Concepts du processus de conception de PCB

Avez-vous déjà vu un chef-d'œuvre architectural comme le pont du Golden Gate ou peut-être un bâtiment historique comme la cathédrale Notre-Dame de Paris ? Vous êtes-vous alors demandé comment ils ont eu cette idée et comment ils l'ont exécutée ? Quelques mots viennent à l'esprit : Planification, planification et ajustement.

La conception de PCB et de SOC Package est en quelque sorte similaire, ce qui signifie qu'elle est véritablement un puzzle de pièces, d'interfaces de circuits, de plans d'alimentation, de milliers de signaux, de transitions de vias et de nombreuses règles de conception qui doivent s'assembler et fonctionner de manière électriquement fiable, avoir les performances requises, et aussi être capables de travailler avec les contraintes et limitations des facteurs de forme mécaniques.

Les Blocs de Construction de la Conception de PCB

L'importance de suivre une bonne liste de vérification des entrées

Disposer d'une liste de vérification initiale amène l'ingénieur à réfléchir et crée une forme de communication qui est documentée et qui, en gros, lance le processus. La liste peut définir de nombreuses choses et nous donne un point de départ pour commencer notre voyage de conception de PCB. C'est également le moment pour l'ingénieur de réfléchir à ce qu'il recherche dans la conception. Jusqu'à présent, l'ingénieur pense principalement en termes électriques dans la plupart des cas, ayant été plongé dans les schémas et la recherche de composants (espérons-le), c'est maintenant le moment de commencer à penser physique, LOL. Autrement dit, commencer à réfléchir à la manière dont les électrons vont circuler sur un PCB et ce qui est nécessaire.

J'ai une liste de vérification que j'utilise et elle contient les bases. Plus vous réalisez de conceptions, plus cela devient un réflexe. Si vous êtes l'ingénieur qui fait la mise en page, plus votre esprit va s'adapter pour maintenant penser comme un concepteur de PCB. Par exemple, vous pouvez maintenant penser davantage en termes de désignateurs de référence plutôt que de numéros de pièces. C'est au début que vous feriez une étude de faisabilité et la liste de vérification initiale lance cette phase. Les éléments de base nécessaires sont le BOM, les entrées mécaniques, les règles de routage/conception, l'épaisseur globale, les exigences d'impédance et les composants à pas le plus petit à considérer pour aider à définir les structures de via nécessaires, faire les calculs BGA.

Collaborations mécaniques – zones interdites et restrictions de hauteur

Collaborer avec MCAD est essentiel pour démarrer un projet. Il est important d'être sur la même longueur d'onde concernant les exigences mécaniques dès le début. L'épaisseur globale de la carte, l'emplacement/la rotation des connecteurs, les zones à éviter pour le placement et les trous de montage doivent être définis précisément et pris en compte dès le début de la conception du PCB. Cela constitue les fondations du bâtiment que vous êtes sur le point de construire. Le cadre est constitué des contraintes physiques et des dimensions disponibles pour adapter la conception, donc vous pouvez voir que la précision est critique pour le succès de la conception. J'ai vu par le passé, un contour de carte mécanique provenant de MCAD montrant une vue de dessous et entrant dans ECad comme une vue de dessus. Cela affectera le placement des composants, ne faites pas cela. Assurez-vous que vos vues sont correctes et, dans la mesure du possible, partagez des fichiers .idf ou .idx et incluez les mêmes fichiers de modèle step si vous en avez la possibilité. Cela garantira une collaboration MCAD réussie. De plus, il peut être temps de négocier où les trous de montage des dissipateurs thermiques peuvent être déplacés, mais le placement des composants dictera également les limitations. Si par exemple, il est suggéré de placer votre BGA à haut nombre de broches dans le coin, et qu'il est entièrement peuplé de signaux, c'est maintenant le moment de résister car vous serez coincé en essayant de router à partir d'un coin et aurez besoin de plus de couches de signaux.

L'importance des règles de routage

Les règles de routage ou de conception sont ce qui maintient la conception du PCB en ordre. Je fais souvent référence aux règles documentées comme aux rails sur lesquels un train doit rouler. Avec des règles définies dans un document plutôt que dans de nombreux emails qui changent quotidiennement ou horairement, et difficiles à suivre, il est très facile de dévier et d'oublier ou de manquer des éléments critiques pour la performance de la conception, et permet au concepteur de PCB de communiquer d'une seule voix et fournit une documentation héritée. L'idée des règles sous forme de document est ce qui est utilisé pour peupler les règles dans les outils de CAO, souvent référées comme des contraintes ou des règles de conception, auxquelles la conception doit adhérer. Cela inclut les règles physiques et électriques que la conception suivra afin de répondre aux exigences de timing, de bruit et de fabrication.

Le routage à haute vitesse et les simulations - Concepts de livraison de puissance

Maintenant que la conception commence à prendre forme, que les règles sont en place, et que le placement et les plans d'alimentation sont définis, c'est le bon moment pour organiser les interfaces les plus critiques et les circuits à haute vitesse les plus difficiles s'ils existent dans votre conception. C'est une bonne idée d'avoir en tête un empilement qui fonctionne pour l'ensemble de la conception. En utilisant une taille de via standard et en essayant d'atteindre un bon rapport de rendement, il est temps de tester ce circuit, de placer et de router, puis de simuler. Oui, simuler maintenant une fois que les réseaux critiques sont routés juste pour voir si vous répondez aux exigences pour une performance optimale. C'est à ce moment-là que vous pourriez découvrir que vous avez besoin d'un empilement différent ou de configurations de via. Par exemple, si vous essayez d'atteindre 12GBPS, et que vous utilisez un via traversant sur une carte de 18 couches d'une épaisseur de .093, vous pourriez trouver que les stubs de via causent trop de réflexions pour atteindre la performance. Vous pourriez devoir envisager une autre option comme les vias aveugles et enterrés ou le forage arrière ou un empilement de carte différent et des choix d'interface.

Les quatre étapes que je décris ci-dessus devraient fournir les pierres angulaires pour construire avec succès un cadre pour une conception de PCB réussie. Suivre ces étapes m'a aidé à produire des résultats constants. Je pense qu'il est important d'établir d'abord le cadre. Les étapes suivantes, la simulation a-t-elle été réussie ? Avez-vous besoin de changer la configuration du circuit imprimé ou peut-être les structures de via ou les tailles de via ou les matériaux de fabrication avec un Dk plus faible et une perte plus faible ? Vous pouvez apprendre beaucoup des simulations et cela aidera à préparer le chemin à suivre.

Tous ces éléments devraient ressortir une fois les simulations ou les calculs effectués et après le routage/tuning initial critique des interfaces à haute vitesse. Alors, si tout fonctionne, quelle est la prochaine étape dans le processus ? Où allons-nous à partir d'ici ? Confirmer le stackup ? Organisation de la conception ?

C'est ce dont je discuterai dans la Partie 2 :

• Définition du stackup par technologie - Objectifs de largeurs de traces
• Organiser vos réseaux et contraintes et règles de classe à classe et sur-contraindre.
• Planification d'étage selon les règles de conception
• L'utilisation de motifs de via/placement pour la transition et la planification du routage
• Conception de puce SOC de niveau avancé et comment planifier pour la conception de PCB en utilisant un SIP ou SOC.

Merci de votre attention. Je vais m'arrêter ici et je suis ouvert à vos commentaires et retours.

Bonne conception de PCB…