Cos'è la schematic capture?

In termini pratici, la schematic capture, o schematic entry, è il processo di conversione di un disegno cartaceo in una rappresentazione elettronica elaborabile dai software per la simulazione di circuiti e dai pacchetti di progettazione PCB.

Schematic capture: i principi di base

Uno schema circuitale è fondamentalmente un elenco di componenti e di connessioni fra i collegamenti di tali parti. Questi possono essere componenti elettronici, dalla semplice resistenza al chip di un complesso circuito integrato o un dispositivo logico programmabile (FPGA). In alternativa, è possibile trovare anche componenti meccaniche, come: connettori, pulsanti e interruttori.
Il processo di schematic capture deve includere tutto ciò che è necessario al corretto funzionamento di un progetto circuitale, compresi i collegamenti elettrici con il rispettivo ambiente. Pertanto, l'attenzione ai dettagli è fondamentale. Qualsiasi omissione nella progettazione di circuiti acquisiti schematicamente può causare complicazioni e malfunzionamenti difficili da individuare e di conseguenza costose diagnosi e interventi correttivi.
Il prodotto del processo di una schematic entry (acquisizione schematica) è generalmente visualizzato come una netlist. Questa può essere importata in altri software, come programmi di simulazione o pacchetti di progettazione PCB.

Regole pratiche e suggerimenti

Quando crei uno schema elettrico, alcuni suggerimenti possono farti risparmiare tempo e prevenire l’insorgenza di problemi lungo il percorso.

• Flusso di segnale: Il flusso di segnale deve scorrere sempre da sinistra verso destra, dall'ingresso all'uscita. Allo stesso modo, gli alimentatori dovrebbero fornire energia dal principio alla fine. Questa convenzione assicura che chiunque guardi lo schema capisca immediatamente dove scorrono i segnali e quali linee trasportano i segnali e quali l'energia.
• Denominazione corretta: Tutte le etichette devono seguire una denominazione costante e coerente, in modo da aiutare il lettore a comprendere ed evidenziare potenziali problemi. Per esempio: una connessione etichettata come “rete di alimentazione” ma posizionata come “rete di segnale” verrà individuata immediatamente. In questo modo i problemi relativi al processo di progettazione o produzione verranno risolti in modo più semplice e rapido.
• Connessioni tra i cavi: Possibilmente i cavi non devono sovrapporsi o convergere, al fine di evitare confusione sulla presenza o meno di una connessione fra questi. Consigliamo l'utilizzo di simboli universali per le connessioni di alimentazione per ridurre il numero di cavi e rendere lo schema più chiaro. Se i cavi devono sovrapporsi per forza, evidenzialo per il lettore. Se i cavi si collegano, utilizza al massimo tre cavi. Un numero superiore a tre connessioni di cavi in un unico punto potrebbe essere interpretato erroneamente come cavi che si sovrappongono per sbaglio.
• Suddivisione dello schema elettrico su più pagine: Se lo schema elettrico si estende su più pagine, separa i componenti, in modo che ogni pagina contenga blocchi funzionali completi anziché posizionare tali blocchi in maniera casuale fra le pagine. Le connessioni, dove i cavi scorrono fra le pagine, devono essere identificabili.
• Componenti esterni al progetto funzionale: Non dimenticare i componenti che non fanno parte del progetto funzionale, come: condensatori di disaccoppiamento, filtri di rete e dispositivi di protezione. Inoltre, parte dei componenti che un dispositivo richiede per funzionare nel mondo reale non sono inclusi nelle relative funzionalità di base. Non includere questi ultimi nell'acquisizione schematica annullerà i risultati della simulazione e se non verranno inseriti nella progettazione del layout PCB causeranno problemi gravi.
• Aggiunta di note esplicative: Infine, se alcuni aspetti dello schema elettrico non sono chiari, è buona pratica aggiungere una nota esplicativa. Ciò ti risparmierà tempo prezioso nel caso in cui, osservando lo schema elettrico in un secondo momento, alcune decisioni di progettazione, prese precedentemente, non ti siano più chiare.

Simulazione del circuito

Gli strumenti di simulazione sono utilizzati per: la progettazione schematica, la regolazione degli input e il monitoraggio degli output teorici. Questi strumenti consentono al progettista di collaudare la progettazione del circuito in tutte le possibili condizioni in ingresso. Inoltre sarà possibile verificare che il circuito funzioni come previsto e convalidarlo rispetto ai requisiti complessivi per il dispositivo che implementa.

Ogni componente e segnale in ingresso incluso nello schema necessita di parametri operativi e caratteristiche sulle prestazioni definite. Sebbene i dettagli dei componenti standard siano spesso disponibili nelle librerie dati, i componenti personalizzati o insoliti potrebbero richiedere che tali informazioni vengano definite e inserite. Ricorda che la simulazione sarà efficace solamente se lo saranno anche i dati utilizzati. Qualsiasi errore, anche se minimo, potrà portare a risultati fuorvianti o poco rappresentativi, che possono risultare evidenti solamente durante il funzionamento del dispositivo assemblato.

Aggiunta fattori esterni

Un punto importante da ricordare è che gli strumenti di simulazione valuteranno il funzionamento del circuito in condizioni ottimali. Pertanto, a meno che non vengano aggiunti al modello, gli effetti nel mondo reale, come le perdite di traccia dovute all'impedenza o la generazione di emissioni di disturbo non verranno prese in considerazione. Lo stesso discorso vale per l'interferenza da parte delle emissioni dei disturbi generati o veicolati della diafonia fra le reti di segnale ed altri effetti indiretti.

Un buon progettista esaminerà la vulnerabilità del progetto del circuito a tali fattori e li inserirà nella progettazione PCB come vincoli. Questi si tradurranno nel tracciamento dei parametri di larghezza minima e lunghezza massima, nei vincoli di separazione delle tracce e nei requisiti di protezione/schermatura.

Progettazione PCB

Vari strumenti trasformeranno automaticamente lo schema circuitale in un layout PCB ottimizzando il posizionamento dei componenti e delle tracce, in modo da massimizzare le prestazioni e soddisfare qualsiasi vincolo specificato. Tuttavia, ti consigliamo di controllare sempre la progettazione schematica prima di iniziare il processo di produzione della scheda. Anche se la maggior parte dei pacchetti includono i controlli delle regole, per rivelare rilevare eventuali errori, questi non sostituiscono una buona revisione manuale.

Semplici problemi, come i condensatori di disaccoppiamento posizionati in maniera molto distante rispetto ai componenti, possono non essere evidenziati da un controllo automatico. Per questo motivo è necessario effettuare un controllo accurato. Qualsiasi errore, se causa il malfunzionamento del PCB, può portare a perdite di tempo e denaro. La risoluzione di problemi minori, come la creazione di fori e l'aggiunta di cavi per bypassare le tracce, potrebbe soddisfare il processo di prototipazione, ma non sono adatti alla produzione in serie.

Cos’è la schematic entry: In sintesi

La schematic entry è un processo che consente al progettista di simulare il circuito per convalidare il progetto e creare un layout PCB ottimale, limitando al minimo lo sforzo. Tuttavia, in ogni fase del processo, il progettista deve eseguire controlli accurati, al fine di evitare errori che possano influire sui passaggi successivi. Gli strumenti di simulazione ed i pacchetti di progettazione PCB possono acquisire lo schema e rendere più semplice la vita del progettista. Tuttavia, questi strumenti non sono mai perfetti, perciò il progettista non deve mai fare completo affidamento sugli output senza aver prima effettuato una revisione accurata.

Hai altre domande? Contatta un esperto Altium® e scopri come possiamo supportarti nel tuo prossimo progetto PCB. Puoi scaricare una prova gratuita di Altium Designer® qui.