Conceitos do Processo de Design de PCB

Já viu uma obra-prima arquitetônica como a ponte Golden Gate ou talvez um edifício histórico como a Catedral de Notre Dame em Paris? E depois se perguntou como surgiram com essa ideia e como a executaram? Algumas palavras vêm à mente: Planejamento, planejamento e ajustes.

O Design de PCB e de Pacote SOC é meio que assim, significando que é verdadeiramente um quebra-cabeça de partes, interfaces de circuito, planos de energia, milhares de sinais, transições de vias e muitas regras de design que precisam se juntar e funcionar de forma eletricamente sólida, ter o desempenho requerido, e também ser capaz de trabalhar com as restrições e limitações de fatores de forma mecânicos.

Os Blocos de Construção do Design de PCB

A importância de seguir uma boa lista de verificação de entrada

Ter uma lista de verificação de entrada faz o engenheiro pensar e cria uma forma de comunicação que é documentada e basicamente coloca as coisas em movimento. A lista pode definir muitas coisas e nos dá um ponto de partida para começar nossa jornada de Design de PCB. Também é um momento para o engenheiro refletir sobre o que ele está procurando no design. Até agora, o engenheiro está pensando eletricamente na maioria dos casos, tendo se dedicado ao esquemático e à busca de componentes (esperançosamente), agora é o momento de começar a pensar fisicamente, LOL. Quer dizer, começar a pensar sobre como os elétrons fluirão em um PCB e o que é necessário.

Eu tenho uma lista de verificação que uso e ela contém o básico. Quanto mais designs você faz, mais isso se torna uma memória muscular. Se você é o engenheiro fazendo o layout, mais sua mente se dobrará para agora pensar como um Designer de PCB. Por exemplo, você pode agora pensar mais em termos de designadores de referência em vez de números de peças. É no início que você faria um estudo de viabilidade e a lista de verificação de entradas inicia essa fase. Os itens básicos necessários são BOM, entrada mecânica, Regras de Roteamento/Design, espessura total, requisitos de impedância e as partes de menor pitch a serem consideradas para ajudar a definir as estruturas de via necessárias, fazer a Matemática BGA.

Colaborações mecânicas – áreas proibidas e restrições de altura

Colaborar com o MCAD é essencial para iniciar um projeto. É importante estar alinhado com os requisitos mecânicos desde o início. A espessura total da placa, localizações/rotações de conectores, áreas de não colocação e furos de montagem devem ser definidos com precisão e considerados logo no início do Design de PCB. Esta é a fundação do edifício que você está prestes a construir. A estrutura são as restrições físicas e dimensões disponíveis para encaixar o design, então você pode ver que a precisão é crítica para o sucesso do design. Eu já vi no passado, um contorno de placa mecânica vindo do MCAD mostrando a vista inferior e indo para o ECad como vista superior. Isso afetará a colocação de componentes, não faça isso. Certifique-se de que suas vistas estão corretas e, sempre que possível, compartilhe arquivos .idf ou .idx e inclua os mesmos arquivos de modelo em etapas se você tiver essa capacidade. Isso garantirá uma colaboração bem-sucedida com o MCAD. Além disso, pode ser o momento de negociar onde os furos de montagem dos dissipadores de calor podem ser movidos, mas a colocação de componentes também ditará limitações. Se, por exemplo, for sugerido colocar seu BGA de alta contagem de pinos no canto, e ele estiver totalmente povoado com sinais, agora é a hora de resistir porque você ficará preso tentando rotear a partir de um canto e precisará de mais camadas de sinal.

A importância das regras de roteamento

Regras de roteamento ou de projeto são o que mantêm o design da PCB em cheque. Eu costumo referir-me às regras documentadas como os trilhos pelos quais um trem deve rolar. Com regras definidas em um documento em vez de muitos e-mails que mudam diariamente ou a cada hora, e difíceis de acompanhar, é muito fácil desviar-se e esquecer ou perder itens que são críticos para o desempenho do projeto, e permite que o Projetista de PCB comunique como um só e fornece documentação legada. A ideia de regras em forma de documento é o que é usado para popular regras em ferramentas CAD, muitas vezes referidas como restrições ou regras de design, às quais o projeto deve aderir. Isso inclui regras físicas e elétricas que o design seguirá para atender aos requisitos de tempo, ruído e fabricação.

Roteamento de alta velocidade e simulações - Conceitos de entrega de energia

Agora que o design está começando a tomar forma, as regras estão definidas, e o posicionamento e os planos de alimentação estão sendo definidos, é um bom momento para organizar as interfaces mais críticas e os circuitos de alta velocidade mais desafiadores, se existirem no seu projeto. É uma boa ideia ter em mente uma empilhamento que funcione para todo o design. Usando um tamanho padrão de via e tentando alcançar uma boa proporção de rendimento, é hora de testar esse circuito, posicionar e rotear, e então simular. Sim, simule agora, uma vez que as redes críticas estejam roteadas, apenas para ver se você atende aos requisitos para um desempenho ótimo. É neste ponto que você pode descobrir que precisa ter um empilhamento diferente ou configurações de via. Por exemplo, se você está tentando alcançar 12GBPS, e está usando uma via passante em uma placa de 18 camadas com espessura de .093, você pode descobrir que os stubs da via estão causando reflexão excessiva para alcançar o desempenho. Você pode precisar considerar outra opção como vias cegas e enterradas ou perfuração traseira ou diferentes empilhamentos de placa e escolhas de interface.

Esses quatro passos que descrevo acima devem fornecer as pedras fundamentais para construir com sucesso a estrutura de um design de PCB bem-sucedido. Minha experiência seguindo esses passos ajudou a produzir resultados consistentes. Acredito que é importante estabelecer a estrutura primeiro. Os próximos passos, a simulação foi bem-sucedida? Você precisou mudar a configuração da placa de design de PCB ou talvez as estruturas de via ou tamanhos de via ou materiais de fabricação com Dk mais baixo e menor perda? Você pode aprender muito com simulações e isso ajudará a pavimentar o caminho a seguir.

Todos esses itens devem ser resolvidos uma vez que as simulações ou cálculos tenham ocorrido e após o roteamento/ajuste crítico inicial de interfaces de alta velocidade. Então, se tudo funcionar, qual é o próximo passo no processo? Para onde vamos daqui? Confirmar empilhamento? Organização do design?

É isso que discutirei na Parte 2:

• Definição de empilhamento por tecnologia - Alvos de larguras de trilhas
• Organizando suas redes e restrições e regras de classe para classe e sobre restrição.
• Planejamento de piso conforme regras de design
• O uso de padrões/colocação de vias para transição e planejamento de roteamento
• Design avançado de Chip SOC e como planejar para Design de PCB usando um SIP ou SOC.

Obrigado pela sua atenção. Vou encerrar aqui e estou aberto a seus comentários e feedback.

Feliz Design de PCB…