Conceptos del Proceso de Diseño de PCB

¿Alguna vez has visto una obra maestra arquitectónica como el puente Golden Gate o quizás un edificio histórico como la Catedral de Notre Dame en París? ¿Te has preguntado cómo se les ocurrió esa idea y cómo la llevaron a cabo? Unas pocas palabras vienen a la mente: Planificación, planificación y ajuste.

El diseño de PCB y paquetes SOC es algo así, lo que significa que realmente es un rompecabezas de partes, interfaces de circuito, planos de potencia, miles de señales, transiciones de vías y muchas reglas de diseño que necesitan unirse y funcionar eléctricamente de manera sólida, tener el rendimiento requerido, y también ser capaces de trabajar con las limitaciones y restricciones de los factores de forma mecánicos.

Los Bloques de Construcción del Diseño de PCB

La importancia de seguir una buena lista de verificación de entrada

Tener una lista de verificación de entrada hace que el ingeniero piense y crea una forma de comunicación que está documentada y básicamente pone las cosas en marcha. La lista puede definir muchas cosas y nos da un punto de partida para comenzar nuestro viaje de Diseño de PCB. También es un momento para que el ingeniero reflexione sobre lo que está buscando en el diseño. Hasta ahora, el ingeniero está pensando eléctricamente en la mayoría de los casos, habiendo estado sumergido en esquemas y búsqueda de partes (esperemos), ahora es el momento de empezar a pensar en físico, LOL. Es decir, empezar a pensar en cómo fluirán los electrones en un PCB y qué se requiere.

Tengo una lista de verificación que uso y contiene lo básico. Cuantos más diseños hagas, más esto se convierte en memoria muscular. Si eres el ingeniero que hace el diseño, más tu mente se inclinará a pensar ahora como un Diseñador de PCB. Por ejemplo, ahora puedes pensar más en términos de designadores de referencia en lugar de números de parte. Es al principio cuando harías un estudio de factibilidad y la lista de verificación de entradas inicia esa fase. Los elementos básicos necesarios son BOM, entrada mecánica, Reglas de Enrutamiento/Diseño, grosor total, requisitos de impedancia y las partes de menor paso a considerar para ayudar a definir las estructuras de vía requeridas, hacer el Cálculo BGA.

Colaboraciones mecánicas – restricciones de espacio y altura

Colaborar con MCAD es esencial para iniciar un proyecto. Es importante estar en la misma página con respecto a los requisitos mecánicos desde el principio. El grosor total de la placa, la ubicación/rotación de los conectores, las restricciones de colocación y los orificios de montaje deben definirse con precisión y considerarse desde el inicio del diseño de PCB. Esta es la base del edificio que estás a punto de construir. El marco son las restricciones físicas y las dimensiones disponibles para ajustar el diseño, por lo que puedes ver que la precisión es crítica para el éxito del diseño. He visto en el pasado, un contorno de placa mecánica proveniente de MCAD mostrando la vista inferior y entrando en ECad como vista superior. Esto afectará la colocación de las partes, no hagas esto. Asegúrate de que tus vistas sean correctas y siempre que sea posible comparte archivos .idf o .idx e incluye los mismos archivos de modelo de paso si tienes esa capacidad. Esto asegurará una colaboración exitosa con MCAD. Además, puede ser el momento de negociar dónde se pueden mover los orificios de montaje de los disipadores de calor, pero la colocación de las partes también dictará limitaciones. Si por ejemplo, se sugiere colocar tu BGA de alto conteo de pines en la esquina, y está completamente poblado con señales, ahora es el momento de resistir porque te quedarás intentando enrutar desde una esquina y necesitarás más capas de señal.

La importancia de las reglas de enrutamiento

Las reglas de enrutamiento o diseño son las que mantienen el diseño de PCB bajo control. A menudo me refiero a las reglas documentadas como las vías por las que debe rodar un tren. Con reglas definidas en un documento en lugar de en muchos correos electrónicos que cambian diariamente o cada hora, y difíciles de seguir, es muy fácil desviarse y olvidar o pasar por alto elementos que son críticos para el rendimiento del diseño, y permite que el Diseñador de PCB comunique como uno solo y proporciona documentación legada. La idea de las reglas en forma de documento es lo que se utiliza para poblar reglas en herramientas CAD, a menudo referidas como restricciones o reglas de diseño, a las que el diseño debe adherirse. Esto incluye reglas físicas y eléctricas que el diseño seguirá para cumplir con los requisitos de temporización, ruido y fabricación.

Enrutamiento de alta velocidad y simulaciones - Conceptos de entrega de energía

Ahora que el diseño está empezando a tomar forma, las reglas están establecidas, y se están definiendo la colocación y los planos de alimentación, es un buen momento para organizar las interfaces más críticas y los circuitos de alta velocidad más desafiantes si existen en tu diseño. Es una buena idea tener en mente un apilado que funcione para todo el diseño. Usando un tamaño de vía estándar y tratando de lograr una buena relación de aspecto de rendimiento, es momento de probar ese circuito, colocar y enrutar, luego simular. Sí, simular ahora una vez que las redes críticas están enrutadas solo para ver si cumples con los requisitos para un rendimiento óptimo. Es en este punto cuando podrías descubrir que necesitas tener un apilado diferente o configuraciones de vía. Por ejemplo, si estás intentando alcanzar 12GBPS, y estás usando una vía pasante en una placa de 18 capas con un grosor de .093 pulgadas, podrías encontrar que los stubs de las vías están causando demasiada reflexión para lograr el rendimiento. Puede que necesites considerar otra opción como vías ciegas y enterradas o taladrado posterior o diferentes apilados de placa y opciones de interfaz.

Los cuatro pasos que describo arriba deberían proporcionar los pilares para construir con éxito un marco para un diseño de PCB exitoso. Mi experiencia siguiendo estos pasos ha ayudado a producir resultados consistentes. Creo que es importante establecer primero el marco. ¿Los siguientes pasos, fue exitosa la simulación? ¿Necesitaste cambiar la configuración de la placa de diseño de PCB o quizás las estructuras de vía o los tamaños de vía o los materiales de fabricación con menor Dk y menor pérdida? Puedes aprender mucho de las simulaciones y eso ayudará a allanar el camino a seguir.

Todos estos elementos deberían resolverse una vez que se hayan realizado las simulaciones o cálculos y después de la sintonización/ruteo crítico inicial de interfaces de alta velocidad. Entonces, si todo funciona, ¿cuál es el siguiente paso en el proceso? ¿A dónde vamos desde aquí? ¿Confirmar el apilado? ¿Organización del diseño?

Eso es lo que discutiré en la Parte 2:

• Definición de apilado por tecnología - Objetivos de anchos de traza
• Organizar tus redes y restricciones y reglas de clase a clase y sobre restricción.
• Planificación del suelo según las reglas de diseño
• El uso de patrones/colocación de vías para la transición y planificación del ruteo
• Diseño de chips SOC de nivel avanzado y cómo planificar para el Diseño de PCB usando un SIP o SOC.

Gracias por su atención. Terminaré aquí y estoy abierto a sus comentarios y retroalimentación.

Feliz diseño de PCB…