Koncepcje procesu projektowania PCB

Czy kiedykolwiek widziałeś arcydzieło architektoniczne takie jak most Golden Gate, a może historyczny budynek jak katedra Notre Dame w Paryżu? Zastanawiałeś się, jak wpadli na ten pomysł i jak go zrealizowali? Kilka słów przychodzi na myśl: Planowanie, planowanie i dostosowywanie.

Projektowanie PCB i pakietów SOC to coś w rodzaju tego, co oznacza, że jest to naprawdę układanka części, interfejsów obwodów, płaszczyzn zasilania, tysięcy sygnałów, przejść przez via i wielu reguł projektowych, które muszą do siebie pasować i działać elektrycznie poprawnie, osiągać wymaganą wydajność, a także być w stanie współpracować z ograniczeniami i wymogami mechanicznych form.

Budowanie podstaw projektowania PCB

Znaczenie stosowania się do dobrej listy kontrolnej wejściowej

Posiadanie listy kontrolnej na wejściu sprawia, że inżynier zaczyna myśleć i tworzy formę komunikacji, która jest udokumentowana i w zasadzie rozpoczyna cały proces. Lista kontrolna może definiować wiele rzeczy i daje nam punkt wyjścia do rozpoczęcia naszej podróży z projektowaniem PCB. To również moment, aby inżynier zastanowił się, czego oczekuje od projektu. Do tej pory inżynier myślał głównie elektrycznie, będąc zanurzonym w schematach i poszukiwaniu części (miejmy nadzieję), teraz nadszedł czas, aby zacząć myśleć fizycznie, LOL. Oznacza to, zacząć myśleć o tym, jak elektrony będą przepływać na płytce PCB i co jest wymagane.

Mam listę kontrolną, której używam i zawiera ona podstawy. Im więcej projektów wykonujesz, tym bardziej sprowadza się to do pamięci mięśniowej. Jeśli jesteś inżynierem wykonującym układ, tym bardziej twój umysł będzie się zginać, aby teraz myśleć jak projektant PCB. Na przykład, możesz teraz myśleć bardziej w kategoriach oznaczeń referencyjnych niż numerów części. To na wczesnym etapie przeprowadzałbyś studium wykonalności, a lista kontrolna na wejściu uruchamia tę fazę. Podstawowe elementy, które są potrzebne, to BOM, dane mechaniczne, zasady trasowania/projektowania, całkowita grubość, wymagania dotyczące impedancji i najmniejsze części o rozstawie nóżek, które należy wziąć pod uwagę, aby pomóc zdefiniować wymagane struktury via, robić matematykę BGA.

Kolaboracje mechaniczne – wykluczenia i ograniczenia wysokości

Współpraca z MCAD jest niezbędna do rozpoczęcia projektu. Ważne jest, aby od samego początku być na tej samej stronie w kwestii wymagań mechanicznych. Ogólna grubość płytki, lokalizacje/obroty złączy, miejsca zabronione dla umieszczania elementów oraz otwory montażowe muszą być zdefiniowane precyzyjnie i uwzględnione na wczesnym etapie projektowania PCB. To jest fundament budynku, który zamierzasz zbudować. Ramą są fizyczne ograniczenia i wymiary dostępne, aby dopasować projekt, więc można zobaczyć, że dokładność jest kluczowa dla sukcesu projektu. Widziałem w przeszłości, jak zarys mechaniczny płytki pochodzący z MCAD pokazywał widok od dołu i był przenoszony do ECad jako widok od góry. To wpłynie na rozmieszczenie części, nie rób tego. Upewnij się, że Twoje widoki są poprawne i ilekroć to możliwe, udostępniaj pliki .idf lub .idx oraz dołączaj te same pliki modeli krokowych, jeśli masz taką możliwość. Zapewni to udaną współpracę z MCAD. Może to być również czas, aby negocjować, gdzie można przenieść otwory montażowe radiatorów, ale rozmieszczenie części również będzie dyktować ograniczenia. Jeśli na przykład sugeruje się umieszczenie twojego BGA o dużej liczbie pinów w rogu, i jest on w pełni zaludniony sygnałami, teraz jest czas, aby się sprzeciwić, ponieważ będziesz utknąć próbując wyjść z rogu i potrzebować więcej warstw sygnałowych.

Znaczenie zasad trasowania

Reguły trasowania lub projektowania to to, co utrzymuje projekt PCB w ryzach. Często odnoszę się do udokumentowanych reguł jako do torów kolejowych, po których musi toczyć się pociąg. Z regułami zdefiniowanymi w jednym dokumencie, w przeciwieństwie do wielu e-maili, które zmieniają się codziennie lub co godzinę i są trudne do śledzenia, bardzo łatwo jest zboczyć z kursu i przeoczyć lub zapomnieć o elementach krytycznych dla wydajności projektu, co pozwala projektantowi PCB komunikować się jako jedność i zapewnia dokumentację dziedzictwa. Pomysł reguł w formie dokumentu jest tym, co jest używane do wypełniania reguł w narzędziach CAD, często określanych jako ograniczenia lub reguły projektowania, których projekt musi przestrzegać. Obejmuje to fizyczne i elektryczne reguły, których projekt będzie przestrzegać, aby spełnić wymagania dotyczące czasu, szumów i produkcji.

Wysokoprędkościowe trasowanie i symulacje - Koncepcje dostarczania energii

Teraz, gdy projekt zaczyna nabierać kształtu, zasady są ustalone, a rozmieszczenie i płaszczyzny zasilania są definiowane, jest to dobry moment, aby rozplanować najbardziej krytyczne interfejsy i najbardziej wymagające obwody wysokiej prędkości, jeśli występują w twoim projekcie. Dobrym pomysłem jest mieć w głowie układ warstw, który będzie działał dla całego projektu. Używając standardowego rozmiaru via i starając się osiągnąć dobry stosunek wydajności do aspektu, nadszedł czas, aby przetestować ten obwód, umieścić i trasować, a następnie symulować. Tak, symulować teraz, gdy tylko krytyczne sieci są trasowane, tylko po to, aby zobaczyć, czy spełniasz wymagania dla optymalnej wydajności. To właśnie w tym momencie możesz odkryć, że potrzebujesz mieć inny układ warstw lub konfiguracje via. Na przykład, jeśli próbujesz osiągnąć 12GBPS, i używasz via przez otwór na płycie o 18 warstwach i grubości .093 cala, możesz odkryć, że stuby via powodują zbyt dużo odbić, aby osiągnąć wydajność. Może być konieczne rozważenie innej opcji, takiej jak via ślepe i zakopane lub wiercenie zwrotne lub inny układ warstw płyty i wybór interfejsów.

Cztery kroki, które opisałem powyżej, powinny stanowić kamienie milowe do skutecznego budowania ram dla udanego projektu PCB. Moje doświadczenie w stosowaniu tych kroków pomogło osiągnąć spójne wyniki. Uważam, że ważne jest najpierw ustanowienie ram. Kolejne kroki, czy symulacja była udana? Czy musiałeś zmienić konfigurację płyty PCB, a może struktury przelotek lub rozmiary przelotek, lub materiały produkcyjne o niższym Dk i mniejszych stratach? Można się wiele nauczyć z symulacji i to pomoże utorować drogę do przodu.

Wszystkie te elementy powinny się wyłonić po symulacjach lub obliczeniach i po początkowym krytycznym trasowaniu/strojeniu interfejsów wysokiej prędkości. Więc jeśli wszystko działa, co jest dalej w procesie? Co robimy dalej? Potwierdzenie stosu warstw? Organizacja projektu?

To omówię w części 2:

• Definicja stosu warstw zgodnie z technologią - docelowe szerokości ścieżek
• Organizowanie sieci i ograniczeń oraz zasady klasy do klasy i nadmierne ograniczanie.
• Planowanie przestrzenne zgodnie z zasadami projektowania
• Użycie wzorów/przesunięć przelotek dla przejścia i planowania trasowania
• Zaawansowane projektowanie układów SOC i planowanie projektu PCB przy użyciu SIP lub SOC.

Dziękuję za uwagę. Na tym zakończę i jestem otwarty na wasze komentarze i opinie.

Szczęśliwego projektowania PCB…