El mejor sistema de reglas de diseño de PCB mantiene tu placa libre de errores

El software ECAD mantiene a los diseñadores dentro de los parámetros correctos al aplicar reglas y restricciones de diseño de PCB en las herramientas de diseño y trazado. Es responsabilidad del diseñador de PCB crear reglas de diseño para cualquier diseño nuevo, con el objetivo final de garantizar la funcionalidad y la fabricabilidad. Con el tiempo, los principales proveedores de software ECAD han desarrollado dos formatos para definir reglas de diseño de PCB: un sistema de entrada basado en categorías y un sistema basado en matrices para definir restricciones.

Cualquiera de los dos formatos es válido y puede producir exactamente los mismos resultados; la elección entre definiciones de reglas de diseño basadas en categorías o en restricciones depende, en última instancia, de la preferencia personal. Independientemente de cuál de estos mecanismos elija usar, seleccione el paquete de software de diseño de PCB que le brinde la flexibilidad necesaria para controlar por completo las definiciones de sus reglas de diseño de PCB.

¿De dónde provienen las reglas de diseño de PCB?

¿Cuáles son los factores que impulsan las reglas de diseño de PCB y por qué son importantes? Las reglas de diseño de PCB se definen en función de algunos requisitos posibles:

• Restricciones de fabricabilidad
• Restricciones de ensamblaje
• Requisitos de integridad de señal
• Requisitos de EMI/EMC
• Definidas como habilitadoras para el diseño de RF

Esto es solo una muestra de las áreas donde surgen las reglas de diseño. Tenga en cuenta que las reglas de diseño de PCB no se basan en una funcionalidad eléctrica simple. En cambio, la mayoría de las reglas y restricciones de diseño de PCB se definen en función de los requisitos de fabricación. Si una placa no puede fabricarse, entonces no tiene sentido diseñarla; por lo tanto, las reglas de diseño para fabricación (DFM) son algunas de las reglas de diseño de PCB más básicas en el contenido técnico de la industria.

Reglas de diseño de PCB frente a restricciones

Algunos programas de diseño de PCB usan el término "reglas", mientras que otros usan el término "restricciones". La realidad es que hay muy poca diferencia entre una regla de diseño y una restricción de diseño; la diferencia entre ambas es simplemente el vocabulario que los distintos proveedores de software eligen utilizar. Los dos términos se usan específicamente en referencia a la interfaz de usuario para crear reglas de diseño de PCB en software ECAD.

Teniendo esto en cuenta, los proveedores de software de diseño de PCB tienden a establecer la distinción entre una regla y una restricción de la siguiente manera:

• Una regla de diseño normalmente se define dentro de un sistema basado en categorías, donde las reglas individuales se organizan en categorías jerárquicas (como Routing, Manufacturing, Electrical y Placement). Cada regla se configura con definiciones de alcance que determinan a qué objetos o redes se aplica, y los valores se introducen mediante cuadros de diálogo de configuración dedicados. Las reglas pueden priorizarse para que las más específicas anulen los valores predeterminados generales.
• Una restricción de diseño normalmente se define dentro de un sistema basado en matrices o tablas, donde los valores se introducen directamente en celdas ubicadas en la intersección de clases de red, capas o tipos de objeto. Este enfoque presenta todos los valores de restricción en una única vista similar a una hoja de cálculo, lo que facilita comparar valores entre múltiples redes o clases al mismo tiempo.

En la práctica, ambos enfoques aplican las mismas verificaciones geométricas y eléctricas durante la comprobación de reglas de diseño (DRC). La distinción es puramente una cuestión de preferencia de flujo de trabajo: las reglas basadas en categorías ofrecen una lógica detallada de alcance y priorización, mientras que las restricciones basadas en matrices ofrecen comparación visual rápida y edición masiva en todo el diseño.

Altium Designer es único en el sentido de que es la única plataforma de software de diseño de PCB que permite a los usuarios especificar por completo sus requisitos de diseño y fabricación ya sea como reglas de diseño o como restricciones de diseño. El método principal utiliza el PCB Rules and Constraints Editor basado en categorías, donde todas las categorías de reglas de diseño compatibles se enumeran jerárquicamente. Cada regla se configura individualmente con una definición de alcance que determina a qué objetos, redes o clases de red se aplica.

PCB Rules and Constraints Editor en Altium Designer

Altium Designer también proporciona un administrador de restricciones que utiliza un enfoque basado en matrices para especificar los requisitos de diseño. Esta interfaz presenta todas las restricciones de diseño en un formato tabular tipo hoja de cálculo que resultará inmediatamente familiar para los usuarios de otras plataformas de software ECAD, incluidas plataformas heredadas como Cadence Allegro y Mentor Graphics. La vista matricial permite a los diseñadores ver todos los valores de restricción simultáneamente, comparar la configuración entre clases de red de un vistazo y realizar ediciones masivas sin tener que navegar por cuadros de diálogo de reglas individuales.

Constraint Manager en Altium Designer

Con cualquiera de los dos enfoques, los diseñadores obtienen control total sobre las especificaciones de su diseño, y esto ayudará a prevenir muchos de los problemas más simples que pueden provocar defectos en la fabricación. Para acceder a las principales reglas de diseño en cualquiera de los dos enfoques, la siguiente tabla ofrece instrucciones de referencia útiles y detalles de acceso. Siga estas instrucciones o consulte la documentación de Altium para obtener más información.

Tipos y categorías de reglas de diseño de PCB

Las principales reglas de diseño para cualquier diseño nuevo pueden determinarse en función de la especificación del producto y de las capacidades del fabricante de la placa de circuito. Es posible que algunos valores de reglas de diseño deban calcularse manualmente, en función de varios factores posibles:

• Recomendaciones u objetivos de rendimiento en ciertas normas de la industria
• Directamente a partir de las declaraciones de capacidad de la casa de fabricación de PCB
• Restricciones mecánicas, como las derivadas de la carcasa de un dispositivo
• Restricciones de integridad de señal, como impedancia o separación entre pistas
• Requisitos de integridad de potencia, como los derivados de cálculos del tamaño mínimo de carriles de cobre

Los valores simples de reglas de diseño pueden introducirse numéricamente, especialmente en el caso de un enfoque de gestión de restricciones con una matriz numérica. Los más comunes son los valores de separación entre elementos de cobre, componentes, elementos mecánicos, orificios perforados, ranuras y el borde de la PCB.

La siguiente tabla ofrece un resumen de las reglas de diseño de PCB más comunes que se aplican a casi todos los proyectos. Estas reglas abarcan múltiples categorías (routing, fabricabilidad, etc.) y constituyen una lista de verificación útil para la definición de reglas en un proyecto nuevo.

Comprobaciones de reglas de diseño de PCB (DRC)

Las comprobaciones de reglas de diseño de PCB se ejecutan automáticamente (en línea) y como grupos (por lotes) para garantizar que las características de una PCB cumplan con sus reglas y restricciones de diseño. Las comprobaciones en línea señalarán errores a medida que cree el diseño de la PCB, mientras que las comprobaciones por lotes se ejecutan con respecto a todas las reglas de diseño relevantes de la PCB.

Una vez que se informan las infracciones, el diseñador deberá priorizar algunas de ellas para corregirlas, lo que dará lugar a cambios en el diseño de la PCB. El objetivo en cualquier diseño es llegar a cero infracciones de DRC, y esto a menudo requiere cierta cantidad de cambios en el diseño de la PCB después de ejecutar el DRC inicial.

El proceso de reducir las infracciones de DRC a cero implica actualizar cuidadosamente el diseño de la PCB para eliminar esos errores, a menudo realizando muchos ajustes menores en el diseño hasta resolverlos. Lo más frecuente es que estos errores impliquen ligeros cambios de posición en varios objetos del diseño de la PCB, o posiblemente algún retrazado de pistas o actualizaciones en el dibujo de polígonos. Al final de este proceso, el diseñador produce un diseño de PCB completamente depurado que se ajusta a las restricciones definidas al comienzo del proyecto.

¿Cero DRC = cero defectos?

La respuesta a esta pregunta es un rotundo “no”.

Esto se debe a que existen muchas causas de defectos que están fuera del control del diseñador o que no se ven afectadas por el diseño de la PCB. Por ejemplo, el diseño y el procesamiento del stackup pueden influir en los defectos de fabricación en ciertos diseños, a pesar de que el diseño de la PCB no contenga ningún DRC. Garantizar que un diseño esté libre de defectos va mucho más allá del diseño de la PCB y requiere una comprensión integral del diseño de PCB, desde el stackup hasta la especificación de los planos maestros para la fabricación.

Para obtener más información sobre algunas causas comunes de defectos más allá del diseño de la PCB, vea el siguiente video. Compruebe si puede identificar cuáles de estos problemas pueden verse influidos por las decisiones tomadas en el diseño de la PCB y por la definición de reglas/restricciones de diseño en su software ECAD.

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Preguntas frecuentes

¿De dónde provienen las reglas de diseño de PCB en un nuevo proyecto de PCB?

Las reglas de diseño de PCB provienen de los límites de fabricación, los requisitos de ensamblaje, los objetivos de SI/PI, las necesidades de EMI/EMC, las restricciones de RF y los requisitos mecánicos. Muchas reglas básicas, como el ancho de pista, la separación, el tamaño de perforación, el anillo anular y la expansión de la máscara de soldadura, provienen directamente de las capacidades del fabricante.

¿Cuál es la diferencia entre las reglas de diseño de PCB y las restricciones de diseño de PCB?

La diferencia es principalmente de flujo de trabajo. Las reglas suelen configurarse en editores basados en categorías, mientras que las restricciones suelen introducirse en tablas o matrices. Ambas pueden aplicar los mismos requisitos de diseño durante el DRC.

¿Son mejores las reglas de diseño basadas en categorías que las restricciones basadas en matrices?

No. Las reglas basadas en categorías son mejores para una definición detallada del alcance y las prioridades, mientras que las restricciones basadas en matrices son mejores para la comparación y la edición masiva. La mejor opción depende del diseño y del flujo de trabajo del diseñador.

¿Qué verifica realmente una comprobación de reglas de diseño de PCB?

El DRC verifica si el diseño cumple las reglas y restricciones definidas. Puede señalar infracciones relacionadas con separación, ancho, tamaño de orificio, anillo anular, máscara de soldadura, espaciado entre componentes y enrutamiento de alta velocidad.

¿Superar el DRC significa que una PCB tendrá cero defectos de fabricación?

No. Superar el DRC solo significa que el diseño cumple las reglas que se definieron. Los defectos aún pueden deberse a elecciones de stackup, variaciones de fabricación, documentación deficiente, problemas de ensamblaje o valores de reglas incorrectos.