Concetti del Processo di Progettazione PCB

Hai mai visto un capolavoro architettonico come il ponte Golden Gate o forse un edificio storico come la Cattedrale di Notre Dame a Parigi? Ti sei mai chiesto come abbiano fatto a concepire quell'idea e come l'hanno realizzata? Vengono in mente alcune parole: pianificazione, pianificazione e aggiustamenti.

Il Design di PCB e di Package SOC è un po' come quello, nel senso che è veramente un puzzle di parti, interfacce di circuito, piani di alimentazione, migliaia di segnali, transizioni via e molte regole di progettazione che devono unirsi e funzionare elettricamente in modo corretto, avere le prestazioni richieste, e anche essere in grado di lavorare con i vincoli e le limitazioni dei fattori di forma meccanici.

I Blocchi Fondamentali del Design PCB

L'importanza di seguire una buona checklist di Input

Avere una checklist iniziale aiuta l'ingegnere a riflettere e crea una forma di comunicazione documentata che, in sostanza, mette in moto il processo. La checklist può definire molte cose e ci offre un punto di partenza per iniziare il nostro viaggio nella progettazione di PCB. È anche il momento per l'ingegnere di riflettere su ciò che cerca nel design. Fino a questo momento, l'ingegnere ha pensato principalmente in termini elettrici, avendo probabilmente dedicato molto tempo allo schema e alla ricerca di componenti, ora è il momento di iniziare a pensare in termini fisici, LOL. Ovvero, iniziare a pensare a come gli elettroni si muoveranno su un PCB e cosa è necessario.

Ho una checklist che uso e contiene le basi. Più progetti realizzi, più questo diventa un riflesso condizionato. Se sei l'ingegnere che fa il layout, più la tua mente si adatterà a pensare come un progettista di PCB. Ad esempio, potresti iniziare a pensare più in termini di designatori di riferimento piuttosto che di numeri di parte. È all'inizio che si farebbe uno studio di fattibilità e la checklist degli input dà il via a quella fase. Gli elementi base necessari sono BOM, input meccanici, regole di Routing/Design, spessore complessivo, requisiti di impedenza e le parti con il pitch più piccolo da considerare per aiutare a definire le strutture via necessarie, fare i calcoli per i BGA.

Collaborazioni meccaniche – esclusioni e restrizioni di altezza

Collaborare con MCAD è essenziale per avviare un progetto. È importante essere sulla stessa lunghezza d'onda riguardo ai requisiti meccanici fin dall'inizio. Lo spessore complessivo della scheda, la posizione/rotazione dei connettori, le aree di non piazzamento e i fori di montaggio devono essere definiti con precisione e considerati anticipatamente nella progettazione PCB. Questa è la base dell'edificio che stai per costruire. Il telaio sono i vincoli fisici e le dimensioni disponibili per adattare il progetto, quindi puoi vedere che l'accuratezza è critica per il successo del design. Ho visto in passato, un contorno meccanico della scheda provenire da MCAD mostrando la vista inferiore e passare a ECad come vista superiore, Questo influenzerà il posizionamento dei componenti, non farlo. Assicurati che le tue viste siano corrette e, quando possibile, condividi file .idf o .idx e includi gli stessi file di modello step se hai questa possibilità. Questo garantirà una collaborazione MCAD di successo. Inoltre, potrebbe essere il momento di negoziare dove i fori di montaggio dei dissipatori di calore possono essere spostati, ma anche il posizionamento dei componenti detterà delle limitazioni. Se per esempio, viene suggerito di mettere il tuo BGA ad alto numero di pin nell'angolo, ed è completamente popolato di segnali, ora è il momento di opporsi perché ti ritroverai a cercare di instradare fuori da un angolo e avrai bisogno di più strati di segnale.

L'importanza delle regole di routing

Le regole di routing o di progettazione sono ciò che mantiene il design del PCB sotto controllo. Mi riferisco spesso alle regole documentate come ai binari sui quali un treno deve viaggiare. Con regole definite in un documento anziché in molte email che cambiano quotidianamente o orariamente, e difficili da tenere traccia, è molto facile perdere la strada e dimenticare o trascurare elementi critici per le prestazioni del design, e permette al progettista PCB di comunicare come un unico ente e fornisce documentazione ereditaria. L'idea delle regole in forma di documento è ciò che viene utilizzato per popolare le regole negli strumenti CAD, spesso riferite come vincoli o regole di progettazione, a cui il design deve attenersi. Questo include regole fisiche ed elettriche che il design seguirà al fine di soddisfare i requisiti di tempistica, rumore e produzione.

Routing ad alta velocità e simulazioni - Concetti di erogazione di potenza

Ora che il design sta iniziando a prendere forma, le regole sono state stabilite, e si stanno definendo il posizionamento e i piani di alimentazione, è il momento giusto per disporre le interfacce più critiche e i circuiti ad alta velocità più complessi, se presenti nel tuo progetto. È una buona idea avere in mente un impilamento che funzioni per l'intero design. Utilizzando una dimensione standard dei via e cercando di ottenere un buon rapporto di resa, è il momento di testare quel circuito, posizionare e tracciare, poi simulare. Sì, simulare ora una volta che le reti critiche sono tracciate, solo per vedere se si soddisfano i requisiti per una performance ottimale. È in questo momento che potresti scoprire la necessità di avere un diverso impilamento o configurazioni dei via. Ad esempio, se stai cercando di raggiungere 12GBPS, e stai usando un via passante su una scheda di 18 strati con spessore di .093 pollici, potresti scoprire che gli stub dei via causano troppa riflessione per raggiungere la performance. Potrebbe essere necessario considerare un'altra opzione come i via ciechi e sepolti o la foratura all'indietro o un diverso impilamento della scheda e scelte di interfaccia.

Questi quattro passaggi che ho descritto sopra dovrebbero fornire i pilastri per costruire con successo un quadro per un design di PCB di successo. Seguire questi passaggi mi ha aiutato a produrre risultati consistenti. Credo sia importante stabilire prima il quadro. I passaggi successivi, la simulazione è stata un successo? Hai dovuto cambiare la configurazione della scheda di design PCB o forse le strutture dei via o le dimensioni dei via o i materiali di fabbricazione con Dk più basso e minori perdite? Si può imparare molto dalle simulazioni e questo aiuterà a spianare la strada verso il futuro.

Tutti questi elementi dovrebbero emergere una volta che sono state effettuate simulazioni o calcoli e dopo il routing/tuning critico iniziale delle interfacce ad alta velocità. Quindi, se tutto funziona, qual è il passo successivo nel processo? Da dove cominciamo? Confermare lo stackup? Organizzazione del design?

Questo è ciò di cui discuterò nella Parte 2:

• Definizione dello stackup per tecnologia - Obiettivi di larghezza delle tracce
• Organizzare le vostre reti e vincoli e regole da classe a classe e sovra vincolare.
• Planimetria secondo le regole di design
• L'uso di schemi/posizionamento dei via per la transizione e la pianificazione del routing
• Design avanzato di chip SOC e come pianificare per il Design PCB utilizzando un SIP o SOC.

Grazie per la vostra attenzione. Concludo qui e sono aperto ai vostri commenti e feedback.

Buon Design PCB…