Technologie PCB - Principes clés de la conception parallèle de PCB

À mesure que la complexité des dispositifs qu'ils transportent augmente, la conception de PCB devient de plus en plus complexe. Pendant longtemps, les ingénieurs de conception de circuits ont fait leurs propres conceptions sans incident, puis ont remis la conception de schéma de circuit fini aux ingénieurs de conception de PCB. Une fois que les ingénieurs de conception de PCB ont fait leur travail indépendamment, les fichiers gerber ont été transférés à la fabrication de PCB. Usine Les emplois d'ingénieur en conception de circuits, d'ingénieur en conception de circuits imprimés et de fabricant de circuits imprimés sont tous isolés les uns des autres et ne communiquent pratiquement pas.

La première étape dans la conception d'un PCB est la phase de conception. À ce stade, l'Ingénieur de conception de circuit devrait effectuer une évaluation technique avec l'Ingénieur de conception de PCB. Cette évaluation devrait tenir compte des questions suivantes:

1. Quel équipement est utilisé?

2. Quel type d'emballage pour cet équipement? Quel est le nombre de broches? Quelle est la configuration des pins?

3. Combien de couches de PCB devraient être utilisées en fonction du compromis coût - performance?

4. Quelle est la valeur cible des paramètres tels que la fréquence d'horloge et la vitesse du signal?

En outre, les ingénieurs de conception devraient tenir compte de facteurs tels que l'architecture du bus, l'utilisation ou non de connexions parallèles ou série et les stratégies d'adaptation d'impédance. Lorsque l'impédance ne correspond pas, des réflexions, des sonneries et d'autres perturbations indésirables se produisent.

Pour les conceptions actuelles de PCB, il est préférable de tout faire selon les règles. Dans le passé, il était limité par des problèmes de fabrication, mais maintenant, tout est compliqué lorsque les ingénieurs tentent de réduire la taille des PCB et de leur permettre de les fabriquer. Bien que les exigences de conception puissent créer beaucoup de contraintes, il est également important de ne pas soumettre la conception à des contraintes excessives. Il est plus sage d'apprendre davantage de la simulation et de l'analyse que d'une conception simple avec des contraintes.

La simulation est la clé

Une fois que le circuit est bien conçu et que le schéma est dessiné, il est temps de procéder à une vérification fonctionnelle, qui se fait généralement avec un outil de simulation. L'objectif de la simulation n'est pas de remplacer la génération de prototypes physiques, mais d'éviter la génération répétée de prototypes, car la simulation permet aux ingénieurs de conception de détecter des défauts de conception qui ne seraient normalement pas détectés avant la génération du prototype.

Au cours de la simulation, diverses topologies de conception peuvent être essayées et remplacées par des dispositifs de différents fabricants pour vérifier leur impact sur les performances du circuit. Cependant, dans la simulation, il y a des problèmes sans fin avec la disponibilité et l ` efficacité des modèles. Actuellement, il existe des bibliothèques de modèles coûteuses pour tous les kits de conception de PCB couramment utilisés, mais il peut arriver qu'un périphérique particulier ne soit pas dans la Bibliothèque plusieurs fois. Cependant, les fournisseurs d'appareils résolvent souvent ce problème en lançant des modèles Spice sur leur site Web, il est donc préférable de les trouver sur le site Web du fournisseur d'appareils.

Limites du câblage détourné

Mais les simulations basées sur Spice ont des limites. Il peut générer des signaux analogiques idéalisés qui ne sont pas nécessairement représentatifs des conditions réelles. Le signal réel peut avoir un bruit et un déphasage qui altèrent le réalisme.

Réalisation physique

Après avoir éliminé les problèmes de performance par simulation, l'étape suivante consiste à placer et câbler le circuit pour générer un prototype physique. La disposition et le câblage doivent garantir que les performances du circuit répondent aux exigences des spécifications de conception et que la forme de la carte correspond aux paramètres de forme de conception. En ce moment, il sera très nécessaire de travailler avec un ingénieur en mécanique.

Contraintes de conception

La mise en page de PCB est confrontée à de nombreux défis, dont le principal est de s'assurer que ces limites sont respectées. Ces contraintes sont utilisées pour résoudre des problèmes d'intégrité du signal, des problèmes de fabricabilité, des perturbations électromagnétiques, des effets thermiques ou une combinaison de ces problèmes.

Outre les contraintes de conception, de nombreux facteurs liés aux technologies de dispositifs spécifiques actuelles rendent la disposition et le câblage des PCB plus complexes. Par exemple, les technologies avancées d'encapsulation des semi - conducteurs, telles que les puces sur carte (COB), peuvent rendre le câblage extrêmement délicat. Les boîtiers haute densité actuels peuvent accueillir plus de 2 000 broches avec un espacement des broches inférieur à 0,65 MM. Ce boîtier crée de grandes difficultés pour la gestion des E / s et de la vitesse du signal, et le routage Escape de ce boîtier est également un travail hautement qualifié.

La disposition et le câblage des circuits imprimés pour les dispositifs logiques programmables constituent un autre défi. Certaines suites de conception de PCB haut de gamme, telles que celles fournies par altium et mentor Graphics, peuvent être étroitement liées aux outils de conception des fournisseurs de FPGA pour compléter la conception intégrée du FPGA et du PCB lui - même.

Dans le passé, la configuration des broches pour les grands FPGA était généralement effectuée par les ingénieurs de conception FPGA, mais la configuration ne tenait pas trop compte de la disposition et du câblage du PCB. Les gens réalisent maintenant que les FPGA avec des E / s programmables sont la source des pistes d'entrée et de sortie. Il est beaucoup plus facile de changer le FPGA pour s'adapter à la disposition du PCB que de changer le PCB pour correspondre aux paramètres d'E / s du FPGA.

Inspection finale

La dernière étape avant de procéder à la fabrication de la mise en page PCB est l'inspection finale. L'intégrité et le timing du signal doivent être vérifiés pour s'assurer qu'il arrive à destination à temps et avec une assurance de qualité adéquate. Les conflits de contraintes de conception seront exposés à ce stade et doivent être pesés à ce sujet.

À la fin de la conception du PCB, les données de fabrication doivent être générées, y compris tous les documents relatifs à la production, à l'assemblage et aux essais. Tout au long du processus de conception, il doit y avoir une communication suffisante entre les membres de l'équipe de conception et le fabricant pour comprendre les capacités techniques et les limites du fabricant. En outre, les données de fabrication doivent être vérifiées afin que les ingénieurs de conception aient une dernière chance de détecter les erreurs.