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Man mano che la complessità dei dispositivi che trasportano aumenta, la progettazione PCB diventa sempre più complessa. Per molto tempo, gli ingegneri di progettazione di circuiti hanno fatto la propria progettazione senza incidenti e quindi trasferiscono la progettazione completa del diagramma del circuito all'ingegnere di progettazione PCB. Dopo che l'ingegnere di progettazione PCB completa il suo lavoro in modo indipendente, trasferisce il file Gerber alla produzione di PCB. fabbrica. Il lavoro degli ingegneri di progettazione di circuiti, degli ingegneri di progettazione di PCB e dei produttori di PCB sono tutti isolati l'uno dall'altro e c'è poca comunicazione.
Il primo passo della progettazione PCB è nella fase concettuale. In questo momento, l'ingegnere di progettazione del circuito dovrebbe condurre una valutazione tecnica insieme all'ingegnere di progettazione del PCB. La valutazione dovrebbe prendere in considerazione le seguenti questioni:
1. Quali dispositivi vengono utilizzati?
2. Quale pacchetto viene utilizzato per il dispositivo? Qual è il numero di pin? Qual è la configurazione del pin?
3. Sulla base del trade-off di costo e prestazioni, quanti strati di PCB dovrebbero essere utilizzati?
4. Quali sono i valori target dei parametri quali la frequenza di clock e la velocità di segnalazione?
Inoltre, i progettisti dovrebbero anche considerare fattori come l'architettura bus, se utilizzare connessioni parallele o seriali e strategie di corrispondenza dell'impedenza. Quando l'impedenza non è abbinata, si verificheranno riflessi, squilli e altre interferenze indesiderate.
Per l'attuale progettazione PCB, è meglio fare tutto secondo le regole. In passato, era vincolato da problemi di produzione, ma ora, quando gli ingegneri cercano di ridurre le dimensioni del PCB e lo rendono ancora fabbricabile, tutto è soggetto a vincoli complessi. Sebbene i requisiti di progettazione possano causare molti vincoli, è anche importante non consentire che il progetto sia eccessivamente limitato. Rispetto alla semplice progettazione con vincoli, è più saggio imparare di più dalla simulazione e dall'analisi.
La simulazione è la chiave
Una volta progettato il circuito e disegnato lo schema, è il momento di eseguire la verifica funzionale, che di solito viene completata con strumenti di simulazione. Lo scopo della simulazione non è quello di sostituire la generazione fisica di prototipi, ma di evitare la generazione ripetuta di prototipi, perché la simulazione consente ai progettisti di scoprire difetti di progettazione che generalmente non possono essere scoperti fino a quando il prototipo è generato.
Nel processo di simulazione, varie topologie di progettazione possono essere provate e sostituite con dispositivi di diversi produttori per verificare il loro impatto sulle prestazioni del circuito. Tuttavia, nella simulazione, ci sono infiniti problemi con l'usabilità e la validità del modello. Attualmente, tutti i kit di progettazione PCB comunemente usati hanno librerie di modelli costose, ma può accadere che un particolare dispositivo non sia nella libreria più di una volta. Tuttavia, i fornitori di dispositivi generalmente risolvono questo problema lanciando modelli Spice sul loro sito web, quindi è una buona idea trovarli sul sito web del fornitore del dispositivo.
Limitazioni del cablaggio circuitale
Ma anche la simulazione basata su Spice ha dei limiti. Può generare segnali di simulazione idealizzati che non rappresentano necessariamente condizioni reali. Il segnale reale può avere rumore e cambi di fase che cambiano il realismo.
Realizzazione fisica
Dopo che i problemi di prestazioni sono stati eliminati attraverso la simulazione, il passo successivo è posizionare e instradare il circuito per generare un prototipo fisico. Il layout e il routing devono garantire che le prestazioni del circuito soddisfino i requisiti delle specifiche di progettazione e assicurino che la forma della scheda corrisponda ai parametri della forma di progettazione. In questo momento, sarà molto necessario collaborare con l'ingegnere meccanico.
Vincoli di progettazione
Ci sono molte sfide nel layout PCB, la principale delle quali è garantire che i vincoli siano soddisfatti. Questi vincoli vengono utilizzati per risolvere problemi di integrità del segnale, problemi di fabbricabilità, interferenze elettromagnetiche, effetti termici o una combinazione di questi problemi.
Oltre ai vincoli di progettazione, molti fattori legati alle attuali tecnologie specifiche dei dispositivi rendono il layout e il routing PCB più complicati. Ad esempio, tecnologie avanzate di imballaggio a semiconduttore come il chip-on-board (COB) possono rendere il routing estremamente complicato. L'attuale pacchetto ad alta densità può contenere più di 2.000 pin con un passo del pin inferiore a 0,65 mm. Questo tipo di pacchetto porterà grandi difficoltà a gestire I/O e velocità del segnale, e Escape Routing per questo tipo di pacchetto è anche un lavoro di alta competenza.
Il layout PCB e il routing dei dispositivi logici programmabili sono un'altra sfida. Alcuni kit di progettazione PCB di fascia alta (come i kit di progettazione PCB forniti da Altium e Mentor Graphics) possono essere strettamente collegati con gli strumenti di progettazione del fornitore FPGA e possono essere utilizzati per completare la progettazione integrata del FPGA e del PCB stesso.
In passato, la configurazione dei pin di grandi FPGA era generalmente completata dagli ingegneri di progettazione FPGA, ma il layout e il routing PCB non sono stati considerati troppo durante la configurazione. Le persone ora si rendono conto che gli FPGA con I/O programmabili sono la fonte di tracce dentro e fuori. È molto più facile cambiare l'FPGA per soddisfare il layout PCB piuttosto che cambiare il PCB per soddisfare le impostazioni I/O di FPGA.
Controllo finale
Il passo finale prima di prendere il layout PCB per la produzione è l'ispezione finale. L'integrità e la tempistica del segnale devono essere controllati per garantire che il segnale raggiunga la destinazione in tempo utile e disponga di sufficienti garanzie di qualità. In questo momento verranno rivelati conflitti di vincoli progettuali e questo deve essere valutato.
Al termine della progettazione del PCB, devono essere generati i dati di produzione, compresi tutti i documenti relativi alla produzione, all'assemblaggio e al collaudo. Durante tutto il processo di progettazione, ci deve essere una comunicazione sufficiente tra i membri del team di progettazione e il produttore per comprendere le capacità tecniche e le limitazioni del produttore. Inoltre, i dati di produzione devono essere verificati in modo che il progettista abbia l'ultima possibilità di trovare errori.
