Design de PCB e Software CAD: Conheça o Que Rege Seus Projetos

De vez em quando, a expressão "estado de direito" torna-se parte das conversas sobre como os países se governam. Voltando até a Magna Carta do século 13, o "estado de direito" fala sobre o desenvolvimento de sociedades pacíficas e equitativas — e a necessidade de direitos humanos básicos. Indivíduos vivendo sob o "estado de direito" desfrutam

• Igualdade perante a lei
• A transparência da lei
• Um judiciário independente e
• Acesso a remédios legais.

Sem regras para governança, testemunharíamos a falta de consistência que leva ao caos. O mesmo se aplica ao design de PCBs. Sem uma base sólida de regras elétricas e de design, a frenesi de sinais digitais e analógicos operando em diferentes frequências se tornaria ruído. Um mundo cheio de circuitos barulhentos pareceria menos agradável quando lava-louças inteligentes em 9 de cada 10 casas irradiam sinais detectados por satélites espiões.

Quando usamos software CAD para projetar PCBs, regras elétricas governam o processo de layout da placa. Por exemplo, após posicionar seus componentes, você precisará rotear as trilhas de alimentação, terra e sinal de modo que as trilhas correspondam ao esquemático e para garantir que o design observe as regras de integridade de sinal, RF e EMC.

Há Eletricidade no Ar

Embora existam algumas regras que são aparentes em todo lugar, pode não ser tão aplicável para os seus designs de PCB seguir um limite de velocidade enquanto você está ao redor do seu computador. As regras elétricas comuns para PCBs incluem:

• Distância de Isolamento
• Curto-circuitos
• Rede não roteada
• Pino não conectado
• Polígono não preenchido

Distância de Isolamento: Sem a distância correta entre as trilhas do PCB, pode ocorrer uma descarga disruptiva. A distância de isolamento define a quantidade mínima de espaço permitido entre quaisquer dois objetos em uma camada de cobre. Nos Estados Unidos, a norma UL 60950-1 fornece o espaçamento mínimo permitido para PCBs em equipamentos de tecnologia da informação alimentados por bateria e AC. Tabelas dentro da documentação padrão especificam as distâncias de isolamento para as trilhas em termos de tensão de trabalho, grau de poluição, o grupo de material do PCB e o revestimento.

Circuitos Curtos: Aumentar a densidade de componentes de um projeto de PCB cria um ambiente propício para um curto-circuito. Muitas vezes, os projetos tentam contornar problemas de densidade usando pads de componentes menores. No entanto, a estreita distância entre os pads menores pode permitir a formação de pontes de solda. O uso de pads menores também leva a problemas com o roteamento de trilhas que, por sua vez, congestionam as conexões e afetam as juntas de solda. Qualquer uma dessas condições pode criar um ambiente para um curto-circuito.

Existem várias leis importantes para a tensão e corrente seguir.

Net Não Roteada: Após criar o contorno da placa, o processo de design do PCB avança para a colocação de peças e a configuração de footprints para os dispositivos de design. Os pinos de cada peça colocada precisam se conectar antes que possamos considerar o design completo. Nossas ferramentas de design de PCB representam cada conexão entre as peças com um fio.

Uma net inclui toda a sequência de pontos, terras de componentes e vias do primeiro ponto de origem ao último ponto de origem. Diferentes nets têm larguras variadas devido à necessidade de transportar diferentes quantidades de corrente.

A rede serve como um guia de design que nos diz que dois pinos devem se conectar. Com a rede estabelecida, a próxima etapa do design da placa envolve o roteamento das conexões da rede entre as partes. O processo de roteamento converte conexões de rede em trilhas de cobre que conectam fisicamente as partes no protótipo da PCB.

Uma rede roteada tem todos os pads de componentes conectados através de trilhas, arcos, pads, vias e polígonos. Uma rede não roteada representa conexões ruins, conexões pobres ou conexões incompletas dentro da rede. Uma trilha que apenas toca levemente uma via causará um erro de rede não roteada.

Pino Desconectado: A regra do pino desconectado adiciona redundância à verificação geral de conexões ruins ou incompletas. Um pino desconectado não tem uma rede atribuída ou quaisquer trilhas conectadas. Ao projetar sua PCB, verifique se há pinos desconectados no nível esquemático. Se o design intencionalmente deixa o pino desconectado, marque o pino como “No ERC”.

Polígono Não Preenchido: O preenchimento de polígonos balanceia simetricamente a distribuição de cobre em PCBs multicamadas. Como resultado, a placa se torna menos propensa a empenar, curvar e torcer durante o processo de fabricação. Um bom equilíbrio de cobre tem trilhas uniformemente distribuídas dentro de cada camada em toda a PCB. Preencher áreas abertas com cobre contrabalança o cobre na camada oposta e fornece simetria.

Quando a distribuição de cobre se torna assimétrica, cargas térmicas causadas por nivelamento de ar quente, soldagem por onda ou desenvolvimento de calor em reflow podem causar deformação da PCB. Uma placa curvada deforma-se esfericamente com os quatro cantos da placa em um único plano. Placas torcidas deformam-se diagonalmente e fazem com que um dos cantos da PCB fique fora do plano dos três cantos restantes.

Garanta que você tenha a simetria apropriada e necessária para atender aos requisitos de design

Verificações de Regras Elétricas Integram Tudo

O software de CAD para PCB utiliza uma Verificação de Regra Elétrica (ERC) para verificar a precisão do esquemático e garantir que seu design atenda a quaisquer restrições estabelecidas. Detectar uma violação de regra no esquemático permite corrigir o erro antes que o processo passe do esquemático para o layout da placa. Por exemplo, a Verificação de Regra Elétrica para curtos-circuitos testa por um curto entre objetos localizados nas camadas de sinal e de plano.

Com um software CAD para PCB forte, você pode ter a flexibilidade de associar o nível de relatório da ERC com barramentos, símbolos de código, componentes, chicotes, redes e parâmetros. Por causa dessa flexibilidade, você pode verificar larguras de lacunas, larguras de trilhas e o roteamento de cada sinal. Para essas capacidades de software, olhe para Altium Designer.

Se você está procurando conversar com alguém mais sobre regras de design e melhores práticas, fale com um especialista na Altium hoje.