PCB Tecnico - Strumenti di base necessari per la progettazione di circuiti stampati PCB

Che si tratti di costruire una casa o di costruire un PCB, è necessario utilizzare gli strumenti giusti nella cassetta degli attrezzi. Ogni progettista deve utilizzare strumenti CAD per il posizionamento dei componenti, ma anche software CAD a riga di comando può essere utilizzato per posizionare accuratamente i componenti. Poiché i moderni dispositivi elettronici diventano sempre più complessi a tutti i livelli, i progettisti hanno bisogno di strumenti che possano aiutare ad accelerare le attività di progettazione di base.

La scelta dello strumento di progettazione PCB giusto richiede la pesatura di molte opzioni potenziali. Ci sono molti pacchetti software sul mercato con funzioni diverse e nessuno ha il tempo di affrontare una prova gratuita di ogni pacchetto software. Alcune di queste piattaforme di progettazione utilizzano ancora lo stesso flusso di lavoro obsoleto utilizzato 20 anni fa. Con questo in mente, diamo un'occhiata ad alcuni strumenti di base di cui ogni progettista ha bisogno nel software di progettazione PCB.

Progettazione schematica e cattura

Lo schema elettronico è come la fondazione di una casa. Tutto ciò che è posizionato sul circuito stampato è basato su questo documento di base. Questo importante documento mostra i componenti necessari del circuito stampato, come collegare e la posizione delle connessioni di alimentazione e di terra. Utilizzando l'editor schematico corretto, puoi facilmente pianificare il layout e annotare la scheda.

L'uso dell'editor schematico può rendere il circuito organizzato, ma una volta che il design diventa più complesso, l'uso di un singolo schema può diventare difficile da gestire. Una volta che si iniziano a includere più funzioni nella scheda, è possibile mantenere l'organizzazione utilizzando schemi stratificati. Ciò consente di suddividere i componenti in diversi diagrammi schematici in base a come corrispondono ai blocchi funzionali e di definire una relazione genitore-figlio tra i diagrammi schematici.

Utilizzando lo strumento di progettazione PCB multicanale puoi non solo tenere organizzato, ma anche copiare facilmente i gruppi di componenti nel diagramma schematico gerarchico. Una volta che lo schema viene catturato come layout iniziale, questi gruppi ripetuti di parti vengono trasferiti alla nuova scheda. Quindi, è possibile avviare il cablaggio tra i componenti e posizionare connessioni di alimentazione e terra.

Il diagramma schematico stratificato può definire la relazione tra diversi blocchi nel PCB

Funzione di instradamento

Dopo aver catturato lo schema come layout iniziale, lo strumento CAD sarà in standby in qualsiasi momento per posizionare componenti e tracce di routing. Il routing è un compito chiave che definisce le connessioni fisiche tra i componenti della scheda. Con un design semplice, è facile disporre manualmente ogni connessione e controllare il layout secondo le regole di progettazione. Ma man mano che i circuiti stampati diventano più complessi e il numero di interconnessioni richieste aumenta, gli strumenti in grado di automatizzare il processo di routing possono risparmiare molto tempo.

L'argomento tra i vantaggi dei router automatici e dei router interattivi sembra essere eterno. Per i circuiti stampati semplici che non coinvolgono coppie differenziali, un gran numero di reti di segnale o il numero di vias sull'interconnessione, l'autorouter può comunque produrre un layout adatto. Si prega di notare che in questi casi, se è possibile definire una strategia di routing appropriata, l'autorouter produrrà un layout migliore.

Questo è dove il routing interattivo automatico diventa un importante strumento di progettazione PCB. Un routing interattivo automatico è l'aspetto migliore del routing automatico ibrido e del routing interattivo. È possibile definire manualmente waypoint sull'interconnessione per una determinata rete di segnale, e lo strumento instrada automaticamente le tracce nella rete tra i componenti sorgente, questi waypoint e i componenti di carico.

È più facile creare questo tipo di layout utilizzando un router interattivo automatico

Integrità del segnale e analisi della trasmissione di potenza

In termini di integrità del segnale, la velocità di commutazione dei moderni IC digitali è abbastanza veloce da garantire che il segnale rimanga pulito è diventata una considerazione importante per quasi tutti i progettisti. Garantire l'integrità del segnale richiede davvero la progettazione dello stack di strati, della geometria di traccia e del piano di terra corretti per l'applicazione specifica. Tutti questi sono i compiti di CAD, routing e board design tools.

Se si utilizza il pacchetto di integrità del segnale corretto, è possibile controllare le forme d'onda di riflessione e crosstalk in reti diverse. Questo aiuta a determinare quando è necessaria la terminazione e quale rete corrispondente dovrebbe essere utilizzata nelle diverse tracce.

In termini di trasmissione di potenza e gestione termica, l'analizzatore di rete di trasmissione di potenza (PDNA) può essere utilizzato per determinare la perdita IR di tutti i piani di traccia, potenza e terra e vias. PDNA dovrebbe utilizzare un formato di uscita intuitivo per produrre risultati di tensione e densità di corrente. Lo strumento migliore mostrerà una mappa a colori interattiva che può controllare visivamente la scheda per potenziali problemi termici dell'alimentazione elettrica e eccessiva caduta IR.

La mappa dei colori mostra la trasmissione di potenza dell'intero PCB

Strumento di progettazione PCB basato su motore guidato da regole

Forse la parte più importante della progettazione PCB è garantire che il design sia conforme alle regole di progettazione di base. Quando si crea un layout, la funzione di progettazione dovrebbe controllare i dati di progettazione rispetto a queste regole per identificare rapidamente i problemi e apportare correzioni se necessario. Le regole di progettazione possono anche limitare la funzionalità del CAD e delle funzioni di routing e rispettare importanti standard di progettazione.

Altri pacchetti di progettazione PCB dividono queste importanti funzioni in programmi diversi, costringendo i dati ad essere esportati e reimportati quando si spostano tra i programmi. Quando la nuova versione sarà rilasciata, dovrà essere escogitata una soluzione complicata e c'è il rischio reale che i vecchi dati diventino improvvisamente inaccessibili. Il flusso di lavoro e l'interfaccia in questo ambiente sono incoerenti negli strumenti di progettazione, che possono aumentare la curva di apprendimento e ridurre l'efficienza di progettazione.