En el panorama actual del diseño, corresponde al diseñador ser el maestro del diseño de la placa, del mismo modo que el ingeniero es el maestro de los circuitos. Una de las formas en que un diseñador de placas puede demostrar ese dominio es mediante técnicas de colocación y enrutamiento de calidad obtenidas a partir de la lectura y comprensión de las hojas de datos y notas de aplicación del fabricante.
El papel cambiante del diseñador
En el pasado, los diseñadores utilizaban las hojas de datos para obtener información sobre compuertas y huellas y poco más, y rara vez leían las notas de aplicación. Confiaban en los ingenieros para que les explicaran los componentes y/o los circuitos y les llamaran la atención sobre cualquier aspecto crítico de la colocación o el enrutamiento.
Pero hoy en día, el papel del diseñador es más importante debido a la creciente complejidad de las señales, las estructuras de capas, los cambiantes materiales de las placas y diversos problemas de fabricación. Los diseñadores deben saber cómo pueden reaccionar las señales en una placa concreta y cómo controlarlas. Deben comprender cómo una cuestión aparentemente insignificante puede afectar a otros aspectos del diseño de la placa, aspectos que el ingeniero de circuitos puede no conocer o comprender del todo.
Evolución de la información del fabricante
La información de los fabricantes cambia al igual que cambian las necesidades de los diseñadores. Hoy se incluye información que no era necesaria o no estaba disponible hace sólo unos años. Esta información incluye el tiempo de subida y bajada de la señal, información sobre la fuente y la carga de las patillas, impedancia en electricidad, medida en ohmios del grado en que un circuito eléctrico resiste el flujo de corriente eléctrica cuando se imprime un voltaje a través de sus terminales, problemas, ideas de colocación, problemas RoHS, información de montaje y mucho más.
Conocer el tiempo de subida y bajada de los componentes es mucho más crítico ahora porque los tiempos de las señales son mucho más rápidos, y se necesita mucho más conocimiento y esfuerzo de diseño para encaminar las señales correctamente. No podemos confiar en que la velocidad del reloj nos diga lo que necesitamos saber. En cualquier clase de diseño de alta velocidad se explica por qué es necesario el control, incluso en una placa de velocidad de reloj lenta. Por desgracia, esta información no siempre aparece en las hojas de datos o notas de aplicación del fabricante, aunque éste sería el primer lugar donde buscarla.
La importancia de la asignación de patillas y el encaminamiento de señales
¿Cómo puede un diseñador colocar componentes si no sabe qué componente puede originar una señal? ¿Cómo pueden enrutar una placa si no saben si la señal requiere técnicas de enrutamiento críticas o stub?
Los stubs se utilizan para diversos fines. Por ejemplo, un stub puede estar instalado en una máquina cliente y su homólogo instalado en un servidor, donde ambos son necesarios para resolver algún protocolo, control de longitud de procedimiento remoto en su placa particular. La asignación de pines que se encuentra en las hojas de datos debe incorporarse a las partes de la librería y definirse como fuente o carga (salida o entrada), definiendo también la función de una señal como bus, reloj, habilitación, lectura/escritura, etc.
Esto permite acceder a la información necesaria durante los procesos de diseño y ECO. Las placas "lentas" son más indulgentes con las malas técnicas de colocación y enrutamiento, pero como todas las piezas fabricadas son cada vez más rápidas, es una buena idea diseñar las placas teniendo en cuenta estas consideraciones, aunque hoy sean irrelevantes, ya que cualquier reparación posterior de la placa utilizará invariablemente piezas más rápidas.
Especificaciones de impedancia y adaptación de la longitud del bus
Las hojas de datos de los fabricantes a veces incluyen especificaciones de impedancia necesarias para un bus o señales. Esta información es extremadamente importante para la integridad de la señal y debe seguirse e incorporarse al diseño de la placa lo más fielmente posible. El método utilizado para obtener esa impedancia es menos importante que el cumplimiento del requisito.
Así pues, si la información del fabricante especifica una anchura de traza, grosor, espaciado, etc. concretos, habrá que determinar si los requisitos pueden aplicarse en la placa. A menudo, no será así, y el diseñador tendrá que calcular cómo cumplir la impedancia requerida utilizando otros métodos.
En las notas de aplicación también puede incluirse información sobre la coincidencia de longitudes de bus. La desviación de longitud permitida (o diferencia de tiempo de llegada entre señales) viene determinada por la parte receptora del bus y suele ser de 20 a 60 pseg, lo que equivale aproximadamente a 0,100 a 0,300 pulgadas.
Así que, de nuevo, la información de la hoja de datos debe ser cuidadosamente considerada para la exactitud si da una tolerancia arbitrariamente alta de +/- .050 pulgadas. Los diseñadores deben preferir la información expresada en tiempo en lugar de longitud porque las señales viajan más rápido en las capas externas de la placa que en las internas.
Consideraciones para la colocación y el enrutamiento
La colocación y el encaminamiento de las piezas basándose únicamente en la información facilitada por el fabricante causa cierta controversia, pero sigue siendo digna de consideración. Aunque es posible que la información no tenga en cuenta todos los problemas específicos de una placa concreta, el diseñador debe leer y comprender los datos técnicos del fabricante para entender los requisitos de la pieza. Si la información no parece válida para un diseño concreto, puede ser conveniente hablar con el diseñador del circuito, el fabricante o el personal de pruebas y reparaciones.
Incorporación de nuevos temas de fabricación
El diseñador también debe incorporar los nuevos aspectos de fabricación, incluida la información sobre el cumplimiento de la directiva RoHS, en el diseño de las piezas y la placa. Estas cuestiones pueden incluir, entre otras, el tipo o tamaño de máscara de soldadura necesario, el tipo de pasta de soldadura o el grosor de la plantilla, la presión de la rasqueta, el tamaño y la forma de la abertura de la pasta, las especificaciones de la plantilla escalonada, la información sobre limpieza, los ciclos térmicos y la información sobre soldadura por ola y por reflujo.
Conclusión
Los diseñadores deben leer y aprender a incorporar los datos técnicos y los requisitos de diseño que los acompañan para convertirse en los maestros del diseño de placas que se necesitan hoy en día. Tanto si un nuevo diseño es complejo como si es muy abierto o lento o rápido, la integridad de la señal y la EMI (RFI) de los chips y otros dispositivos electrónicos. Los límites permitidos se rigen por la FCC. (y, por tanto, el rendimiento de la placa) puede verse afectada por la colocación de los componentes y el trazado de las pistas. Es de vital importancia que el diseñador comprenda la información proporcionada por el fabricante e incorpore cualquier dato aplicable al diseño de su placa.
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