10 semplici passaggi per progettare un circuito stampato dalla A alla Z in Altium Designer

Non è facile capire come progettare un circuito stampato. Altri ingegneri si sono impegnati ad apprendere l’arte della progettazione PCB: approfittate della loro esperienza. Se siete alle prime armi con la progettazione di PCB e state familiarizzando con Altium Designer^®, abbiamo raccolto 10 passaggi importanti che potete seguire per creare layout di circuiti stampati (PCB) moderni adatti a praticamente tutte le applicazioni.

Una progettazione ingegneristica comprende tanti aspetti. Qualsiasi nuovo dispositivo elettronico nasce come un diagramma a blocchi e/o un set di schematici elettronici. Una volta che i vostri schematici sono terminati e validati, potete seguire i passaggi qui sotto per creare layout PCB moderni in Altium Designer. Ecco un elenco completo dei passaggi di progettazione e layout di PCB:

1. Creazione dello schematico

2. Creazione di un layout PCB vuoto

3. Acquisizione dello schematico per progettare un circuito stampato: collegamento al PCB

4. Progettazione dello stackup PCB

5. Definizione delle regolee dei requisiti DFM per progettare un circuito stampato

6. Posizionamento dei componenti della scheda elettronica

7. Inserimento dei fori

8. Instradamento delle tracce

9. Aggiunta di etichette e identificatori

10. Generazione di file di progettazione

Come progettare un circuito stampato in 10 passaggi

Talvolta, quando si progetta una scheda elettronica arrivare alla progettazione finale può sembrare un viaggio lungo e arduo. Che si tratti delle basi della microgestione di rame e saldatura, o di assicurarsi che la scheda stampata sia effettivamente stampata alla fine del percorso o di affrontare problemi di progettazione più specifici come la tecnologia through-hole o la progettazione del layout con vie, pad e qualsivoglia problematica relativa all’integrità del segnale, vorrete essere certi di disporre del software di progettazione giusto.

Se lo fate da anni, non avete bisogno che vi dica quanto sia importante sapere che il vostro software di progettazione sia in grado di progettare correttamente le schede stampate. Disporre le tracce per l’instradamento e il posizionamento del rame o gestire i componenti di una scheda elettronica e lo strato necessario per la saldature può essere arduo senza un’integrazione accurata e affidabile dall’acquisizione degli schematici al layout.

Se è il vostro primo rodeo o state appena iniziando la vostra carriera nella progettazione di PCB, scoprirete che l’attenzione di Altium Designer sull’esperienza utente vi premia con un ambiente di progettazione pensato fin dall’inizio per consentirvi di spostarvi con facilità e affidabilità dovunque vogliate nella vostra progettazione senza il rischio di avere iterazioni diverse del file di progettazione.  

Passaggio 1: Creazione dello schematico

Che stiate partendo da un modello o da zero per progettare un circuito stampato, la cosa migliore da fare è iniziare con lo schematico. Il vostro schematico è simile ai piani per il vostro nuovo dispositivo ed è importante capire cosa viene visualizzato negli schematici. Gli schematici vi mostrano innanzitutto quanto segue:

• I componenti usati nella vostra progettazione

• Il modo in cui i componenti di una scheda elettronica sono collegati tra loro

• I rapporti tra gruppi di componenti nei diversi schematici

L’ultimo punto è piuttosto importante, poiché le progettazioni complesse possono usare schematici gerarchici. Potete applicare una notevole organizzazione nella vostra nuova scheda se adottate un approccio gerarchico alla vostra progettazione e posizionate blocchi di circuito diversi in schematici diversi. Potete scoprire di più sul valore di schematici ben progettati dalle parole di Carl Schattke nell’OnTrack Podcast.

_{Editor di schematici, per progettare un circuito stampato in Altium Designer}

Non è solo più semplice definire e modificare l’interconnettività del circuito, ma anche convertire uno schematico in un layout della scheda è più facile che progettarlo direttamente sulla scheda. Altium Designer vanta un esteso database di librerie delle parti per i componenti. In aggiunta, è possibile usare Altium Vault, che consente di accedere a migliaia di librerie di componenti e di rendere più flessibile la gestione del progetto e lo sviluppo del prodotto. Potete anche, tuttavia, progettare simboli degli schematici personalizzati e creare impronte dei componenti di una scheda elettronica. Oppure, se volete che altri si occupino della creazione della vostra parte, provate il servizio EE Concierge di Altium.

Passaggio 2: Creazione di un layout PCB vuoto

Dopo aver realizzato il vostro schematico, dovrete usare lo strumento di acquisizione schematici in Altium Designer per iniziare a creare il vostro layout PCB. Prima di farlo, dovrete creare un documento PCB vuoto. Per creare una scheda occorre generare un file PcbDoc. Per farlo è sufficiente aprire il menu principale in Altium Designer, come mostrato qui sotto. 

_{Primi passi per progettare un circuito stampato in Altium}

Se la forma, le dimensioni e la sequenza degli strati del PCB per la vostra scheda sono già state determinate, potete configurarle in questo momento. Se non volete farlo, non agitatevi, la forma, le dimensioni e la sequenza degli strati della vostra scheda (vedere il passaggio 4 qui sotto) possono essere modificate successivamente. Le informazioni sullo schematico sono messe a disposizione del PcbDoc mediante la compilazione dell’SchDoc. Il processo di compilazione include la verifica della progettazione e della generazione di numerosi documenti del progetto che vi consentono di ispezionare e correggere la progettazione prima di trasferirla al PcbDoc, come mostrato di seguito.  Vi consigliamo di rivedere e aggiornare le Opzioni del progetto, che vengono usate per creare le informazioni del PcbDoc, a questo punto. 

_{Opzioni del progetto per la conversione in PCB}

Passaggio 3: Acquisizione dello schematico per progettare un circuito stampato: collegamento al PCB

Tutti gli strumenti in Altium Designer operano in un ambiente di progettazione unificato, in cui lo schematico, il PCB e il BOM sono interconnessi e accessibili simultaneamente. Altri programmi vi forzano a compilare manualmente i dati relativi allo schematico; Altium Design lo fa automaticamente durante la creazione della progettazione. Per trasferire le informazioni SchDoc nel PcbDoc appena creato, cliccate su Design (Progettazione) » Update PCB (Aggiorna PCB) {Nome file del nuovo PCB}.PcbDoc. Una finestra di dialogo Engineering Change Order (ECO) (Ordine di modifica tecnica) si apre elencando tutti i componenti e le reti dello schematico, in maniera simile a quanto mostrato qui sotto.

_{Esempio di un Ordine di modifica tecnica che mostra reti e componenti della scheda elettronica}

Verificate le modifiche (aggiunta di informazioni SchDoc al progetto senza errore) cliccando sulla scheda Validate Changes (Convalida modifiche). Se lo stato per tutti gli elementi è verde, cliccate sulla scheda Execute Changes (Esegui modifiche). Per completare il processo, chiudete la finestra di dialogo.

Passaggio 4: Progettazione dello stackup PCB

Quando trasferite le informazioni sullo schematico nel PcbDoc, le impronte del componente sono mostrate in aggiunta al confine della scheda specificato. Prima di posizionare i componenti della scheda elettronica, dovete definire il layout PCB (cioè forma, sequenza degli strati) usando lo strumento di gestione della sequenza degli strati, mostrato qui sotto.

Se siete appena entrati nel mondo della progettazione di PCB, la maggior parte delle progettazioni moderne inizia con una scheda a 4 strati su FR4, sebbene in Altium Designer sia possibile definire tutti gli strati desiderati. Potete anche approfittare della Libreria della sequenza dei materiali; ciò vi consente di scegliere tra una gamma di laminati diversi e materiali specifici per la vostra scheda.

_{Definizione della sequenza degli strati per progettare un circuito stampato}

Se volete progettare un circuito stampato ad alta velocità/frequenza, potete usare il profiler dell’impedenza integrato per garantire il controllo dell’impedenza nella scheda. Lo strumento del profilo dell’impedenza usa un risolutore di campo elettromagnetico integrato di Simberian per progettare la geometria delle tracce in modo da soddisfare un valore di impedenza di destinazione.

_{Definizione di un profilo di impedenza per l’instradamento, per progettare un circuito stampato  ad alta velocità}

Passaggio 5: Definizione delle regole e dei requisiti DFM per progettare un circuito stampato

Il numero di categorie di regole di progettazione PCB è esteso e potrebbe non essere necessario usare tutte queste regole disponibili per ogni progettazione. Potete selezionare/deselezionare le singole regole facendo clic con il tasto destro del mouse sulla regola in questione dall’elenco nell’Editor delle regole e dei vincoli del PCB, qui sotto.

_{Editor delle regole e dei vincoli del PCB in Altium Designer}

Le regole che adottate, specialmente per la produzione, devono essere in linea con le specifiche e le tolleranze dell’attrezzatura del produttore di PCB. Le progettazioni avanzate, come le progettazioni controllate dell’impedenza e una serie di progettazioni ad alta velocità/frequenza, possono richiedere regole di molto specifiche che devono essere seguite al fine di assicurarvi di progettare un circuito stampato che funzioni correttamente. Controllate sempre le schede dati dei componenti per queste regole di progettazione. Se necessario, potete creare nuove regole di progettazione seguendo i passaggi della Procedura guidata per la definizione delle regole di progettazione di Altium Designer.

_{Procedura guidata per la definizione delle regole di progettazione di PCB in Altium Designer}

Altium Designer tratterà le regole di progettazione personalizzate nello stesso modo delle regole di progettazione integrate. Via via che posizionate componenti, vie, fori e tracce, il motore di progettazione unificato di Altium Designer confronterà automaticamente il layout con le regole e vi mostrerà un flag in caso di violazione.

Passaggio 6: Posizionamento dei componenti della scheda elettronica

Altium Designer vi offre una notevole flessibilità e vi consente di posizionare con rapidità i componenti sulla scheda elettronica. Potete disporre i componenti automaticamente o manualmente. Potete anche usare queste opzioni contemporaneamente, sfruttando la velocità dell’auto-posizionamento e assicurandovi che la vostra scheda sia disposta secondo linee guida di posizionamento dei componenti appropriate. Una funzione avanzata aggiunta a questa versione più recente di Altium Designer è la capacità di disporre i componenti della scheda elettronica in gruppi. I gruppi possono essere definiti nel layout PCB o nello schematico usando la Modalità di selezione incrociata, accessibile dal menu Strumenti.

_{Posizionamento dei componenti con la Modalità di selezione incrociata}

Passaggio 7: Inserimento dei fori

Prima di instradare le tracce, è un’ottima idea posizionare i fori (montaggio e vie). Se la progettazione è complessa, potrebbe essere necessario modificare almeno alcune posizioni delle vie durante l’instradamento delle tracce. Questa operazione può essere effettuata con facilità dalla finestra di dialogo Proprietà delle vie, come mostrato qui sotto.

_{Finestra di dialogo delle opzioni dei fori}

Le preferenze devono essere guidate dalla progettazione per le specifiche di progettazione (DFM) del produttore di PCB. Se avete già definito i requisiti DFM del PCB come regole di progettazione (vedere il passaggio 5), Altium Designer controllerà automaticamente queste regole via via che posizionate le vie, i fori, i pad e le tracce nel layout. 

Passaggio 8: Instradamento delle tracce

Dopo aver posizionato i componenti della scheda elettronica e gli eventuali altri elementi meccanici, potrete instradare le tracce. Assicuratevi di utilizzare le linee guida di instradamento appropriate e di sfruttare gli strumenti Altium Designer per semplificare il processo, come mettere in evidenza le reti e utilizzare i codici colore per l’instradamento delle vie, come mostrato qui sotto.

_{Instradamento delle vie con codici colore}

Altium Design include una serie di strumenti importanti per semplificare e rendere più produttiva la vostra esperienza di instradamento per progettare un circuito stampato. Avrete accesso a uno strumento di instradamento automatico efficace e a strumenti di instradamento auto-interattivi. Questi strumenti funzioneranno su più reti contemporaneamente, rendendo più semplice instradare simultaneamente un numero elevato di tracce.

Passaggio 9: Aggiunta di etichette e identificatori

Con il layout della scheda stampata verificato, siete pronti ad aggiungere etichette, identificatori, contrassegni, loghi o altre immagini sulla scheda. È utile usare identificatori di riferimento per i componenti della scheda elettronica, poiché vi assisteranno nell’assemblaggio del PCB. Inoltre, includete indicatori di polarità, indicatori di pin 1 e altre etichette che aiutano a identificare i componenti e il loro orientamento. Per i loghi e le immagini, è opportuno consultarsi con il produttore di PCB per assicurarsi di stare usando caratteri leggibili.

_{Etichette aggiunte alla serigrafia}

Passaggio 10: Generazione di file di progettazione

Prima di creare i deliverable del produttore, è sempre consigliabile verificare il layout della scheda stampata eseguendo un controllo delle regole di progettazione (DRC). Altium Designer lo eseguirà automaticamente mentre disponete i componenti della scheda elettronica e instradate la progettazione, ma non si sbaglia mai a eseguire un altro DRC manualmente. Se la scheda supera i controlli, potete rilasciare i deliverable al produttore.

Una volta che la scheda ha superato il DRC finale, dovete generare i file di progettazione per il produttore. I file di progettazione devono includere tutte le informazioni e i dati necessari per costruire la scheda, incluse eventuali note o requisiti speciali per assicurarsi che il produttore abbia compreso le vostre esigenze. Per la maggior parte dei produttori, potrete usare un set di file Gerber come mostrato qui sotto; tuttavia, alcuni produttori preferiscono altri formati di file CAD.

_{Set di file Gerber}

Seguendo i passaggi qui sopra, il processo di creazione di un progetto completo è facile come contare fino a 10. L’adozione di un approccio sistemico come questo garantisce che tutti gli aspetti della progettazione siano presi in considerazione durante il processo senza dover necessariamente tornare sui propri passi. 

Altium Designer è un pacchetto di sviluppo e progettazione di PCB avanzato che offre numerosi strumenti per progettare un circuito stampato, semplificando attività di progettazione che altrimenti sarebbero molto complesse. Tuttavia, la funzionalità e le capacità discusse in questo articolo svelano solo la superficie di quello che avete a disposizione. Per esplorare queste e altre opzioni, testate il programma di persona con una prova gratuita. Per altre informazioni su come progettare un circuito stampato usando Altium Designer, parlate con un esperto di progettazione di PCB Altium. Potete anche portare avanti il vostro percorso di apprendimento ascoltando l’Altium Podcast.