Parts, де може використовуватися в будь-яких проєктах. На цьому етапі створений символ ще не має фізичного представлення на друкованій платі. Для повноцінного використання компонента необхідно створити та прив’язати посадкове місце (Footprint).

Створення посадкового місця (Footprint)

На відміну від символу, який використовується лише на принциповій схемі, footprint є геометричною моделлю компонента, що містить контактні майданчики, контур корпусу та допоміжні елементи для монтажу. Правильне створення посадкового місця є критично важливим, оскільки помилки можуть призвести до неможливості встановлення компонента або проблем під час пайки.

Footprint визначає, де саме на друкованій платі будуть розташовані:

• контактні майданчики для пайки;
• монтажні отвори;
• контур компонента;
• маркування першого контакту.

Коли проєкт із принципової схеми переноситься до редактора друкованої плати, система автоматично використовує ці посадкові місця для розміщення компонентів на платі. Таким чином, footprint є зв’язком між електричною схемою та фізичною реалізацією пристрою.

Перед створенням footprint обов’язково потрібно знайти технічнe документацію на компонент (якщо компонент використовує стандартний корпус – варто шукати документацію на даний корпус, а не на конкретний компонент). У ній зазвичай є розділ Recommended PCB Layout (Board Layout, Land Pattern), де наведено рекомендовані розміри посадкового місця. Зазвичай там присутня наступна інформація:

• відстань між контактами (pitch);
• розміри контактних майданчиків;
• діаметр монтажних отворів;
• габарити корпусу.

Саме ці дані використовуються для точного створення посадкового місця.

Для створення нового посадкового місця у EasyEDA необхідно відкрити редактор бібліотеки друкованих плат (Файл - Новий – Елемент PCB).

Основним елементом посадкового місця є контактні майданчики. У EasyEDA для цього використовується інструмент Pad . Після розміщення майданчика потрібно задати його параметри:

1. Номер (Number) – номер контакту, має відповідати номеру виводу умовного графічного позначення.
2. Шар (Layer) – визначає тип контакту: Багато-шарова (Multi-Layer) – для компонентів із наскрізними виводами; Верхній шар (TopLayer), Нижній шар (BottomLayer) – для компонентів поверхневого монтажу.
3. Форма (Shape) – задає форму контактного майданчика (Круглі (Round), Прямокутник (Rectangle), Овал (Oval), Полігон (Polygon)).
4. Ширина (Width) та Висота (Height) – визначають розміри контактного майданчика.
5. Форма отвору (Hole Shape) – визначає форму отвору майданчика для багатошарових контактів: Круглі (Round) або Слот (Slot).
6. Отвір (Hole) – визначає діаметр отвору для багатошарових контактів.

Після налаштування параметрів майданчики розміщують відповідно до геометрії корпусу компонента.

Під час розміщення контактних майданчиків важливо дотримуватися точних відстаней між ними. Зазвичай ці відстані визначаються кроком контактів (для DIP-корпусів крок часто становить 2,54 мм; для більшості SMD-компонентів — 1,27 мм, 0,8 мм або менше). Для точного позиціонування використовують сітку редактора.

Після створення контактних майданчиків додають контур корпусу. Контур зазвичай розміщують на шарі шовкографії (верхній або нижній шовковий шар). Він допомагає правильно орієнтувати компонент під час монтажу та визначати його межі на друкованій платі. Контур малюють за допомогою інструментів Track , Rectangle , Arc . Контур не повинен накладатися на контактні майданчики.

Для багатьох компонентів дуже важливо визначити перший контакт. Це необхідно для правильної орієнтації компонента під час монтажу. Зазвичай використовують маленьке коло, точку або скошений кут корпусу. Це маркування допомагає уникнути помилок під час встановлення мікросхем.

У деяких випадках посадкове місце може містити додаткові елементи: монтажні отвори, теплові площадки, області заборони розміщення (Keepout). Ці елементи використовуються для покращення монтажу та надійності пристрою.

Після завершення створення посадкового місця необхідно перевірити його правильність: відповідність розмірів технічній документації; правильність номерів контактів; правильне розташування майданчиків; відсутність накладання елементів.

Після завершення перевірки посадкове місце зберігається у бібліотеці EasyEDA. Надалі його можна прив’язати до схемного символу під час створення повноцінного компонента.

Прив’язка посадкового місця до умовного графічного позначення

Після створення умовного графічного позначення та посадкового місця наступним етапом є їх об’єднання у єдиний бібліотечний компонент. Саме на цьому етапі встановлюється зв’язок між логічним представленням компонента на принциповій схемі та його фізичним розташуванням на друкованій платі. Без такого зв’язку система автоматизованого проєктування не зможе коректно перенести компонент із принципової схеми до редактора друкованої плати.

Під час прив’язки посадкового місця до позначення особливо важливо, щоб номери контактів позначення збігалися з номерами контактних майданчиків у посадковому місці. Саме за цими номерами система формує електричні з’єднання на друкованій платі. Якщо номери не збігаються, це може призвести до неправильного підключення компонентів.

У середовищі EasyEDA прив’язка виконується через властивості умовного графічного позначення. Для цього потрібно відкрити раніше створене позначення, знайти параметр Елемент PCB, вибрати потрібне посадкове місце зі списку бібліотек та зберегти зміни.

Після виконання прив’язки бажано провести перевірку, щоб уникнути можливих помилок: відповідність номерів контактів позначення і посадкового місця, правильність орієнтації компонентів, відповідність корпусу реальному компоненту, відсутність зайвих або пропущених контактів.