O melhor sistema de regras de projeto de PCB mantém sua placa livre de erros

O software ECAD mantém os projetistas rigorosos ao aplicar regras e restrições de projeto de PCB nas ferramentas de projeto e layout. É responsabilidade do projetista de PCB criar regras de projeto para qualquer novo design, com o objetivo final de garantir funcionalidade e fabricabilidade. Ao longo do tempo, os principais fornecedores de software ECAD desenvolveram dois formatos para definir regras de projeto de PCB: um sistema de entrada baseado em categorias e um sistema baseado em matriz para definir restrições.

Qualquer um dos formatos é aceitável e pode produzir exatamente os mesmos resultados, e a escolha entre definições de regras de projeto baseadas em categorias ou baseadas em restrições se resume à preferência pessoal. Independentemente de qual desses mecanismos você escolha usar, selecione o pacote de software de projeto de PCB que ofereça a flexibilidade necessária para controlar totalmente as definições das suas regras de projeto de PCB.

De Onde Vêm as Regras de Projeto de PCB?

Quais são os fatores que orientam as regras de projeto de PCB e por que isso importa? As regras de projeto de PCB são definidas com base em alguns requisitos possíveis:

• Restrições de fabricabilidade
• Restrições de montagem
• Requisitos de integridade de sinal
• Requisitos de EMI/EMC
• Definidas como viabilizadoras do projeto de RF

Esta é apenas uma amostra das áreas em que surgem as regras de projeto. Observe que as regras de projeto de PCB não se baseiam em uma simples funcionalidade elétrica. Em vez disso, a maioria das regras e restrições de projeto de PCB é definida com base em requisitos de fabricação. Se uma placa não puder ser fabricada, então não faz sentido projetá-la; portanto, as regras de design for manufacturing (DFM) estão entre as regras de projeto de PCB mais básicas no conteúdo técnico da indústria.

Regras de Projeto de PCB versus Restrições

Alguns softwares de projeto de PCB usam o termo "regras", enquanto outros usam o termo "restrições". A realidade é que há pouquíssima diferença entre uma regra de projeto e uma restrição de projeto; a diferença entre elas é simplesmente o vocabulário que diferentes fornecedores de software escolhem usar. Os dois termos são usados especificamente em referência à interface do usuário para criar regras de projeto de PCB em software ECAD.

Com isso em mente, os fornecedores de software de projeto de PCB tendem a fazer a distinção entre regra e restrição da seguinte forma:

• Uma regra de projeto é normalmente definida em um sistema baseado em categorias, no qual regras individuais são organizadas em categorias hierárquicas (como Roteamento, Fabricação, Elétrica e Posicionamento). Cada regra é configurada com definições de escopo que determinam a quais objetos ou redes a regra se aplica, e os valores são inseridos por meio de caixas de diálogo de configuração dedicadas. As regras podem ser priorizadas para que regras mais específicas substituam padrões gerais.
• Uma restrição de projeto é normalmente definida em um sistema baseado em matriz ou em tabelas, no qual os valores são inseridos diretamente nas células na interseção de classes de redes, camadas ou tipos de objetos. Essa abordagem apresenta todos os valores de restrição em uma única visualização semelhante a uma planilha, tornando simples comparar valores em várias redes ou classes simultaneamente.

Na prática, ambas as abordagens aplicam as mesmas verificações geométricas e elétricas durante a verificação de regras de projeto (DRC). A distinção é puramente uma questão de preferência de fluxo de trabalho: regras baseadas em categorias oferecem escopo granular e lógica de priorização, enquanto restrições baseadas em matriz oferecem comparação visual rápida e edição em massa em todo o projeto.

Altium Designer é único por ser a única plataforma de software de projeto de PCB que permite aos usuários especificar integralmente seus requisitos de projeto e fabricação como regras de projeto ou como restrições de projeto. O método principal usa o PCB Rules and Constraints Editor baseado em categorias, no qual todas as categorias compatíveis de regras de projeto são listadas hierarquicamente. Cada regra é configurada individualmente com uma definição de escopo que determina a quais objetos, redes ou classes de redes a regra se aplica.

PCB Rules and Constraints Editor no Altium Designer

Altium Designer também fornece um gerenciador de restrições que usa uma abordagem baseada em matriz para especificar requisitos de projeto. Essa interface apresenta todas as restrições de projeto em um formato tabular semelhante a uma planilha, que será imediatamente familiar para usuários de outras plataformas de software ECAD, incluindo plataformas legadas como Cadence Allegro e Mentor Graphics. A visualização em matriz permite que os projetistas vejam simultaneamente todos os valores de restrição, comparem configurações entre classes de redes de relance e façam edições em massa sem navegar por caixas de diálogo de regras individuais.

Constraint Manager no Altium Designer

Com qualquer uma das abordagens, os projetistas ganham controle total sobre as especificações do seu projeto, e isso ajudará a evitar muitos dos problemas mais simples que podem levar a defeitos na fabricação. Para acessar as principais regras de projeto em qualquer uma das abordagens, a tabela abaixo fornece instruções de referência úteis e detalhes de acesso. Siga estas instruções ou leia a Documentação da Altium para saber mais.

Tipos e Categorias de Regras de Projeto de PCB

As principais regras de projeto para qualquer novo design podem ser determinadas com base na especificação do produto e nas capacidades do fabricante da placa de circuito. Alguns valores de regras de projeto podem precisar ser calculados manualmente, com base em vários fatores possíveis:

• Recomendações ou metas de desempenho em determinadas normas da indústria
• Diretamente das declarações de capacidade da fábrica de fabricação de PCB
• Restrições mecânicas, como as impostas por um invólucro do dispositivo
• Restrições de integridade de sinal, como impedância ou espaçamento entre trilhas
• Requisitos de integridade de potência, como os provenientes de cálculos mínimos de tamanho de barramento de cobre

Valores simples de regras de projeto podem ser inseridos numericamente, especialmente no caso de uma abordagem de gerenciamento de restrições com uma matriz numérica. Os mais comuns são os valores de espaçamento entre recursos de cobre, componentes, elementos mecânicos, furos perfurados, ranhuras e a borda da PCB.

A tabela abaixo oferece um resumo das regras de projeto de PCB mais comuns, aplicáveis a quase todos os projetos. Essas regras abrangem várias categorias (roteamento, fabricabilidade etc.) e formam uma lista de verificação útil para a definição de regras em um novo projeto.

Verificações de Regras de Projeto de PCB (DRCs)

As verificações de regras de projeto de PCB são executadas automaticamente (online) e em grupos (batch) para garantir que os recursos de uma PCB estejam em conformidade com suas regras e restrições de projeto. As verificações online sinalizam erros à medida que você cria o layout da PCB, enquanto as verificações em lote são executadas em relação a todas as regras de projeto relevantes na PCB.

Depois que as violações são relatadas, o projetista precisa priorizar algumas dessas violações para correção, o que leva a alterações no layout da PCB. O objetivo em qualquer projeto é chegar a zero violações de DRC, e isso frequentemente exige algum nível de alteração no layout da PCB após a execução do DRC inicial.

O processo de reduzir as violações de DRC a zero envolve atualizar cuidadosamente o layout da PCB para eliminar esses erros, muitas vezes fazendo muitos pequenos ajustes no projeto até que os erros sejam resolvidos. Na maioria das vezes, esses erros envolvem pequenas mudanças de posição de vários objetos no layout da PCB, ou possivelmente algum rerroteamento de trilhas ou atualizações no desenho de polígonos. Ao final desse processo, o projetista produz um layout de PCB completamente limpo, alinhado com as restrições definidas no início do projeto.

Zero DRCs = Zero Defeitos?

A resposta para essa pergunta é um definitivo “não.”

Isso ocorre porque há muitas causas de defeitos que estão além do controle do projetista ou que não são impactadas pelo layout da PCB. Por exemplo, o projeto do empilhamento de camadas e o processamento podem impactar defeitos de fabricação em determinados projetos, apesar de o layout da PCB conter zero DRCs. Garantir que um projeto esteja livre de defeitos vai muito além do layout da PCB e exige uma compreensão holística do projeto de PCB, desde o empilhamento de camadas até a especificação de desenhos mestre para fabricação.

Para saber mais sobre algumas causas comuns de defeitos além do layout da PCB, assista ao vídeo abaixo. Veja se você consegue identificar quais desses problemas podem ser influenciados por escolhas no layout da PCB e pela definição de regras/restrições de projeto no seu software ECAD.

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Perguntas Frequentes

De onde vêm as regras de projeto de PCB em um novo projeto de PCB?

As regras de projeto de PCB vêm dos limites de fabricação, dos requisitos de montagem, das metas de SI/PI, das necessidades de EMI/EMC, das restrições de RF e dos requisitos mecânicos. Muitas regras básicas, como largura de trilha, espaçamento, tamanho de furo, anel anular e expansão da máscara de solda, vêm diretamente das capacidades do fabricante.

Qual é a diferença entre regras de projeto de PCB e restrições de projeto de PCB?

A diferença está principalmente no fluxo de trabalho. As regras geralmente são configuradas em editores baseados em categorias, enquanto as restrições normalmente são inseridas em tabelas ou matrizes. Ambas podem impor os mesmos requisitos de layout durante o DRC.

As regras de projeto baseadas em categorias são melhores do que restrições baseadas em matriz?

Não. As regras baseadas em categorias são melhores para escopo detalhado e prioridades, enquanto as restrições baseadas em matriz são melhores para comparação e edição em massa. A melhor escolha depende do projeto e do fluxo de trabalho do projetista.

O que uma verificação de regras de projeto de PCB realmente verifica?

O DRC verifica se o layout segue as regras e restrições definidas. Ele pode sinalizar violações de espaçamento, largura, tamanho de furo, anel anular, máscara de solda, espaçamento entre componentes e roteamento de alta velocidade.

Passar no DRC significa que uma PCB terá zero defeitos de fabricação?

Não. Passar no DRC significa apenas que o layout segue as regras que foram definidas. Ainda podem surgir defeitos devido a escolhas de empilhamento de camadas, variações de fabricação, documentação insuficiente, problemas de montagem ou valores incorretos de regras.