Noções Básicas de Design de PCB para Novos Designers

Vamos ambientar: você acabou de instalar seu novo programa de design de PCB e está pronto para mergulhar no seu primeiro layout de PCB. O que você deve fazer para começar? A maioria dos engenheiros é excelente em trabalhar com esquemáticos e selecionar seus componentes principais, mas alguém que é novo no layout de PCB pode achar o processo avassalador. O software de design de PCB contém muitas ferramentas e segue um fluxo de trabalho específico, mas é possível para um iniciante avançar pelo processo de design com conhecimento de alguns conceitos básicos de design de PCB.

Neste artigo, apresentarei alguns conceitos básicos que todo novo designer deve seguir para ajudar a garantir que seu processo de design seja bem-sucedido. Alguns desses pontos podem desafiar a visão convencional de como as placas de circuito são construídas, mas têm a intenção de ajudar a equilibrar sinalização de baixo ruído, fabricabilidade e facilidade de resolver um layout.

Os Fundamentos para Iniciar um Novo Design de PCB

O processo de design de PCB segue um fluxo de trabalho padrão, e é importante para qualquer novo designer entender como esse fluxo se desenrola. O fluxo de trabalho padrão em design de PCB foca em pegar um design engenhado, finalizar um layout físico de PCB e preparar o design finalizado para a fabricação.

Entenda o Fluxo de Trabalho de Design de PCB

É melhor dedicar algum tempo para se familiarizar brevemente com o fluxo de trabalho padrão antes de prosseguir, então leia o link acima. O fluxo de trabalho de design segue a seguinte lista de etapas:

1. Selecionar componentes principais que estão em estoque e que podem ser adquiridos de grandes distribuidores
2. Criar e revisar esquemáticos com base nas exigências de engenharia
3. Criar uma PCB em branco, construir o empilhamento, e criar regras de design
4. Importar dados dos componentes dos esquemáticos para o novo layout da PCB
5. Posicionar componentes e revisar o posicionamento para garantir que as exigências de engenharia sejam atendidas
6. Conectar trilhas e conexões entre componentes
7. Limpar o layout da PCB e realizar uma revisão final do design
8. Preparar saídas de design e enviá-las para fabricação

Uma vez que você tenha uma visão geral do processo de design, leia o link abaixo para ver como o fluxo de trabalho de design de PCB se desenrola e o conjunto padrão de tarefas que todo designer deve executar para finalizar uma nova placa de circuito.

• Aprenda mais sobre o fluxo de trabalho padrão de design de PCB

Os Esquemáticos e o Layout Devem Estar Sincronizados

Se você está começando sua jornada como projetista de PCB, provavelmente criará seus próprios esquemas para o seu dispositivo. Sempre que fizer uma alteração no design, você terá que sincronizar essas mudanças entre os esquemas no layout. Em particular, isso inclui qualquer uma das seguintes alterações de design:

• Adicionar, remover ou trocar componentes
• Adicionar, remover ou alterar redes
• Agrupar redes em objetos de Classe de Rede
• Alterar informações de parâmetro do componente (número da peça, informações do fornecedor, etc.)
• Qualquer outra regra elétrica ou diretivas aplicadas aos objetos em seus esquemas

Após quaisquer alterações serem feitas, elas têm que ser aplicadas ao layout da PCB. Isso é feito com um recurso de importação no seu software de design de PCB. Isso garante que tudo no seu design esteja sincronizado e o motor de regras de design no seu software lerá seus dados de design corretamente.

Aprenda Sobre o Processo de Fabricação de PCB

Qualquer design que você pretenda produzir como um produto físico deve ser fabricável em escala. O software ECAD permitirá que você implemente qualquer característica de design que possa imaginar em seu layout de PCB. No entanto, suas decisões de design precisam ser fabricáveis em processos padrão, então um designer precisa estar familiarizado com os limites do que pode ser fabricado em uma PCB.

Isso significa que todo designer de PCB deve dedicar um tempo para aprender os fundamentos da fabricação de PCBs, de modo que possam garantir que seus designs sejam totalmente fabricáveis. Isso se relaciona a um conjunto importante de práticas que devem ser incorporadas ao seu processo de design, conhecido como design para fabricação (DFM). Reserve um tempo para aprender sobre alguns erros básicos de design que podem descarrilar a fabricação e fazer com que sua placa seja devolvida para redesigns antes da produção.

• Aprenda mais sobre design para fabricação

Regras de Design São a Chave para o Sucesso

Depois de aprender sobre o processo de fabricação, bem como algumas das capacidades padrão encontradas nos fabricantes de PCB, será muito mais fácil entender alguns dos limites impostos nas regras de design. A maioria dos problemas de DFM (Design for Manufacturability) está relacionada ao tamanho das características de cobre no PCB ou ao espaço entre diferentes características. As regras de design padrão programadas no software de design de PCB geralmente são um pouco conservadoras, e você deve saber os limites até onde pode violar essas regras de design.

Como exemplo, considere a footprint abaixo. Esta footprint tem um espaçamento pad-to-pad de cerca de 9 mils, mas aciona um erro de regra de design (visto em verde) uma vez que o componente é transferido para o layout do PCB. Você pode confortavelmente violar esta regra de design e definir seu limite mais baixo, pois a maioria dos fabricantes exigirá um espaçamento mínimo de aproximadamente 5 mils. Certifique-se de verificar os espaçamentos na folha de capacidades do seu fabricante antes de começar a mexer com as regras de design.

Use uma Placa de Terra

Toda PCB precisa ter uma conexão de terra clara para que todos os componentes no projeto formem circuitos completos e para que a energia elétrica seja fornecida por todo o projeto. A conexão de terra pode ser com uma bateria na placa ou com uma fonte de alimentação externa. Independentemente de como essa conexão é feita, essa conexão de terra precisa então ser fornecida a todos os outros componentes na PCB. De longe, a maneira mais fácil de fazer isso é com um plano de terra, onde uma das camadas na PCB é usada para terra com uma grande folha de cobre cobrindo toda a camada.

Até hoje, ainda me surpreendo com o número de novos designers que hesitam em colocar um plano de terra em seu empilhamento de PCB. Muitos problemas básicos de ruído que afetam sinais digitais e analógicos podem ser rastreados até a ausência de um plano de terra no dispositivo. Em PCBs modernas, é uma diretriz padrão usar um plano de terra sólido em todo o seu dispositivo. Existem algumas exceções onde planos divididos ou um terra em estrela em uma PCB são apropriados, mas essas abordagens não são adequadas para a grande maioria dos projetos digitais e analógicos.

• Aprenda mais sobre aterramento em sua PCB

Complete a Colocação Antes do Roteamento

Assim que você transferir seus dados esquemáticos para um novo layout de PCB, terá que posicionar os componentes ao redor da placa. Neste ponto do design, seu objetivo é posicionar os componentes de forma a garantir que o design seja solucionável, ou seja, que possa ser roteado facilmente. Portanto, é melhor evitar fazer qualquer roteamento até que os componentes estejam posicionados e a colocação seja aprovada. Se você rotear antes de todos os componentes estarem posicionados, é inevitável que terá que alterar o roteamento. Antes de rotear qualquer coisa, tente levar o layout ao ponto em que todos os cruzamentos de net sejam minimizados.

Após tudo estar posicionado e finalizado, é hora de começar a rotear a PCB. Se você seguiu o conselho acima e revisou suas regras de design antes de começar a trabalhar no seu layout de PCB, então é mais provável que consiga rotear um design com sucesso. Quando usamos a palavra “sucesso” para descrever o roteamento, geralmente estamos nos referindo a três áreas:

• Minimize a necessidade de novas camadas de sinal para rotear todos os seus sinais
• Minimize as transições entre camadas quando possível
• Minimize o ruído, o que é auxiliado pelo uso de uma camada de terra na pilha de PCB
• Tente manter o máximo possível de rotas curtas e diretas

Esta lista de diretrizes não é exaustiva, mas elas são aplicáveis a traços que carregam a maioria dos sinais que você irá rotear ao longo do seu PCB. Projetos de alta velocidade, baixa velocidade, analógicos de baixa frequência e RF todos fazem uso dessas dicas de roteamento de PCB, então acostume-se a implementar essas mesmas práticas no layout do seu PCB.

• Aprenda mais sobre roteamento no layout do seu PCB

Não Esqueça: Seu Objetivo é Fabricar!

Uma vez que tudo no layout esteja roteado e finalizado, seu trabalho ainda não terminou. Como designer, é seu trabalho criar arquivos de fabricação a partir do layout do PCB. O software de design de PCB inclui ferramentas para criar esses arquivos de saída automaticamente. Mesmo depois de preparar as saídas, você ainda deve revisar esses arquivos para garantir que não aplicou nenhuma configuração incorretamente no exportador de arquivo de saída, então reserve um tempo para revisar tudo antes de enviá-lo para o seu fabricante.

• Saiba mais sobre saídas de design e fabricação

O Que Acontece Depois?

Parabéns! Você chegou ao fim da fase de design e agora é hora de partir para a fabricação. Em seguida, seu fabricante revisará o design para garantir que ele esteja de acordo com suas capacidades de processamento. Se tudo passar por uma revisão final de DFM, sua placa entrará em produção e montagem.

Depois de aprender o básico do design de PCB, experimente usar o conjunto completo de recursos de design e layout de PCB em Altium Designer®. Quando você terminar seu design e estiver pronto para liberar os arquivos para seu fabricante, a plataforma Altium 365™ facilita a colaboração e o compartilhamento de seus projetos. Você também pode completar uma revisão de design abrangente para ajudar a garantir que sua nova placa possa ser produzida com alto rendimento e alta qualidade.

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