Come creare un layout PCB da un disegno schematico in Altium Designer

Come al solito, hai svolto un lavoro eccellente nel mettere insieme il disegno schematico del PCB. Il circuito è definito e sei pronto per passare al layout del PCB. Ma questa volta è un po' diverso. Forse le normali risorse di layout non sono disponibili, o forse vuoi provare a realizzare autonomamente il tuo primo layout PCB. Qualunque sia il motivo, hai tutto pronto per iniziare a lavorare sul lato scheda della progettazione PCB, ma non sai bene come creare un layout PCB da uno schematico PCB in Altium Designer.

Fortunatamente, il passaggio successivo in Altium Designer è molto semplice. Daremo un'occhiata a uno schema elettrico PCB molto semplice e vedremo cosa è necessario fare per sincronizzarlo con una progettazione PCB nuova di zecca. Questa piccola e semplice progettazione probabilmente non assomiglierà affatto ai disegni schematici su cui stai lavorando, ma i passaggi di base del trasferimento dei dati dallo schematico PCB alla scheda di circuito saranno gli stessi. La creazione di un layout PCB da uno schematico PCB non deve essere difficile e Altium Designer può fungere da convertitore all-in-one da disegno schematico a PCB.

Come convertire un disegno schematico in layout PCB in Altium Designer

Il processo di conversione di un disegno schematico in un layout PCB in Altium Designer si compone di tre semplici passaggi.

• Passaggio 1: preparati alla sincronizzazione della progettazione

• Passaggio 2: utilizza l'editor schematico per importare i dati di progettazione su un PCB

• Passaggio 3: definisci il layer stack

Il passaggio 1 ha lo scopo di controllare lo schematico PCB per rilevare eventuali violazioni delle regole di progettazione che impediscono allo schematico di essere sincronizzato con il layout PCB. Una volta creato il layout PCB, questa prima fase di sincronizzazione garantisce che qualsiasi modifica successiva allo schematico possa essere importata immediatamente nel layout PCB. Il passaggio 2 prevede l'utilizzo dell'editor schematico per importare la scheda in un layout PCB vuoto. Dovrai creare un nuovo file PCB nel tuo progetto attuale, quindi utilizzare l'editor schematico per importare i footprint per i componenti nel nuovo PCB. Nel passaggio 3 definisci un layer stack per il nuovo PCB. Una volta completati questi tre passaggi, ora puoi iniziare a predisporre i componenti e il routing delle tracce tra di essi.

È possibile importare un file schematico esistente in un nuovo PCB in Altium Designer?

La risposta è: sì! Se hai un file schematico esistente da un altro progetto e vuoi importarlo in un nuovo PCB, puoi semplicemente aggiungere il file dello schematico esistente a un nuovo progetto e seguire i tre passaggi precedenti. Non sarà necessario ricreare il disegno schematico. Se desideri importare uno schematico esistente in un nuovo layout in Altium Designer, assicurati di seguire alcune best practice per il riutilizzo della progettazione. Leggi ulteriori informazioni sul riutilizzo della progettazione in questo articolo.

Se hai deciso di seguire il percorso di riutilizzo della progettazione e di importare uno schematico in un nuovo PCB, dovresti assicurarti di aver creato le librerie per i simboli dello schematico PCB e i footprint per i tuoi componenti. Ciò è particolarmente importante se si utilizzano componenti speciali che non si trovano nel set predefinito di librerie di componenti in Altium Designer. Ed è altrettanto importante se desideri riutilizzare un disegno schematico PCB realizzato da un altro progettista PCB.

Cosa puoi aspettarti da un editor di layout PCB?

Schede. Circuiti. Altre schede. Tracce ovunque e occasionali scimmie volanti. Ok, magari le scimmie no.

In realtà, l'informazione principale da conoscere per convertire il disegno schematico nel layout PCB è che hai accesso ai componenti e alle relative funzionalità di posizionamento, oltre alle tracce e al routing delle tracce per il posizionamento del rame. Una volta soddisfatti questi requisiti iniziali, è necessario accedere alle viste dei circuiti stampati e ai file di output come: footprint PCB, file Gerber e modellazione 3D.

In un quadro ideale, convertirai uno schematico in un PCB con il tuo editor schematico e lo tradurrai facilmente in un layout finito. Quindi sarai in grado di elaborare i tuoi componenti, l'impostazione del rame, gli interventi del team di progettazione ECAD/MCAD e i requisiti di acquisto per ottimizzare i tuoi file di progettazione PCB per la produzione.

Come parte integrante di questo processo, Altium Designer include diverse progettazioni importanti che aiutano a garantire la creazione di una progettazione PCB priva di errori da uno schematico. Sarai in grado di verificare rapidamente il layout di Altium Designer per: verificare che rispetti le regole e i vincoli di progettazione, definire facilmente il layer stack, eseguire simulazioni di progettazione e molto altro ancora. Gli strumenti di progettazione PCB integrati di Altium Designer sono progettati per mantenere sincronizzati lo schematico e il layout del PCB senza utilizzare un programma esterno per l'acquisizione dello schematico, semplificando in modo efficiente il processo dello schematico PCB sul circuito stampato.

Guarda questo video per una rapida dimostrazione sulle nozioni di base per imparare a creare PCB dagli schematici in Altium Designer: 

Analizziamo ora come importare un disegno schematico su un PCB in Altium Designer.

Passaggio 1: preparati alla sincronizzazione della progettazione

La prima cosa da fare è sottoporre lo schematico del PCB a un'ultima revisione per assicurarsi che sia pronto per iniziare il layout. Questo ovviamente non significa che la progettazione e l'acquisizione degli schematici siano terminate: molto probabilmente ci saranno molte modifiche prima che tutto sia pronto per la produzione. Ma dovrai assicurarti che non ci siano sorprese nel layout. Cerca circuiti duplicati come copie dimenticate, parti che avrebbero dovuto essere cancellate, ecc.

Ora assicuriamoci che il disegno schematico sia corretto utilizzando il processo di verifica nell'editor di schematici PCB di Altium Designer. Per farlo è necessario compilare lo schematico che genererà tutti i dettagli interni della progettazione, come la mappatura della connettività tra componenti e collegamenti. Durante la compilazione della progettazione verrà eseguita una serie di controlli diversi per verificare che lo schematico del PCB rispetti le regole di progettazione. Quindi, prima di passare alla compilazione, diamo un'occhiata all'impostazione di queste regole andando al comando del menu a discesa “Project > Project Options” (Progetto > Opzioni progetto).

Le impostazioni delle opzioni del progetto in Altium Designer

Nell'immagine sopra, puoi vedere un montaggio delle prime quattro schede della finestra di dialogo delle opzioni. Innanzitutto hai la possibilità di controllare quale errore vuoi vedere e come viene segnalato. Successivamente puoi controllare quali tipi di pin possono connettersi tra loro, quindi utilizza la terza scheda per configurare classi di collegamenti e componenti. Infine, puoi vedere la scheda che mostra le impostazioni per il comparatore.

Quest'ultimo controlla il modo in cui vengono segnalate le differenze tra lo schematico del circuito stampato e il layout. Questa informazione è importante quando inizi ad aggiungere ulteriori regole di progettazione al PCB. Nella maggior parte dei casi non verranno apportate molte modifiche qui, ma è possibile trovare i dettagli sulla configurazione nella documentazione di Altium Designer.

Ora hai tutto pronto per compilare lo schematico del documento PCB. Vai al menu a discesa “Project > Compile PCB Project…” (Progetto > Compila progetto PCB…) per attivare il compilatore. Se il progetto non contiene errori, la sessione di progettazione dello schematico PCB non restituirà alcun messaggio.

Per mostrarti come appare un errore, abbiamo rimosso una parte del collegamento che unisce R1 a Q1 nell'immagine qui sotto ed eseguito il compilatore. Come puoi vedere, Altium Designer ci ha segnalato che la rete "NetC1_1" ha solo un pin su di essa. Una volta ricollegato quel collegamento, il compilatore ha funzionato senza errori segnalati, come dovrebbe.

Il report del compilatore di un errore di progettazione

Passaggio 2: utilizza l'editor schematico per importare i dati di progettazione su un PCB

Ora siamo pronti a convertire il disegno schematico in layout PCB, ma prima abbiamo bisogno anche di un PCB da trasferire. Fai clic con il pulsante destro del mouse sulla progettazione e seleziona "Add New to Project > PCB" (Aggiungi nuovo al progetto > PCB) come mostrato nell'immagine seguente". In questo modo si crea un oggetto PCB nell'albero del progetto. Una volta creato, fai clic con il pulsante destro del mouse su di esso e salvalo con un nuovo nome, nel mio caso l'ho salvato con lo stesso nome dell'oggetto schematico.

Aggiungere un nuovo oggetto PCB al progetto in Altium Designer

Con l'oggetto PCB creato, ora vorrai dedicare il tempo necessario a configurarlo in base alle tue preferenze per iniziare a lavorare sul layout. Innanzitutto, devi configurare la griglia di cui hai bisogno e impostare l'origine del layout della scheda del circuito stampato. Troverai i comandi del menu nel menu a discesa "View > Grids" (Visualizza > Griglie) e nel menu a discesa "Edit > Origin" (Modifica > Origine). Dovrai anche modificare o ricreare il contorno della scheda in modo che abbia le dimensioni e la forma di cui hai bisogno. Per farlo, prima dovrai modificare la visualizzazione della scheda da 2D alla modalità di pianificazione della scheda nel menu a discesa "View" (Visualizza), quindi utilizzerai i comandi di modifica appropriati nel menu a discesa "Design" (Progettazione).

A questo punto è giunto il momento di trasferire i dati di progettazione dallo schematico alla progettazione PCB. Altium include l'editor schematico e l'editor PCB nello stesso programma, ed è presente un comando "schematic to PCB converter" (convertitore da schematico a PCB) nel menu principale. Nel menu superiore dell'editor PCB, seleziona il comando del menu a discesa "Design > Import Changes From…" (Progettazione > Importa le modifiche da...". Verrà visualizzata la finestra di dialogo "Engineering Change Order" (Ordine modifica tecnica) come mostrato di seguito.

La finestra di dialogo Engineering Change Order (Ordine modifica tecnica) in Altium Designer

Anzitutto fai clic sul pulsante "Validate Changes" (Convalida modifiche) nella parte in basso a sinistra della finestra di dialogo. Dopo che Altium Designer ha terminato di convalidare le modifiche che stai apportando sincronizzando i dati dello schematico con il PCB, la colonna "Check" (Verifica) sulla destra della finestra di dialogo si riempirà di segni di spunta verdi, a indicare che quegli elementi e tutti i simboli dello schematico sono stati convalidati con successo. Qualsiasi elemento non convalidato dovrà essere esaminato e corretto per ottenere una progettazione completamente sincronizzata.

Quindi fai clic sul pulsante "Execute changes" (Esegui modifiche). Altium Designer impiegherà qualche istante per eseguire queste modifiche, di cui potrai osservare l'avanzamento nella finestra di dialogo dell'ordine di modifica tecnica. Una volta completate, tutte le voci di riga avranno un segno di spunta verde nella colonna "Done" (Fatto), come puoi vedere nell'immagine sottostante.

La finestra di dialogo "Engineering Change Order" dopo la convalida e l'esecuzione della modifica

Congratulazioni, hai trasferito con successo i tuoi dati di progettazione dal disegno schematico al circuito stampato. Ora puoi chiudere la finestra di dialogo dell'ordine di modifica tecnica e vedrai i tuoi componenti posizionati accanto al contorno della scheda in modo simile all'immagine sottostante.

I dati dello schematico sono stati trasferiti correttamente nel layout e sono pronti per essere posizionati

Nell'immagine sopra, noterai che i componenti si trovano nell'angolo in basso a destra della finestra dell'editor PCB. Quando importi uno schematico in un PCB in Altium Designer, i componenti appariranno posizionati in modo pseudo-casuale nella finestra dell'editor PCB. Prima di iniziare a disporre i componenti attorno al circuito stampato, è consigliabile creare un layer stack per la scheda e regolarne le dimensioni. Dovresti farlo ora, perché la tua strategia di instradamento potrebbe comportare l'uso di vias e probabilmente userai dei layer piani per l'alimentazione e la massa. Vai al passaggio successivo per creare il layer stack.

Passaggio 3: definisci il layer stack

Prima di poter procedere con il layout, ci sono ancora alcune attività da svolgere. È necessario pensare ai componenti PCB e ai designatori di riferimento, raccogliere le informazioni richieste sui componenti e confermare con i fornitori. Dovrai anche configurare il PCB per lo stackup fisico dei layer della scheda, la visualizzazione di tali livelli e le regole di progettazione.

Gestore del layer stack in Altium Designer^®

Sopra, puoi vedere il gestore del layer stack in Altium Designer. Questo comando si trova nel menu a discesa "Design" (Progettazione). Ti consentirà di aggiungere, copiare, eliminare e spostare i layer fisici nello stackup PCB. È possibile aggiungere layer per il routing dei segnali, i piani di alimentazione e gli strati dielettrici della scheda. Il gestore del layer stack ti fornisce anche un calcolatore di impedenza.

Per configurare le regole di progettazione, utilizza "PCB Rules and Constraints Editor" (Editor di regole e limitazioni dei PCB) nel menu a discesa "Design" (Progettazione). Infine, dovrai configurare la visualizzazione dei layer e degli oggetti PCB utilizzando il pannello "View Configuration" (Visualizza configurazione). Di seguito è riportato un esempio della scheda "Layers & Colors" (Layer e colori) del riquadro di configurazione della vista.

Il pannello View Configuration (Configurazione della vista) in Altium Designer

Ora che i dati dello schematico PCB sono stati trasferiti al layout, tutto è pronto per disporre i componenti sul PCB. Puoi iniziare a trascinare i componenti intorno al tuo nuovo PCB e creare il tuo layout PCB. Dopo aver disposto i componenti, puoi iniziare il routing delle tracce tra di essi con le funzionalità di routing di Altium Designer.

Il pannello View Configuration (Configurazione della vista) mostrato sopra è molto utile per accelerare il processo di layout in quanto consente di attivare layer specifici durante il routing e la disposizione dei componenti. Quando si posizionano i componenti, è meglio attivare il layer superficiale, il layer serigrafico, le meccaniche e il layer del piano di massa che si utilizzeranno come riferimento. In questo modo possiamo prevenire errori di layout che possono creare problemi di integrità di segnale e di messa a terra nel PCB. Il pannello View Configuration (Visualizza configurazione) è estremamente utile in quanto consente di attivare e disattivare diversi layer in modo da poter vedere chiaramente come si stanno disponendo e distribuendo i componenti.

Crea layout PCB partendo dal disegno dello schematico con Altium Designer

Altium Designer è l'unico pacchetto software di progettazione PCB costruito su un ambiente di progettazione unificato, che consente di creare facilmente PCB dallo schematico come abbiamo mostrato qui. È possibile trasferire i dati di progettazione avanti e indietro tra il PCB e lo schematico: questo rende molte attività di progettazione più semplici e produttive. Il facile trasferimento dei dati di progettazione dallo schematico al circuito stampato è solo l'inizio di tutti i vantaggi che Altium Designer è in grado di offrire.

Se non hai ancora iniziato a utilizzare Altium Designer come software di schema e layout PCB di riferimento, porta il tuo progetto PCB a un livello superiore parlando con un esperto di Altium Designer.