Progettazione PCB e Software CAD: Conosci Cosa Governa i Tuoi Progetti

Ogni tanto, l'espressione "stato di diritto" diventa parte delle conversazioni su come i paesi si governano. Risalendo fino alla Magna Carta del XIII secolo, lo "stato di diritto" parla dello sviluppo di società pacifiche ed eque—e della necessità di diritti umani fondamentali. Gli individui che vivono sotto lo "stato di diritto" godono di

• Uguaglianza davanti alla legge
• La trasparenza della legge
• Un potere giudiziario indipendente e
• Accesso ai rimedi legali.

Senza regole per il governo, assisteremmo alla mancanza di coerenza che porta al caos. Lo stesso vale per la progettazione di PCB. Senza una solida base di regole elettriche e di progettazione, il frenesì di segnali digitali e analogici che operano a diverse frequenze diventerebbe rumore. Un mondo pieno di circuiti rumorosi sembrerebbe meno piacevole quando le lavastoviglie intelligenti in 9 case su 10 emettono segnali rilevati dai satelliti spia.

Quando usiamo il software CAD per progettare i PCB, le regole elettriche governano il processo di layout della scheda. Ad esempio, dopo aver posizionato i tuoi componenti, dovrai tracciare l'alimentazione, la massa e le tracce dei segnali in modo che le tracce corrispondano allo schema e per garantire che il design rispetti le regole di integrità del segnale, RF e EMC.

C'è Elettricità nell'Aria

Sebbene ci siano alcune regole che sono evidenti ovunque, potrebbe non essere applicabile per i tuoi progetti di PCB seguire un limite di velocità mentre sei vicino al tuo computer. Le regole elettriche comuni per i PCB includono:

• Distanza di sicurezza
• Cortocircuiti
• Rete non cablata
• Pin non connesso
• Poligono non versato

Distanza di sicurezza: Senza la corretta distanza tra le tracce del PCB, può verificarsi un flashover. La distanza di sicurezza definisce la quantità minima di spazio consentito tra qualsiasi coppia di oggetti su un strato di rame. Negli Stati Uniti, lo standard UL 60950-1 fornisce lo spazio minimo consentito per i PCB per attrezzature informatiche alimentate a batteria e a corrente alternata. Le tabelle all'interno della documentazione standard specificano le distanze di sicurezza per le tracce in termini di tensione di lavoro, grado di inquinamento, gruppo di materiali del PCB e rivestimento.

Circuiti Corti: Aumentare la densità dei componenti per un design di PCB crea l'ambiente propizio per un cortocircuito. Spesso, i progetti cercano di contrastare i problemi di densità utilizzando pad dei componenti più piccoli. Tuttavia, la ridotta distanza tra i pad più piccoli può permettere la formazione di ponti di saldatura. L'uso di pad più piccoli porta anche a problemi con il routing delle tracce che, a sua volta, affolla le connessioni e influisce sulle saldature. Ognuna di queste condizioni può creare un ambiente favorevole per un cortocircuito.

Ci sono numerose leggi importanti che la tensione e la corrente devono seguire.

Net non routato: Dopo aver creato il contorno della scheda, il processo di design del PCB procede con il posizionamento dei componenti e la configurazione dei footprint per i dispositivi di design. I pin di ogni componente posizionato devono essere connessi prima che possiamo considerare il design completo. I nostri strumenti di design PCB rappresentano ogni connessione tra i componenti con un filo.

Un net include l'intera serie di punti, piazzole dei componenti e vie dal primo punto di origine all'ultimo punto di origine. Diversi net hanno larghezze variabili a causa della necessità di trasportare diverse quantità di corrente.

La rete funge da guida di progettazione che ci indica che due pin devono connettersi. Una volta stabilita la rete, la fase successiva della progettazione della scheda implica il routing delle connessioni della rete tra le parti. Il processo di routing converte le connessioni della rete in tracce di rame che collegano fisicamente le parti nel prototipo di PCB.

Una rete instradata ha tutti i pad dei componenti connessi attraverso tracce, archi, pad, vie e poligoni. Una rete non instradata rappresenta connessioni errate, connessioni scadenti o connessioni incomplete all'interno della rete. Una traccia che tocca solo leggermente una via causerà un errore di rete non instradata.

Pin non connesso: La regola del pin non connesso aggiunge ridondanza al controllo generale per connessioni errate o incomplete. Un pin non connesso non ha una rete assegnata o tracce connesse. Quando progetti il tuo PCB, controlla la presenza di pin non connessi a livello schematico. Se il design lascia intenzionalmente il pin non connesso, contrassegna il pin come “No ERC”.

Poligono non versato: I versamenti di poligoni bilanciano simmetricamente la distribuzione del rame sui PCB multistrato. Di conseguenza, la scheda diventa meno incline a deformazioni, incurvamenti e torsioni durante il processo di fabbricazione. Un buon equilibrio del rame ha tracce uniformemente distribuite all'interno di ogni strato attraverso il PCB. Riempire le aree aperte con rame contrappesa il rame nello strato opposto e fornisce simmetria.

Quando la distribuzione del rame diventa asimmetrica, i carichi termici causati dal livellamento dell'aria calda, dalla saldatura ad onda o dallo sviluppo di calore nel riflusso possono causare la deformazione della PCB. Una scheda incurvata si deforma sfericamente con i quattro angoli della scheda in un unico piano. Le schede contorte si deformano diagonalmente e causano che uno degli angoli della PCB si trovi al di fuori del piano dei tre angoli rimanenti.

Assicurati di avere la simmetria adeguata e necessaria per soddisfare i requisiti di progettazione

I Controlli delle Regole Elettriche Uniscono Tutto

Il software CAD per PCB utilizza un Controllo delle Regole Elettriche (ERC) per verificare l'accuratezza dello schema e per assicurare che il tuo progetto soddisfi eventuali vincoli stabiliti. Rilevare una violazione delle regole nello schema ti permette di correggere l'errore prima che il processo si sposti dallo schema alla disposizione della scheda. Ad esempio, il Controllo delle Regole Elettriche per i cortocircuiti testa la presenza di un corto tra oggetti situati sui livelli di segnale e di piano.

Con un forte software CAD per PCB, puoi avere la flessibilità di associare il livello di segnalazione dell'ERC con bus, simboli di codice, componenti, fasci di cavi, reti e parametri. Grazie a questa flessibilità, puoi controllare le larghezze delle lacune, le larghezze delle tracce e il routing di ogni segnale. Per queste capacità del software, guarda Altium Designer.

Se stai cercando di parlare con qualcuno in modo più approfondito riguardo le regole di progettazione e le migliori pratiche, parla oggi con un esperto di Altium.