Раньше, чтобы провести отладку электронной схемы, я применял макетные платы, навешивал соплей, для соединений применял монтажный провод и обрезки выводов резисторов. Трассировку делал на ходу, часто с ошибками, что иногда приводило детали в негодность. У такого монтажа много проблем: тяжело менять схему, провода отваливаются от вибрации, сложно сводить несколько проводов в одной точке и т.д.
Есть и другие способы макетирования, но сегодня я напомню о монтаже накруткой [1, 2] — технологии, проверенной временем, удобной и надежной для макетирования и прототипирования. Более того, по этой технологии можно создавать конечные устройства, которые будут надежно работать много лет.
Примеры того, как НЕ НАДО делать макетные платы
Вот к чему может привести прототипирование на макетной плате с монтажным проводом. Стоит ли говорить о надежности таких плат?
Монтаж накруткой
Монтаж накруткой — это технология построения плат электронных схем без изготовления печатной платы. Провода обматываются вручную либо с помощью машин, и соединения позже могут быть изменены после этого вручную. Метод был популярен в массовом производстве в 60-х и в ранних 70-х годах и продолжает использоваться для небольших партий и прототипов.
Персональный компьютер, совместимый с IBM PC/XT — Нейрон И9.66 — 1987
Метод популярен и сейчас:
Проект BMOW (кликабельно)
Проект Symbolics 3600
Проект 6502
И многие другие современные аппаратные проекты прототипируются с помощью Wire Wrap
Часто задаваемые вопросы
Q: Надежен ли монтаж накруткой?
A: Да, если все делать правильно (места соединений нельзя трогать). Из википедии: правильно сделанное соединение провода накруткой — это семь оборотов провода (4 × 7 = 28 контактных зон), и полтора оборота изолированного провода для ослабления возможного механического напряжения. Идея в том, что плотно оборачивая чистый провод на чистый штыревой контакт мы делаем химическую сварку на каждой кромке штыревого контакта. Качество электрического соединения не зависит от окисления на внешней стороне получившейся спирали, хотя со временем она будет выглядеть не красиво. Так же соединение не боится вибрации. Если вы демонтируете накрученный провод и попробуете его на ощупь, вы поймете о чем речь.
Q: Нужно ли пропаивать соединения накруткой?
A: В этом нет необходимости, платы работают десятилетиями. Если и возникают проблемы, то это результат неаккуратной работы. Исключение — накрутка на контакты радиоэлементов круглого сечения — их нужно пропаять.
Q: Где применяется монтаж накруткой и до каких частот он работает?
A: Метод монтажа накруткой использовался для построения прототипов высокочастотных схем и схем малых тиражей; включая схемы с гигагерцовыми микроволновыми частотами и суперкомпьютеры. Метод уникален тем, что длина соединения может быть точно проконтролирована, а витые пары или магнитно-экранированные четвёрки (четверные провода) могут быть проложены вместе. Монтаж бортового управляющего компьютера КА Аполлон был произведён именно таким методом (фото [5]).
Q: Какой инструмент применяется для монтажа?
A: Существовали полностью автоматические системы монтажа. Полуавтоматы, когда контакт накручивается одним нажатием. Полностью ручные инструменты. Мы будем говорить о ручном инструменте.
Инструменты, показанные на рисунке, применяются каждый под свой диаметр провода, одним торцом они накручивают провод, другой используется для демонтажа. В ручке есть отверстие и нож для зачистки провода от изоляции.
Q: Если инструмент не универсален, то какого диаметра проводник можно применять?
A: На ebay можно найти инструмент под диаметры 19, 22, 28, 30 — AWG(это американский калибр, соответственно 0.9, 0.6, 0.32, 0.25 мм)
Q: Подойдет любой медный провод?
A: Я не могу точно сказать, похоже на то, что у провода есть специальное покрытие. На ebay провод так и называется Wire-Wrapping Wire 30AWG. Хотя я видел конструкции и с медным проводом.
Q: Как делать накрутку?
A: Сначала зачищаем провод на пару сантиметров с помощью инструмента. Зачищенный провод руками не трогать!
Вставляем провод в отверстие с краю, причем не только зачищенную часть, но и примерно 4мм с изоляцией
Далее устанавливаете инструмент центральным отверстием на контакт и делаете несколько оборотов. Навык быстро приходит с опытом. Должно получиться 1.5 оборота с изоляцией и 7 оборотов зачищенного провода. Для большинства инструментов не имеет значения направление вращения (по или против часовой стрелки).
В итоге должно получиться похоже на это:
Как видно на фотографиях, посеребренный провод окисляется-темнеет, как и медный. Но область, где провод соединяется со штырем — устойчив к окислению.
Собственный опыт
В своих небольших проектах я всегда использую макетные платы, хотя есть хлористое железо, текстолит, микро станок. Я, к сожалению, не могу найти время для трассировки плат, так же как и для ЛУТ или фото-способа. Технология накрутки показалась мне удобной для того, чтобы взять универсальные макетные платы, контакты, провод и не задумываясь о трассировке, выполнить любую интересующую меня схему. В процессе отладки схемы, может понадобиться что-то пересоединить и метод накрутки позволяет сделать это неограниченное количество раз: снятый провод можно выкинуть, а проводники на печатной плате не отвалятся от многократных перепаек. Да и в целом, перспектива делать схему без паяльника показалась весьма заманчивой — сиди да крути.
Но для того, чтобы иметь все необходимое для создания любой платы, нужно продумать составные части, которые потребуются. Для себя я решил, что мне хватит запаса печатных макетных плат и длинных штыревых контактов. Штыревые контакты можно впаять в плату, дискретные элементы припаять к этим контактам с одной стороны, а уже коммутацию схемы делать накруткой с другой стороны платы.
Заказал платы, похожие на эти: на DX.COM или ebay
Штыревые контакты. Длина контактов 2.54mm.
И этим я пока решил обойтись. Еще, собственно, нужен сам инструмент для накрутки. С виду простой, он оказался не так и дешев — около 600 рублей на ebay, а в России еще дороже. Поэтому из всего набора возможных диаметров выбрал 30 AWG (0,25мм) и инструмент для него. По моему мнению, самый подходящий диаметр для построения плат с DIP корпусами.
Для эстетов есть разъёмы с золотыми штырями (6, 8 или 10 контактов). Есть попроще.
и панельки под микросхемы
В рамках своего синтезаторного проекта на ПЛИС, мне нужно было сделать модуль MIDI-IN. Он состоит по сути дела из оптопары и двух навесных элементов.
В принципе накрутка тут — излишние сложности, но хотелось проверить технологию. Вот что получилось.
Выводы
Полностью избавиться от паяльника не получилось. В процессе создания схемы я допустил ошибку: не правильно включил КД522 (спасибо нашим за маркировку!), что потребовало перепайки. Еще одной ошибкой было то, что я в принципе припаял элементы один на другой. Если бы я распаял вообще все элементы (микросхему, резистор и диод) по отдельности, на свои штыревые контакты, то для исправления ошибок мне паяльник был бы не нужен вовсе. Все соединения были бы сделаны накруткой и исправления тоже.
Однако, в процессе работы схему менял несколько раз, пока понял, почему она не работает и оценил удобство от быстрого монтажа и демонтажа проводников. Не всегда получалось накрутить правильно с первого раза, но когда соединение правильное — это видно сразу. Если соединение не правильное или кусок провода оказался короче, чем нужно, то снять провод — дело нескольких секунд. При этом без вреда для соединений, которые уже выполнены. Сильно замедляли работу только моменты, когда требовался паяльник. Можно сделать вывод, что технология удобна и я буду ее использовать дальше!
Дочитавшим до сюда небольшое видео от меня:
Список использованных источников
1. http://en.wikipedia.org/wiki/Wire_wrap
2. http://ru.wikipedia.org/wiki/Монтаж_накруткой
3. http://wilsonminesco.com/6502primer/WireWrap.html
4. http://www.tecratools.com/pages/tecalert/wirewrap_guide.html
5. http://www.ibiblio.org/apollo/yaAGC.html — Virtual AGC
6. «Журнал сетевых решений/LAN», № 11, 2002 — Монтаж накруткой
7. Непаяные методы неразъемных соединений: накрутка
8. Нейрон И9.66 — Персональный компьютер, совместимый с IBM PC/XT. Есть плата с накруткой.
9. FPGA VGA Resistor DAC — wire-wrap prototype design!
Другие технологии:
10. Макетирование на Veroboard stripboard и на простых stripboard и CAD для этого
