PCB Tecnico - Nove best practice per il cablaggio PCB

L'obiettivo del design PCB è quello di creare un circuito stampato completamente funzionale, con cui sono totalmente d'accordo. Tuttavia, il mio primo obiettivo durante il layout PCB è quello di rendere il circuito stampato instradato al 100%. Il layout deve prima impostare i parametri di progettazione e quindi posizionare i componenti per soddisfare i requisiti elettrici, meccanici e di fabbricazione. L'unica cosa rimasta dopo è collegare tutte le reti insieme. Dovrebbe sembrare facile, no? A volte questo è il caso, ma la maggior parte delle volte è più complicato di quanto si creda.

Per instradare correttamente i circuiti stampati, molti dettagli devono essere considerati e risolti. Ad esempio, i cavi di alimentazione e di massa devono essere configurati in modo da fornire un buon percorso pulito di ritorno del segnale per reti sensibili e le tracce che trasportano segnali sensibili devono avere una certa larghezza e essere lontane dai circuiti ad alto rumore che possono influire sul suo funzionamento. Queste sono solo alcune delle cose che i progettisti devono considerare quando cablano il circuito stampato. Nella terza parte di una serie di quattro parti di progettazione di circuiti stampati, ecco alcune delle migliori pratiche per il routing PCB in modo più dettagliato.

Buone abitudini di cablaggio PCB iniziano con le migliori pratiche di layout PCB di qualsiasi traccia

Nella prima parte di questa serie, vengono studiate le migliori pratiche di progettazione PCB per lo sviluppo di schemi per la progettazione di circuiti stampati. Utilizzando lo schema come base per il progetto, ho visto alcune best practice di layout per posizionare i componenti sul progetto nella seconda parte della serie. Ora, nella terza parte, vedrete come tutti i preparativi che sono stati fatti finora aiuteranno a posizionare le connessioni di rete tra questi componenti posizionati.

Tuttavia, prima di completare il cablaggio, è meglio controllare il design e assicurarsi di essere pronti per il passaggio successivo:

Il database è stato configurato correttamente con lo stack layer approvato?

Sono state installate tutte le regole di progettazione e eventuali vincoli di cablaggio unici?

Sono tutti i componenti sulla scheda?

Il posizionamento dei componenti è ottimizzato per la migliore modalità di connessione?

Supponendo che tutti questi elementi siano stati completati, è possibile iniziare a tracciare il percorso.

Nove best practice per la progettazione di circuiti stampati

Ci sono molti tipi e stili diversi di tracce che devono essere instradate sul circuito stampato, e queste nove best practice copriranno la maggior parte dei metodi che utilizzerai:

Strumenti di routing: Il primo passo nel routing di un circuito stampato è assicurarsi di capire come utilizzare gli strumenti di progettazione che si sta utilizzando. Non è raro scoprire che i progettisti perdono tempo sulle attività di cablaggio manuale, perché non sanno che le funzioni di automazione nello strumento faranno meglio.

Routing di fuga: tutti i pin dei componenti ad alto numero di pin (come i chip BGA a 600 pin) devono essere instradati su vias in modo che possano essere collegati allo strato interno. In-pad vias e microvias sono solitamente utilizzati per il cablaggio di fuga, e tappi di bypass e altre piccole parti discrete collegate a questi stessi pin sono solitamente cablati allo stesso tempo.

Alimentazione elettrica: Utilizzare tracce corte e larghe per instradare i circuiti di alimentazione per contribuire a ridurre l'induttanza della traccia e controllare l'interferenza elettromagnetica (EMI) e il calore. Quando si instradano queste tracce o angoli arrotondati, è meglio utilizzare un angolo di 45 gradi. È meglio mantenere il cablaggio su uno strato ed evitare l'uso di vias, perché vias richiedono un posizionamento ottimale dei componenti di alimentazione.

Percorso del segnale: Nei circuiti ad alta velocità, il percorso del segnale è molto importante. È importante utilizzare brevi tracce dirette per collegare queste reti. Come l'alimentatore, questo dipende in gran parte dal posizionamento delle parti e lo schema dovrebbe essere utilizzato come guida per il posizionamento e il cablaggio.

Linee di trasmissione ad alta velocità: a causa della necessità di controllare l'energia delle linee di trasmissione, queste tracce devono essere instradate sullo strato interno immediatamente adiacente ai due strati del piano di riferimento o tra i due strati del piano di riferimento. Questa è chiamata configurazione microstrip o stripline layer ed è essenziale per fornire il percorso di ritorno del segnale più chiaro e diretto. Questo è importante anche quando si instradano linee di trasmissione senza attraversare piani separati, in quanto ciò può interrompere il percorso di ritorno del segnale, generando così un sacco di rumore inutile sulla scheda. Esistono molte forme di linee di trasmissione ad alta velocità. Gli strumenti CAD di progettazione PCB di solito hanno alcune funzioni integrate per instradare linee di impedenza controllate, coppie differenziali o segnali sensibili che richiedono una spaziatura aggiuntiva.

Routing bus: I circuiti digitali di solito hanno un gruppo di rete da instradare, chiamato bus. Questi bus sono solitamente linee di dati e indirizzi tra il processore e i componenti di memoria, quindi possono essere aggiunti vincoli di progettazione ad alta velocità. I bus dovrebbero essere instradati insieme in modo che la loro lunghezza corrisponda alla tempistica del segnale e alcuni sistemi CAD forniscono funzioni di instradamento automatico interattivo specializzate per queste reti insieme.

Routing analogico: il routing analogico dovrebbe essere isolato il più possibile dal routing digitale. Dovrebbe avere il proprio piano di riferimento separato per il ritorno del segnale per evitare che il rumore del segnale analogico inquina il circuito digitale.

Fili di alimentazione e di massa: I cavi di alimentazione e di massa devono essere larghi, specialmente per i circuiti con correnti più elevate. Ricordarsi di utilizzare un dissipatore di calore per il collegamento di perni passanti e componenti discreti per evitare squilibri termici durante la saldatura. Quando possibile, è meglio utilizzare un piano metallico solido e il piano di terra dovrebbe essere lontano da fessure, tagli e crepe per servire come un chiaro percorso di ritorno del segnale. Se è inevitabile utilizzare un piano diviso, assicurarsi che la divisione non si trovi nell'area del cablaggio ad alta velocità.

Pulizia: Questo è molto di più che rendere il routing pulito. In alcuni casi, come le tracce galleggianti, può influenzare l'integrità del segnale del circuito perché si comportano come se l'antenna stesse irradiando energia. Assicurati di utilizzare gli strumenti necessari per trovare e correggere eventuali problemi rimasti nel routing.

Queste nove best practice di layout PCB possono completare la maggior parte del routing di traccia richiesto nella progettazione PCB.