Come la Prestazione del Software PCB Influenza il Layout di Piani di Massa e Piani di Alimentazione

Il detective nel tuo programma tv preferito spesso cercherà i il piano dei fatti del caso. Negli strumenti di design PCB, abbiamo alcuni piani dei “fatti” a cui basare. Uno di questi sarebbe ottenere una migliore comprensione di cosa serve per creare piani di massa e di alimentazione. 

Come progettisti, sappiamo che i piani forniscono potenza e messa a terra ai componenti sulla nostra basetta. Sappiamo, inoltre come manipolare i nostri strumenti per creare quei piani. Ma sappiamo perchè viene utilizzata tale terminologia, o perché i nostri strumenti creano i piani in cui lo fanno? Potresti aver sentito il termine “D-Code” o addirittura usato, ma sai da dove proviene e per cosa sta? 

Attendi, stiamo per fare un viaggio nella linea di memoria che ti darà un po’ di cenni storici sui piani di PCB e come la prestazione del software ha influenzato la loro creazione. Il nostro obiettivo è di esporre alcuni dei fatti sui piani così che tu possa vedere chiaramente come tutti questi piani funzionano assieme oggi. Sei con me? Bene, allora ho delle spiegazioni da fare.  

Una breve storia del piano

Ci sono due modi con cui creiamo piani di alimentazione e di messa a terra negli strumenti di design PCB, come un’immagine positiva ed un’immagine negativa. Ci sono vari nomi associati ai piani come aree di riempimento, colate di rame e a cascata. Per chiarezza comunque, restiamo su piani positivi e negativi così siamo sullo stesso punto.

Piani Positivi: Un piano positivo è normalmente creato designando una forma di poligono sulla basetta e lo strumento di layout lo riempirà fornendogli un’immagine solida del piano. C’è molto da scoprire sugli strumenti di layout per fare ciò. Devono essere calcolati gli di clearance, i pad devono essere connessi al piano e deve essere altresì mantenuta una certa connettività per prevenire corto circuiti ad altri oggetti della rete. Come volevasi dimostrare, creare un piano positivo è una delle funzioni di maggiore complessità che può elaborare il tuo strumento di layout. 

Piani Negativi: Causa queste complessità, la prima generazione di strumenti di layout CAD aveva difficoltà a creare piani positivi. Troppi dati da processare. Per oltrepassare ciò, fu inventato il piano negativo. Un piano negativo è un’immagine opposta del piano positivo. I poligoni non sono riempiti per creare metallo, invece i pad ed altri componenti vengono utilizzati per creare le clearances nel metallo.

^{Un piano positivo sull’esterno di una basetta} 

Piani positivi richiedono prestazioni maggiori

I computer che disponevano di quei primordiali strumenti CAD non hanno nulla a che vedere con tutto ciò che abbiamo a disposizione oggi. In un certo periodo, utilizzavo un software PDP-11 con un processore 16-bit. Ogni giorno ero costretto ad installare il mio vassoio del disco (disk platter) nel drive, che era delle dimensioni di una lavastoviglie, per poter accedere ai miei 10 megabytes di memoria. 

Semplicemente quei sistemi non erano performanti, la memoria, o lo spazio del disco per gestire piani positivi come li abbiamo oggigiorno. Anche quando poi hanno avuto la capacità per piani positivi, correvi il rischio di mandare il sistema in crash se il tuo piano era troppo ampio. Perciò, i progettisti dipendevano dai piani negativi. Questi piani negativi spesso non avrebbero profili o forme attuali. Così come, le connessioni ai piani sarebbero rappresentate da una semplice “X”. Il progettista sarebbe quindi responsabile dell’assegnazione di queste forme e caratteristiche per la corretta posizione dell’apertura del diaframma della fotografia.  

I primi plotter foto

Un altro deterrente per creare piani positivi era lo stesso plotter foto. I primi plotter foto utilizzavano una lampada luminosa che era messo a fuoco su un’apertura fisica per creare un’immagine su un film. Tale film veniva quindi utilizzato dal produttore stesso per per produrre la basetta. Visto che erano plotter vettore anziché plotter raster, potrebbe prendere del tempo per dipingere le immagini sul film, in particolare se stavi cercando di stampare un piano positivo. 

Un’altra sfida con piani positivi era fornire al plotter foto i comandi giusti per lavorare sul piano. I primi plotter foto utilizzavano il formato Gerber per il loro input e le aperture erano assegnate ai “D-code”. Ciò era prima che l’informazione di apertura fosse integrata nel file Gerber e come progettista era responsabile della creazione di un’adeguata lista di apertura. Dovevi conoscere le vere assegnazioni D-Code e quindi assegnare questi codici a funzioni specifiche come riempimento dei piani positivi. Ho visto un plot foto di due ore girare drammaticamente durante la notte perchè era specificato un D-Code 10 mil come apertura, anziché un D-Code 100 mil. 

^{L’alta prestazione di software PCB di oggi fa il duro lavoro di creare piani per noi} 

Piani in software PCB ad alta prestazione

Fortunatamente, negli strumenti di design PCB di oggi non dobbiamo preoccuparci delle assegnazioni D-Code, oppure come il nostro design lavorerà con il plotter foto. Quando si lavora su un piano negativo o positivo, tutto il lavoro di creare i riempimenti ed assegnare i D-code è in automatico per noi. I plotter raster a laser di oggi sono addirittura ampiamente superiori e stamperanno piani positivi più larghi in pochi minuti anziché per tutta la notte. 

Ora dovresti esserti fatto una migliore idea di cosa fa un D-code e perché è importante, così come il contesto storico dei piani negativi. C’è molto altro che può essere detto su questa materia, ma abbiamo terminato il tempo a disposizione. 

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