Considerazioni sulla progettazione di PCB ad alta velocità: Considerazioni sulle forme dei componenti

<p dir="ltr"><img alt="Closeup of two IC chips" data-entity-type="file" data-entity-uuid="55882b91-abf1-455c-b771-5571556831ae" data-responsive-image-style="" src="/sites/default/files/inline-images/migrate/aHViPTY1NjQ2JmNtZD1pdGVtZWRpdG9yaW1hZ2UmZmlsZW5hbWU9aXRlbWVkaXRvcmltYWdlXzVhNGQzNmJkOTQ4MWYuanBnJnZlcnNpb249MDAwMCZzaWc9ZDNiYzdmOTk4ZWY5MmM1Y2FkMGRjNzFiMGQyODUxY2I%25253D" /></p>

<p dir="ltr">Quando si inizia una progettazione di PCB ad alta velocità, c'è molto da considerare prima che il progetto arrivi effettivamente alla fase di layout. <a href="https://resources.altium.com/p/high-speed-design-techniques-schematic-c…; rel="noopener" target="_blank">Organizzazione dello schema</a>, <a href="https://resources.altium.com/p/introduction-to-high-speed-pcb-designing…; rel="noopener" target="_blank">materiali della scheda</a> &amp; <a href="https://resources.altium.com/p/board-layer-stackup-considerations-for-h…; rel="noopener" target="_blank">configurazione dei layer</a>, posizionamento critico dei componenti e come devono essere instradati i segnali ad alta velocità sono tutti<a href="https://resources.altium.com/p/an-overview-of-the-high-speed-pcb-design…; rel="noopener" target="_blank"> aspetti della progettazione ad alta velocità</a> che devono essere pianificati.</p>

<p dir="ltr">Spesso c'è un'area che non riceve tanta considerazione quanto tutto il resto, ed è la forma delle impronte dei componenti. I componenti utilizzati in una progettazione ad alta velocità non sono fisicamente diversi da quelli che sarebbero usati in una progettazione convenzionale. Tuttavia, ci sono alcune modifiche sottili che possono essere apportate alle forme dei pad e delle impronte dei componenti che aiuteranno i tuoi sforzi nella creazione di un design PCB ad alta velocità.</p>

<h2 dir="ltr"><a id="pad-shapes-for-high-speed-pcb-design">Forme dei pad per il design PCB ad alta velocità</a></h2>

<p dir="ltr">Quando si valutano le forme delle impronte per l'uso in una progettazione ad alta velocità, il primo elemento da considerare è la dimensione delle forme dei pad dell'impronta. A volte chiamati pad di atterraggio, queste forme sono i pad di metallo nudo ai quali verranno saldati i pin dei componenti sul PCB finito. Solitamente, una o due forme di pad sono duplicate per creare un'intera forma dell'impronta del componente.</p>

<p dir="ltr">Tradizionalmente, i pad dei PCB sono più grandi dei pin di circa il 30%. Queste dimensioni sono calcolate per una produzione ottimale al fine di evitare problemi come il "tombstoning", dove componenti discreti montati in superficie come condensatori e resistori si sollevano da un lato. Queste dimensioni ottimali consentono anche la rilavorazione manuale con un saldatore a mano e l'ispezione visiva di una giunzione saldata. Tuttavia, per un design ad alta velocità, il metallo extra può aumentare<a href="https://www.analog.com/en/resources/analog-dialogue/articles/high-speed…; rel="noopener" target="_blank"> la capacità parassita</a> e aumentare la lunghezza di connessione tra componenti critici.</p>

<p dir="ltr">Per soddisfare le esigenze di alta velocità del circuito, la dimensione del pad dovrebbe essere ridotta. Invece di ingrandire il pad del 30% rispetto alla dimensione effettiva del pin, una percentuale più piccola come il 5% è più vantaggiosa. La riduzione delle dimensioni del pad aiuta a ridurre la possibile capacità parassita. Inoltre, le lunghezze di connessione possono essere mitigate diminuendo lo spazio tra i componenti. Questa pratica è anche attraente poiché utilizza meno spazio sulla scheda. Usare dimensioni di pad più piccole non riduce la loro resistenza meccanica poiché l'area di contatto tra i pin dei componenti e il PCB rimane la stessa. Tuttavia, il loro compromesso è nella fabbricabilità della scheda. Dimensioni di pad più piccole e spaziature più strette aumentano il costo di produzione della scheda. Il team di progettazione dovrà negoziare le esigenze di alta velocità del design con le esigenze di progettazione per la fabbricabilità della produzione prima di disporre il PCB.</p>

<p dir="ltr">Arrotondare gli angoli delle forme dei pad è un altro miglioramento che beneficerà il tuo design ad alta velocità. Gli angoli arrotondati ti permetteranno di instradare le tracce più vicino ai pad, il che diminuirà le lunghezze di connessione e aiuterà a compattare la dimensione del circuito disposto anche.</p>

<p dir="ltr" style="text-align: center;"><small><img alt="Picture of dense motherboard layout" data-entity-type="file" data-entity-uuid="13c1802e-8bcd-4dd1-8500-ff742d473ed7" data-responsive-image-style="" src="/sites/default/files/inline-images/migrate/aHViPTY1NjQ2JmNtZD1pdGVtZWRpdG9yaW1hZ2UmZmlsZW5hbWU9aXRlbWVkaXRvcmltYWdlXzVhNGQzNmM3OWYyYTYuanBnJnZlcnNpb249MDAwMCZzaWc9MGVkOTA5NzA0OGNhMzhjZjNkMDlmY2M0MzRjNTFmMjM%25253D" /><br />
Miglioramenti alle forme dei pad e delle vie potrebbero aiutare con lo spazio nei design ad alta densità</small></p>

<h2 dir="ltr"><a id="via-shapes-need-consideration-as-well">Le forme delle vie richiedono considerazione anche</a></h2>

<p dir="ltr">Le vie non sono solitamente considerate come una forma di componente del PCB, ma poiché le loro dimensioni influenzano lo spazio disponibile sulla scheda, devono essere prese in considerazione. Inoltre, qualsiasi metallo sulla scheda che fa parte di un circuito ad alta velocità deve essere considerato parte di quel circuito. Le lunghezze delle tracce, le dimensioni delle vie e le profondità delle vie devono tutte essere incluse nei calcoli dei circuiti ad alta velocità.</p>

<p dir="ltr">La prima cosa da considerare è la dimensione delle forme delle vostre vie. La dimensione di una forma di via è determinata dal diametro del foro trapanato, e quindi il team di progettazione dovrà considerare quali dimensioni di trapano per le vie sono necessarie prima della disposizione. Vie più piccole miglioreranno le prestazioni dei segnali ad alta velocità aumentando al contempo i costi di produzione. Spesso vengono utilizzate vie di dimensioni diverse a seconda delle esigenze del circuito o se le vie conducono alimentazione o terra.</p>

<p dir="ltr">Una volta decise le dimensioni delle vie, la cosa successiva da esaminare è il loro posizionamento in relazione ai pad dei componenti. Convenzionalmente, nei progetti non ad alta velocità, le vie vengono allontanate dal pad del componente per mantenere uno spazio ottimale tra pad e via per scopi di produzione. Il pad è poi connesso alla via con una traccia. Tuttavia, queste lunghezze di connessione potrebbero essere troppo lunghe per un design ad alta velocità.</p>

<p dir="ltr">Per accorciare la lunghezza della connessione, il via può essere posizionato più vicino al pad, parzialmente sul pad o anche completamente all'interno del pad. Posizionare i via in questo modo può richiedere diverse configurazioni CAD e aggiustamenti DRC, o addirittura l'inclusione di una forma di via all'interno di una forma di pad. È anche una<a href="https://d2pgu9s4sfmw1s.cloudfront.net/UAM/Prod/Done/a062E00001d7fGQQAY/…; rel="noopener" target="_blank"> buona pratica</a> utilizzare tracce corte e larghe per collegare un pad di un condensatore di disaccoppiamento a un via.</p>

<p dir="ltr" style="text-align: center;"><small><img alt="Picture of parts on a circuit board" data-entity-type="file" data-entity-uuid="e13b1f18-4a24-4d09-a94e-a9f9b3a5cd6c" data-responsive-image-style="" src="/sites/default/files/inline-images/migrate/aHViPTY1NjQ2JmNtZD1pdGVtZWRpdG9yaW1hZ2UmZmlsZW5hbWU9aXRlbWVkaXRvcmltYWdlXzVhNGQzNmQwYjg4ZjMuanBnJnZlcnNpb249MDAwMCZzaWc9M2U1Mjk3YmY3Y2JkN2MzOGQwOTBmNTIzN2NmMDY3ODY%25253D" /><br />
I componenti per design ad alta velocità dovrebbero essere valutati per scegliere il miglior package per il circuito</small></p>

<h2 dir="ltr"><a id="component-selection-and-placement">Selezione e posizionamento dei componenti</a></h2>

<p dir="ltr">Ci sono anche alcune opzioni di footprint dei componenti da considerare. I socket possono avere dell'induttanza associata. Pertanto, è una buona pratica eliminare o minimizzare l'uso di socket in un design ad alta velocità. Selezionare il package corretto e il footprint del componente accompagnatorio è altrettanto importante. Alcuni dispositivi, come gli Op amp, sono tipicamente<a href="https://www.analog.com/en/resources/analog-dialogue/articles/high-speed…; rel="noopener" target="_blank"> offerti in diversi package</a>. Una variante di un Op-amp può permettere lunghezze di traccia più corte in un circuito rispetto a un'altra. Infine, le forme dei footprint dei componenti potrebbero dover essere aggiustate per considerazioni termiche. Un eccellente modo per dissipare il calore è posizionare i power pad direttamente sotto le forme dei footprint degli IC che sono connessi a un piano interno.</p>

<p dir="ltr">Le forme dei footprint e dei pad del PCB possono aiutare nella creazione del tuo design di PCB ad alta velocità. Anche il minimo cambiamento potrebbe aiutarti a stringere il routing e a diminuire le lunghezze delle connessioni, o addirittura a ridurre i problemi dovuti all'induttanza parassita o alle questioni termiche ad alta velocità.</p>

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